ALBERT

Description: Main aim of the project was to investigate the local seismicity (distribution and kinematics) within and around the Fergana basin and the Southern Tien Shan in Southern Kyrgistan. In order to achieve this goal a temporary local network was installed between 2009 and 2010. The results derived from this project contributed to decipher the relationship between geodynamics, neotectonic block structures and the occurrence of landslides in this region.

Description: In order to perform optimum interpolation ( OI), which is further used to present climatological maps or to implement network design, the covariance statistics of the field of interest have to be estimated. Subjective choices have to be included in the analysis, whether e.g. using the structure function or directly estimating the covariance or which analytical fit will be applied to the data correlation values. These subjective choices are evaluated in a test case forming a method to determine the covariance field and the resulting scales of decorrelation. Different data sets having individual premises are analyzed and partly compared. Previous analysis of this kind build on other data sources formed the network design for the ARGO project, which was started in year 2000 and is nearly fully established consisting of a global array of autonomous profilers. ARGO serves as the main data set for this analysis and the covariance field and the resulting scales can now be determined from the data provided by the project itself. Zero-crossing scales for temperature, salinity and the mixed-layer-depth are estimated, whereas temperature and salinity provide similar zero-crossing scales of up to 350 km, 8° latitude, 16° longitude and 23 months. Scales for the mixed-layer-depth are slightly smaller, but it is found, that the scales for the mixed-layer crucially depend on the criterion chosen to define the mixed-layer-depth out of temperature and salinity data. The N orth Atlantic Ocean, as defined here ( 45°N-81 °N, 70°W-20°0), has not been object to this kind of analysis before. As it is a region strongly influenced by topographic features, ideas are presented how the method could be modified taking the topographic influence into account.

Description: Aufgrund zahlreicher Studien zu Physiologie, Aufzucht und Verhalten erwies sich der Modellorganismus S. officinalis als ideal für die Durchführung der Experimente, welche den Einfluss der Nahrung auf die biochemische Zusammensetzung klären sollten. Die beiden Aufzuchtsexperimente wurden durchgeführt, um den Einfluss der Nahrung auf verschiedene Parameter wie Wachstum, Mortalität, Fettsäuresignatur sowie lsotopensignatur frisch geschlüpfter Sepien (Experiment 1) sowie juveniler Sepien (Experiment 2) zu untersuchen. Die umfangreichen Analysen wurden ausschließlich an Mantelgewebeproben der Tiere durchgeführt. In Experiment 1 wurde eine hohe Wachstumsrate (IGR) der Hatchlinge sowie eine geringe Mortalitätsrate beobachtet. Der Einfluss des Nahrungsorganismus Mysis auf die Fettsäure- bzw. stabile lsotopenzusammensetzung der Sepien konnte nachgewiesen werden. Die Wachstumsrate der Sepien aus Experiment 2 war bei den mit Garnelen gefütterten Sepien am höchsten und sank über eine niedrigere, aber immer noch positive Wachstumsrate bei den mit Fisch gefütterten Tieren bis zu einem negativen Wachstum bei der Hungergruppe. Diese Abstufung konnte ebenfalls bei der Betrachtung der Mortalität und zum Teil in der biochemischen Zusammensetzung beobachtet werden. Der Transfer der Fettsäuremuster sowie die Weitergabe des lsotopensignals konnte auch in diesem Experiment sichtbar gemacht werden. Die Kombination beider Methoden (Fettsäure- und lsotopenanalyse) erwies sich als ausgezeichneter lndikator, um den Einfluss der Nahrung umfangreich zu studieren. Die Fettsäure- bzw. stabile Isotopenzusammensetzung zeigte in der gesamten Studie einen Einfluss der biochemischen Zusammensetzung der Nahrung auf verschiedene Entwicklungsstadien der Konsumenten und bekräftige somit das Potenzial beider Methoden als Nahrungsnetzindikatoren und trophische Marker. Diese Methoden konnen zwar keine vollständige Beschreibung der Nahrungsnetzstruktur und dessen Funktion liefern, dennoch bieten gerade die Erkenntnisse aus Studien, die unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt wurden, einen wichtigen Beitrag, um die Funktion und Rolle des Konsumenten im Nahrungsnetz besser verstehen zu können. Zusätzlich konnte mit diesen Experimenten der starke Einfluss des Wachstums auf die biochemische Zusammensetzung der jungen Sepien nachgewiesen werden. Weitere Erkenntnisse im Verhalten und in der biochemischen Zusammensetzung, speziell der Hungertiere, konnten ebenfalls gewonnen werden. Trotzdem spielen noch viele weitere Faktoren wie zum Beispiel andere Nahrungskomponenten (u.a. Proteine, Carotenoide) oder andere Gewebetypen (z.B. Mitteldarmdrüse, Schnabel) bei der Interpretation der biochemischen Zusammensetzung eines Organismus eine Rolle. Um die hier gewonnenen Daten zur Nahrungsökologie des Konsumenten S. officinalis und die Information zu den von S. officinalis bevorzugten Beuteorganismen im komplexen Nahrungsnetz anwenden zu können, müssen weitere Untersuchungen im Labor sowie im Freiland vorgenommen werden. Dies würde es ermöglichen, präzisere Aussagen zum Wachstum von S. officinalis und zur Bedeutung der in dieser Studie untersuchten Nahrungsorganismen treffen zu können. Je mehr Daten aus zukünftigen ökologischen Studien gesammelt werden, umso größer sind die Möglichkeiten neue Einblicke in die Ernährungsstrategie und Lebensweise von S. officinalis und deren Rolle in marinen Nahrungsnetzen gewinnen zu können.

Description: Folgende Schlussfolgerungen lassen sich aus den vorgestellten Ergebnissen ziehen: – Der Vegleich zwischen den diskreten Messungen und der Equilibratormethode offenbart deutliche Unterschiede zwischen beiden Methoden. Verschiedene Fehlerquellen sind denkbar, aber es müssen noch weitere Messungen durchgeführt werden, um eine Korrektur für eine der beiden Methoden vornehmen zu können. – Das Mischungsverhältnis von Methan in der Atmosphäre zeigt für die Küstenregion vor Mauretanien eine große Variabilität. Ein Einfluss von hohen Methanemissionen aus dem Gebiet der angrenzenden flachen Banc d’Arguin ist wahrscheinlich. – Oberflächenmethankonzentrationen im Nordwestafrikanischen Auftrieb sind variabel und scheinen von der inkohärenten Wassermassenverteilung in diesem Gebiet beeinflusst zu werden. Es konnte keine einfache Beziehung zwischen der Oberflächenkonzentration von Methan und SST festgestellt werden. Das Methan in der Ozeanoberfläche stammt hauptsächlich aus dem SACW, das an der Schelfkante aus Wassertiefen um 100 m aufgetrieben wird. Die höchste Methankonzentration lag bei 5 nmol L-1, wohingegen Methankonzentrationen im offenen Ozean dem Gleichgewicht mit der Atmosphäre recht nah war (2.5 nmol L-1). – Die errechneten Gesamtemissionen von Methan aus dem mauretanischen Auftrieb während der Auftriebssaison lagen zwischen 7.56 und 12.6 Gg. Das beweist die Rolle des mauretanischen Auftriebsgebietes als „Hot-Spot“ für marine Methanemissionen. Im Vergleich zum Arabischen Meer sind die Emissionen aus dem mauretanischen Auftrieb jedoch um ein Vielfaches höher. – Die Verteilung von Methan in der Wassersäule ist in diesem Gebiet stark vom Auftrieb beeinflusst. Methan wird aus dem Auftriebsgebiet in den offenen Ozean verbreitet. An der Schelfkante konnte eine große sedimentäre Methanquelle ausgemacht werden, ansonsten war das Tiefenwasser aufgrund von Methanoxidationsprozessen CH4-untersättigt. – Winterkonvektion bis zu 1200 m Tiefe bestimmte die CH4-Verteilung in der Wassersäule der Labradorsee. Die Verteilung von Methan spiegelte Alter und Ursprung verschiedener Wassermassen wider. – Ein Vergleich der Methanmessungen entlang des AR7W-Abschnitts mit Messungen von Rehder et al. (1999) im August 1997 offenbart deutliche Unterschiede. Diese könnten eine Reaktion auf die sich verändernden Umweltbedingungen in der Labradorsee sein. Die Daten von 2007 zeigen, dass Methan aus der Oberfläche in geringere Tiefen transportiert wurde als zehn Jahre zuvor. Weiterhin waren die Methankonzentrationen während der 2007 durchgeführten Messungen im Allgemeinen höher als 1997. Eine Erwärmung der Labradorsee in den letzten 10 Jahren könnte zu verringerten Konvektionstiefen und zu erhöhten Methaneinträgen aus Flüssen und/oder von angrenzenden Schelfgebieten in die Labradorsee geführt haben.

Description: Die Parameter von einfachen konzeptionellen Modellen für die gekoppelte Dynamik von Ozean und Atmosphäre in den Tropen werden an Beobachtungsdaten angepasst. Es wird analysiert wie gut die Modelle, angetrieben von stochastischer Anregung, die das kurzzeitskalige "Wetter-Rauschen" darstellen soll, beobachtete statistische Eigenschaften des Systems reproduzieren. El Niño Southern Oscillation (ENSO) wird gut durch das lineare "recharge oscillator" Modell beschrieben. Im "recharge oscillator" Bild wird die Oszillation durch das Aufladen bzw. Entladen des äquatorialen Wärmeinhaltes während eines La Niña bzw. El Niño Ereignisses bedingt. Das "delayed action oscillator" Modell hingegen, bei dem die Oszillation durch die Propagationszeit äquatorialer Wellen bedingt ist, erweist sich als weniger sinnvolle Approximation. Die beobachtete Schiefe und Kurtosis der Ost-Pazifischen (Niño3) Meeresoberflächentemperatur (SST) Zeitreihe kann durch nichtlineare Kopplung der SST an Anomalien in der Tiefe der Thermokline und durch die Saisonabhängigkeit der Variabilität erklärt werden. Auch die beobachtete Dynamik im Gebiet des äquatorialen Atlantiks lässt sich gut durch das "recharge oscillator" Modell beschreiben. Ein gedämpft schwingender gekoppelter Ozean Dynamik-SST Mode existiert im borealen Frühling und Sommer, während das System in Herbst und Winter überdämpft ist. Im Indischen Ozean kann kein gekoppelter periodischer Mode gefunden werden. Stattdessen ist die SST des Indischen Ozeans gut beschrieben durch einen von ENSO angetriebenen "red-noise" Prozess. Mit Hilfe eines einfachen Modelles für die Wechselwirkung des tropischen Indischen beziehungsweise Atlantischen Ozeans mit ENSO wird gezeigt dass der Indische Ozean dämpfend auf ENSO wirkt und für eine erhöhte ENSO-Frequenz verantwortlich ist. Dennoch kann die Qualität von ENSO-Vorhersagen durch die explizite Berücksichti- gung des Indischen Ozeans kaum verbessert werden, da dieser selbst stark vom ENSO Signal dominiert ist. Die Wechselwirkungen zwischen dem Atlantik und ENSO sind allgemein schwächer als zwischen dem Indischen Ozean und ENSO. Jedoch scheint ein gewisser Einfluss des Atlantiks auf ENSO zu existieren, der die Vorhersagbarkeit von ENSO verbessern könnte.

Description: A often discussed topic in community ecology is the hypothesis that communities with a higher diversity are more stable against environmental changes. The study at hand addressed the question whether fouling communities with two different successional stages differ in their persistence against changed environmental parameters. Fouling communities consist of sessile marine macrobenthic organisms that settle on all surfaces that are submerged in seawater, including ship hulls. This is one reason why intercontinental ship traffic is regarded as the main vector for dispersal of non-indigenous species. The present study examined this ecological question by transplanting 4 and 2 months old fouling communities on artificial settlement substrata from one study site to a second site in the same coastal ecosystem on the island of Madeira. Their stability was measured as change in species composition compared to local reference communities from the recipient site. The diversity and the amount of available settlement substratum in the communities were regarded as function of their age. The results of this study show that younger communities were less persistent against the change in environmental parameters induced by the transplantation and therefore converged more rapidly towards the species composition of the local reference communities. The speed of convergence was found to correlate significantly with the initial taxonomic and functional diversity of the communities, while the role of unoccupied settlement substratum in the transplanted communities remained less clear. The most important factor controlling the convergence process was the species identity and the ecological role of dominant species. Older communities are more persistent against a change in environmental parameters. As a consequence, the longer fouling communities can establish on mobile substrata like ship hulls, the more likely they are to survive the transport and to reach new habitats where they have the chance to persist. Single species from these communities can pose a threat of bioinvasion in the new habitat if they are able to reproduce and to disperse. Regular cleaning of ship hulls is one recommended action to avoid long-distance dispersal of non-native species

Description: Seegrasgemeinschaften gehören hinsichtlich ihres Nutzens für die Allgemeinheit zu den wertvollsten Ökosystemen überhaupt. Sie bieten Lebensraum für eine diverse Gemeinschaft von Invertebraten und Fischen, dienen als Habitat und Futterquelle, sowie als Kinderstube für kommerziel wichtige Arten. Die Fähigkeit von Seegraswiesen Sediment und Nährstoffe aus der Wassersäule zu entfernen und die Stärke von Strömungen abzuschwächen, dient dem Schutz von Küstengebieten. Unglücklicherweise gehören Seegraswiesen zu den am meisten bedrohten Lebensräumen im Meer. Der wachsende menschliche Einfluß, insbesondere die Eutrophierung, haben einen dramatischen Rückgang der Seegrasswiesen in den letzen Dekaden verursacht. Seegrasblätter werden von einer Vielzahl von epiphytischen Algen besiedelt. Unter hoher Nährstoffbelastung können diese Epiphyten die Seegräser überwuchern mit schwerwiegenden Konsequenzen für das Wachstum der Pflanzen. Dieser Vorgang wird nicht nur durch Nährstoffe alleine geregelt, sondern auch der Einfluß von sogenannten „Mesograzern“, kleinen mobilen Invertebraten, spielt ein wichtige Rolle in der Strukturierung von Seegras-Epiphyten Gemeinschaften. In dieser Arbeit habe ich die Auswirkungen von vier häufig vorkommenden Mesograzerarten (die Isopodenart Idotea baltica, die Amphipodenart Gammarus oceanicus, die Gastropoden Littorina littorea and Rissoa membranacea) auf Prozesse in Seegras-Epiphyten Systemen untersucht. Im Labor habe ich den Effekt von zunehmender Mesograzerdichte auf die Biomasse und Produktion von Seegrass und Epiphyten in Mesokosmos-Experimenten untersucht. Die Auswirkungen auf diese Pflanzengemeinschaft varierten zwischen den einzelnen Mesograzerarten, wobei Rissoa der effizienteste Grazer war und Gammarus den schwächsten Effekt zeigte. Die Gastropoden zeigten generell einen stärkeren Grazing-Effekt als die Crustaceen. Die Produktivität der Epiphyten wurde von Littorina und Rissoa durch die zusätzliche Versorgung mit Nährstoffen gesteigert. Wahrscheinlich stammten diese Nährstoffe aus den Exkretionsprodukten dieser Arten. Der Effekt der Mesograzerdichte auf die Diversität der Epiphyten war ebenfalls artspezifisch. Die Diversität der Epiphyten zeigte eine unimodale Korrelation mit der Gastropodendichte wie es aufgrund der „intermediate disturbance hypothesis“ zu erwarten war. Idotea hatte einen generell negativen Effekt und Gammarus zeigte einen konstant positiven Effekt auf die Diversität der Epiphyten. Variationen in der Selektivität der Grazer und der Zusammensetzung der Epiphytengemeinschaft können als wichtige Faktoren für die unterschiedlichen Auswirkungen von Mesograzern auf die Diversität der Algen angesehen werden. Die Interaktionen von „top-down“ und „bottom-up“ Effekten wurden bei einem mittleren Fraßdruck von Idotea und drei unterschiedlichen Nährstoffkonzentrationen getestet. Ich fand 4 starke und interaktive Auswirkungen von Nährstoffen und Grazing auf die Epiphyten. Die Biomasse und Produktion der Epiphyten wurde durch die Anreicherung mit Nährstoffen erhöht und durch die Anwesenheit von Grazern erniedrigt. Die Nährstoffeffekte waren stärker in der Abwesenheit von Grazern und der Grazing-Effekt war ausgeprägter unter hoher Nährstoffversorgung. Grazing und Düngung hatten antagonistische Effekte auf die Zusammensetzung der Epiphyten: Diatomeenketten und filamentöse Algen profitierten von der Nährstoffanreicherung, während ihr Anteil an der Gesamtbiomasse durch Grazing reduziert wurde. Das Seegraswachstum wurde positiv durch Grazing beeinflußt und durch mäßige Nährstoffanreicherung. Hohe Nährstoffkonzentrationen hingegen reduzierten die Produktion des Seegrases. Felddaten unterstützten die experimentell gezeigte Koexistenz von „top-down“ und „bottom-up“ Kontrolle von Primärproduzenten in Seegrassystemen. Der Effekt von Mesograzerdiversität auf ein Seegras-Epiphyten-Mikrophytobenthos System wurde in einem weiteren Laborexperiment untersucht. Anfänglich erhöhte die ansteigende Mesograzerdiversität die Grazing-Effizienz auf die Epiphyten und es gab einen positiven Effekt auf die Diversität der Epiphyten. Zusätzlich wurden ein starker Einfluß der einzelnen Mesograzerarten auf die taxonomische Zusammensetzung in beiden Mikroalgengemeinschaften festgestellt. Diese Auswirkungen der Mesograzerdiversität verschwanden nach drei Wochen. Wahrscheinlich hatten die Auswirkungen höher Nährstoffkonzentrationen in diesem Experiment die Effekte der Mesograzerdiversität zu diesem Zeitpunkt überdeckt. Des weiteren führte ich eine Feldstudie in der Kieler Förde durch, um die Bedeutung von Epiphyten als Nahrungsquelle in Seegrassystemen zu untersuchen. Stabile Isotopen- und Fettsäureanalysen wurden angewandt um diese Frage zu beantworten. Die Werte der stabilen Kohlenstoffisotope und die Fettsäurezusammenstetzung von Primärproduzenten und Konsumenten in der untersuchten Seegraswiese führten zu der Schlußfolgerung, daß das dort vorhandene Nahrungsnetz hauptsächlich Epiphyten und Mikrophytobenthos zur Grundlage hat. Rotalgen und Phytoplankton waren von geringerer Bedeutung in diesem System und das Seegrass selber ist wahrscheinlich als Nahrungsquelle zu vernachlässigen. Als Schlußfolgerung kann man sagen, daß meine Experimente und Feldstudien die Bedeutung der Mesograzer als strukturierender Faktor in Seegrassystemen hervorheben und Bedeutung dieser funktionalen Gruppe für die Gesundheit und Stabilität dieser Ökosystem bestätigt wurde. Die Größenordnung und Ausrichtung dieser Effekte ist jedoch Abhängig von der Mesograzerart und der Dichte. Der Stellenwert von Interaktionen zwischen Fraßdruck, Nährstoffen und der Diversität von Primärproduzenten und Konsumenten wurde in dieser Studie verdeutlicht.

Description: Low iron concentrations limit growth of Antarctic phytoplankton throughout the year. Results from the European Iron Fertilization Experiment (EIFEX) showed that large, chain forming diatoms were the main beneficiaries of iron fertilization. However, it was demonstrated for the first time that small diatoms benefited from increased iron availability as well. Laboratory experiments showed that light limitation of Southern Ocean diatoms may be less common than hitherto suggested. Further, iron and silicate co-limitation in Chaetoceros dichaeta resulted in distinct frustule malformation that would likely decrease grazing protection of this species in the field. Decreases in the elemental Si : C, Si : N, and Si : P ratios of diatoms under high iron concentrations were caused by different mechanisms instead of solely by the assumed decreased silicification. Additionally, it was demonstrated for the first time that Southern Ocean diatoms are able to use volcanic ash as an iron source and increase chlorophyll concentrations and photosynthetic efficiency significantly.

Description: In this PhD thesis the diversity of functional bacterial genes in the nitrogen cycle was investigated with molecular methods in the lakes Plußsee and Schöhsee, and the Baltic Sea. The diversity of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) was studied by diversity of specific 16S rDNA and amoA genes. Dominant sequences from Baltic Sea water column and Schöhsee 1 m were related to different Nitrosospira clusters. Sequences from Plußsee 7 m, Schöhsee 12 m and sediment of both lakes were clustered into a purely environmental cluster with no cultivated representatives. Two groups of amoA sequences from Baltic Sea sediment were related to environmental clusters from brackish and marine habitats. The diversity of the evolutionarily related genes for ammonia monooxygenase (AMO) and particulate methane monooxygenase (pMMO) was analyzed. A higher frequency of pmoA sequences, mainly belonging to methane oxidizing bacteria of the gamma subgroup of proteobacteria (g-MOB), was detected. Dominant amoA sequences were related to ammonia oxidizing bacteria of the beta subgroup of proteobacteria (b-AOB), no sequences related to amoA of the γ-AOB were detected. The deduced amino acid sequences of some clones from lake sediments were distantly related to PmoA from Crenothrix polyspora, a filamentous methane oxidizer with an unusual methane monooxygenase. The distribution of denitrifying bacteria was studied by the nitrite reductase genes nirK and nirS. The dominant sequences of nirK from all clone libraries belonged to two distinct phylogenetic clusters, while nirS sequences from both lakes were scattered over several clusters throughout the complete phylogenetic tree, and only few sequences from Baltic Sea overlapped. In the Baltic Sea, nirK-denitrifiers were diverse throughout the water column, while nirS-denitrifiers were dominant in the sediment and almost absent in the water column. In Plußsee the community composition was inverted: nirK-denitrifiers were more diverse in the water column and nirS-denitrifiers in the sediment. In Schöhsee nirS-denitrifiers were highly diverse in water and sediment samples. For nirK and nirS the sequences of the protein were less conserved than those of the gene while the amoA and pmoA protein were conserved, which might be an indication of a differential selection pressure.