ALBERT

Description: Der 3. Fahrtabschnitt der 1. Reise des neuesten deutschen Forschungsschiffes Maria S. Merian führt in die Schlammvulkanprovinz des Golf von Cadiz. Hier sollen Untersuchungen von biogeochemischen Stoffumsätzen, Fluid- und Gas-Flüssen an spezifischen Ökosystemen wie anoxischen Lebensgemeinschaften und azooxanthellaten Steinkorallen durchgeführt werden. Die Fahrt, die in 2 Unterabschnitte geteilt ist, beginnt in Kiel gefolgt von einem Zwischenstopp in Cadiz (Spanien) und endet in Lissabon (Portugal). MSM- 1/3 ist eine multidisziplinäre Expedition mit biologischen, geologischen und hydrographischen Fragestellungen. Ein Teil der Untersuchungen wird im Rahmen des „Geotechnologien” Programms des BMBF und der DFG für den Schwerpunkt „Methan im Geo-/Biosystem” durch das am IFM-GEOMAR koordinierte und für das ebenfalls hier schwerpunktmäßig angesiedelte Programm COMET (Controls on methane fluxes and their climatic relevance in marine gas hydrate-bearing environments) durchgeführt. Ein weiterer Teil der Ausfahrt dient den Untersuchungen im Rahmen des FP-6 Programms der EU HERMES (Hotspot Ecosystem Research on the Margins of European Seas). Aus dem HERMES-Programm nehmen 6 Partner teil. Beide Forschungsvorhaben sind sehr umfangreich und in ihrer Thematik komplex. Es gibt neben der geographischen Orientierung auf das Gebiet des Golf von Cadiz eine Vielzahl von inhaltlichen, personellen und logistischen Verbindungen zwischen beiden Programmen. Golf von Cadiz: Geologischer Hintergrund Die Region des Golf von Cadiz hat eine sehr komplexe geologische Geschichte. Sie ist seit der Trias durch mehrere tektonische Phasen mit Extension, Kompression und Lateralverschiebungen gekennzeichnet. Während des Mesozoikums und frühen Känozoikums bildeten sich in diesem Gebiet Bruchzonen mit Halbgraben-Strukturen und Karbonatplattformen. Im Torton verlagerte sich der Gibraltar-Bogen nach Westen. Dadurch wurde der Golf von Cadiz zu einem Forearc-Becken, in das Olistostrome (Rutschmassen) hineinglitten. In diesem Ablagerungsmilieu, das sonst für Akkretionskeile charakteristisch ist, wurden die Sedimente des südiberischen und nordafrikanischen Kontinentalrandes der damaligen Tethys stark deformiert. Die Olistostrom-Bildung war im oberen Miozän beendet. Gleichzeitig nahm die Subsidenz des Gebietes zu, und es kam zur Ausbildung von mächtigen Abfolgen progradierender und aggradierender Vorschüttfächer. Die geodynamische Interpretation dieser tektonisch sehr komplexen Region ist bis heute kontrovers. Der Gibraltarbogen liegt am östlichen Ausläufer der Azoren-Gibraltar Transformstörung, die als transpressionelle Grenze der iberischen und afrikanischen Platte gesehen wird. Die NW-SE gerichtete Konvergenz dieser beiden Platten zeigt sehr langsame Relativbewegungen von nur 4 mm pro Jahr. Die Ergebnisse neuester geophysikalischer Untersuchungen weisen jedoch darauf hin, dass auch eine ostwärtige Subduktion unter den Gibraltar-Bogen die gegensätzlichen Beobachtungen tektonischer Phänomene aus dem Riffgebirge und der Bethischen Kordillere erklären kann. Eine westwärts gerichtete Gegenrotation erzeugt Krustendehnung und damit Subsidenz in der Alboran See, während die damit verbundene westwärtige Verlagerung des Gibraltar-Bogens eine kompressionelle Deformation des Atlantis-Akkretionskeiles bewirkt. Es ist zu erwarten, dass die aktive Subduktion im Golf von Cadiz einen starken Einfluss auf das natürliche Gefahrenpotential dieser Region ausübt. Sie muss beispielsweise als Ursache für das große Erdbeben von 1755 gesehen werden (Stärke 8.5), durch das und den nachfolgenden Tsunami schwere Schäden in Lissabon und im angrenzenden Küstengebiet des Golf von Cadiz verursacht wurden. Diese historischen Ereignisse sind ein gewichtiger Grund dafür, dass der Golf von Cadiz eine Schlüsselregion für Europäische Forschungsaktivitäten und instrumenteller Langzeitbeobachtungen im Rahmen der EU-Programme ESONET, HERMES und EuroSEIZE bildet. Aus den Ergebnissen verschiedener Expeditionen ergeben sich viele Hinweise auf weit verbreitete Fluidaustritte, Karbonatmounds mit Tiefwasserkorallen (Lophelia-Skelette), Kohlenwasserstoff-Gasaustritte und Schlammdiapirismus am portugiesischen, spanischen und marokkanischen Kontinentalrand des Golf von Cadiz. Diese Phänomene wurden als Indikatoren für die weit verbreitete Existenz von gasübersättigten Sedimenten und der Migration von Fluiden diffusiv durch die Sedimente oder advektiv entlang von tektonischen Störungen interpretiert.

Description: To date no study exists that directly addresses changes in dynamics of heterotrophic bacteria in surface waters in relation to partial pressure of CO2 (pCO2). Therefore, we studied the effect of changes in pCO2 on bacterial abundance and activities by using mesocosms with different pCO2 levels (~190, ~370, and ~700 ppmV, representing past, present-day, and future atmospheric pCO2, respectively). Abundance of total bacteria did not differ with increasing pCO2 throughout the whole study period, whereas bacterial protein production (BPP) was highest at highest pCO2. This effect was even more pronounced for cell-specific production rates, especially those of attached bacteria, which were up to 25 times higher than those of free bacteria. During the breakdown of the bloom, however, the abundance of both free and attached bacteria was significantly increased with pCO2. Differences in bacterial growth rate (µ) were smaller than those of BPP, but both µ and BPP of attached bacteria were elevated under high pCO2. Averages of total protease as well as α- and α -glucosidase activities were highest at elevated pCO2 levels, but a statistically significant dependence on pCO2 was only evident for protease activity. There is a measurable but indirect effect of changes in pCO2 on bacterial activities that are mainly linked to phytoplankton and presumably particle dynamics

Description: During the European Iron Fertilisation Experiment (EIFEX), performed in the Southern Ocean, we investigated the reactions of different phytoplankton size classes to iron fertilization, applying measurements of size fractionated pigments, particulate organic matter, microscopy, and flow cytometry. Chlorophyll a (Chl a) concentrations at 20-m depth increased more than fivefold following fertilization through day 26, while concentrations of particulate organic carbon (POC), nitrogen (PON), and phosphorus (POP) roughly doubled through day 29. Concentrations of Chl a and particulate organic matter decreased toward the end of the experiment, indicating the demise of the iron-induced phytoplankton bloom. Despite a decrease in total diatom biomass at the end of the experiment, biogenic particulate silicate (bPSi) concentrations increased steadily due to a relative increase of heavily silicified diatoms. Although diatoms 〉 20 mu m were the main beneficiaries of iron fertilization, the growth of small diatoms (2-8 mu m) was also enhanced, leading to a shift from a haptophyte- to a diatom-dominated community in this size fraction. The total biomass had lower than Redfield C : N, N : P, and C : P ratios but did not show significant trends after iron fertilization. This concealed various alterations in the elemental composition of the different size fractions. The microplankton 20 mu m) showed decreasing C : N and increasing N : P and C : P ratios, possibly caused by increased N uptake and the consumption of cellular P pools. The nanoplankton (2-20 mu m) showed almost constant C : N and decreasing N : P and C : P ratios. Our results suggest that the latter is caused by a shift in composition of taxonomic groups.

Description: Dates of Cruise: 05.10. to 07.10.2005; Projects: Student course in physical oceanography Port Call: Warnem¨unde (05.10.)

Description: We quantify, compare, and generalize responses of experimental nutrient loadings (LN) on planktonic community structure and function in coastal waters. Data were derived from three mesocosm experiments undertaken in Baltic (BAL), Mediterranean (MED), and Norwegian (NOR) coastal waters. A planktonic model with seven functional compartments and 30-32 different carbon flows fit to all three experiments was used as a framework for flow-rate estimation and comparison. Flows were estimated on the basis of time series of measured biomass, some measured flows, and inverse modeling. Biomass and gross uptake rate of carbon of most groups increased linearly with increasing LN in the nutrient input range of 0-1 µmol N L-1 d-1 at all locations. The fate of the gross primary production (GPP) was similar in all systems. Autotrophic biomass varied by two orders of magnitude among locations, with the lowest biomass and response to nutrient addition in MED waters. The variation of GPP among sites was less than one order of magnitude. Mesozooplankton dominated by doliolids (Tunicata), but not those dominated by copepods, presumably exerted efficient control of the autotrophic biomass, thereby buffering responses of autotrophs to high nutrient input. Among the many factors that can modify the responses of autotrophs to nutrients, the time scale over which the enrichment is made and the precise mode of nutrient enrichment are important. We suggest a general concept that may contribute to a scientific basis for understanding and managing coastal eutrophication

Description: Merian 3/2 Die 3. Forschnugsfahrt des neuen deutschen Forschungsschiffs Maria S. Merian fand vom 08.11. bis 30. 11. 2006 unter der Fahrtleitung von Dr. S. Petersen statt.

Description: We investigated the carbon acquisition of three marine microalgae, Skeletonema costatum, Phaeocystis globosa, and Emiliania huxleyi in response to different light regimes. Rates of photosynthetic O2 evolution and CO2 and HCO3- uptake were measured by membrane inlet mass spectrometry in cells acclimated to cycles of 16 : 8 light : dark (LD; h : h) and 12 : 12 LD and were compared with those obtained under continuous light. In addition, cellular leakage was estimated for different photoperiods and ambient CO2 concentrations during growth. Maximum rates of photosynthesis more or less doubled under LD cycles compared with continuous light. In S. costatum and E. huxleyi, a remarkably higher contribution of HCO3- to the overall carbon uptake was observed under LD cycles. In contrast, P. globosa did not change its CO2 :HCO3- uptake ratio in response to daylength. Half saturation concentrations (K1/2) for O2 evolution and inorganic carbon (Ci) uptake were also influenced by the photoperiod. Under LD cycles K1/2 values for photosynthesis in S. costatum and P. globosa were similar or higher compared with continuous light, whereas they were much lower in E. huxleyi. With the exception of CO2 uptake in E. huxleyi and P. globosa, affinities for Ci decreased under the LD cycles. Cellular leakage was highest for E. huxleyi and lowest for S. costatum and generally decreased with increasing CO2 concentration. Although this study confirms species specific differences in the CO2-concentrating mechanisms (CCMs), the effect of daylength on CO2 and HCO3- uptake has hitherto not been described. We put forward the idea that variations in light condition influence the cellular carbon demand, thereby imposing a stronger control on CCM regulation than the naturally occurring changes in CO2 supply.