ALBERT

Description: The present work describes the influence of the orientation of hexagonal ice crystals on its single scattering and on multiple scattering of solar radiation in cirrus clouds. Scattering phase function and single scattering albedo were calculated with a Ray-Tracing model, the radiance flux density and the radiance of ice clouds by means of a Monte-Carlo radiative transfer model. A total of 13 wavelenghts (0.2 μm 〉 ,\ 〉 4.0 μm), 10 maximum tilt angles of the crystals around the horizontal axis, 5 crystal size distributions, 6 optical thickness (0.5 〉 T 〉 12.0) and 10 solar zenith angles 80 have been considered. The effect of particle orientation is strongest pronounced for Θ0 = 0° and Θ0 = 40°. For a typical optical thickness T = 2 and solar zenith angle of 40° the differences in the solar broadband fluxes are as large as 125.4 m-2 for reflected radiance flux density and as large as 129.9 wm-2 for the transmitted flux. The absorption is less affected by crystal orientation. For hexagonal plates these effects are smaller than for hexagonal columns. The radiance flux density is stronger influenced by crystal orientation for smaller crystals. This sensitivity can also be observed in the transmitted and the reflected radiance. As an application, the tilt angle can be infered from the shape of halo components. This work gives detailed geometrical explanations for the dependence of single and multiple scattering on crystal shape and orientation. The choice of crystal orientation has a similar effect on the radiative properties of cirrus clouds as crystal shape and size distribution.

Description: The objective of this 10-week study was to examine the influence of photoperiod on locomotor activity, food intake, and oxygen consumption of juvenile haddock (Melanogrammus aeg/efinus) in order to assess possible factors responsible for the differences in body growth Trippel & Neil (2003) reported. Plasma cortisol levels were measured to examine the relation between photoperiod and stress potential in haddock. 600 juvenile haddock (fork length 12.46+/-0.12 cm, body weight 22.53+/- 0.63 g) were randomly distributed and reared in eight 1 m2 square tanks with a water inflow of 3.5-4.0 I/min. The set up was partitioned into three treatments of different photoperiod (natural photoperiod NP, continuous light 24 h, and alternated conditions= 24h-NP-24h). Three sub-experiments were conducted to identify possible differences in behaviour. Locomotor activity was recorded daily by counting fish that passed through a fixed station in each tank. Food consumption was measured daily via counting remaining pellets on the bottom of the tanks in the morning. Oxygen consumption was estimated by following the decrease of oxygen saturation in each tank over a 1 hour period in static water conditions. Therefore water in- and outflow was stopped. The blood of 200 fish was sampled at different time periods and plasma was stored at -80° C. A radioimmunoassay was conducted for measuring cortisol levels. Haddock showed significant differences in locomotor activity between treatments. It was greatest under natural photoperiod, less in tanks which received switching photoperiod and lowest at 24h light. Lower energy consumption for locomotion may be translated into savings for other metabolic processes like growth. No significant difference was found in oxygen consumption between treatments with values ranging from 0.16 to 0.27 mg/g/h. All fish exhibited good food utilization efficiency (0.13-0.3) with no significant differences between treatments. Cortisol levels were highly variable with values ranging from 17 ng/ml up to maximum levels of 56 ng/ml independent of treatment. These values are relatively high in comparison to other species resting or stressed. Further investigations are necessary to get more information about resting and stress levels of cortisol in cultured haddock.

Description: Im Rahmen des BMBF - Projektes „Globec Gennany" wurden vom Institut für Meereskunde in Kiel während der 220. Reise des „FS Alkor" im Mai 2002 unter anderem Planktonproben auf einer Dauerstation im zentralen Bornholm - Becken genommen. Mit Hilfe der Proben wurde die klein- und mesoskalige Verteilung von Fischbrut näher untersucht und in einen Zusammenhang mit den vorherrschenden Umweltbedingungen, in Folge eines großen winterlichen Einstrom von Nordseewasser, gebracht. Ein weiterer Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Vergleich der zwei Planktonfangeräte: Biomoc und Multinetz (sog. Maxi - Netz). Die Reproduzierbarkeit der durch Biomoc und Maxi - Netz erhaltenen Daten und Ergebnisse wurde mit Hilfe des IPR überprüft. Durch den Einstrom von sauerstoffreichem Nordseewasser zeigte sich eine Vertikalverteilung von Sprott- und Dorscheiern bis in eine Tiefe von 85 m. Sowohl Sprott- als auch Dorscheier zeigten in Abhängigkeit von der Tiefe und den damit verbundenen Temperatur- und Sauerstoffgehaltsänderungen unterschiedliche relative Sterblichkeiten in Bezug auf den jeweiligen betrachteten abiotischen Faktor. Durch den Einstrom ergaben sich für die Dorscheier bessere Entwicklungsbedingungen während die Sprotteier, durch die niedrigen Temperaturen unterhalb der permanenten Haloline, in ihrer Entwicklung eingeschränkt waren. Dies spiegelt sich bei Betrachtung der Gesamtsterblichkeit wider, Dorscheier zeigten lediglich eine sauerstoffabhängige relative Sterblichkeit von 24 %, während Sprotteier eine 38 %ige temperaturabhängige Sterblichkeit aufwiesen. Die höchsten Sprottlarven - Konzentrationen wurden in Tiefen von O - 20 m gefunden. Eine tageszeitlich bedingte Wanderung konnte nicht festgestellt werden, es wurde lediglich beobachtet, dass sich die Larven am Tage um wenige Meter höher in der Wassersäule aufhalten als in der Nacht. Der Vergleich der zum Einsatz gekommenen Geräte führte zu keinem abschließenden Ergebnis. Die aufgetretenen Unstimmigkeiten bei der Probenentnahme konnten nicht eindeutig einem der Fangeräte zugeordnet werden. Ein weiterer Vergleich der beiden Geräte zur Lokalisierung einer möglichen Fehlerquelle ist ratsam.

Description: The aim of this study is to examine the response of the bio-physical coupling in the equatorial Pacific Ocean to an idealised simulated westerly-wind event (WWE). The event lasts for about 120 days and is characterized by a Gaussian Sharp in time and space. The numerical model used in this study is a coupled ocean-atmosphere model, which is based on the the primitive equations and reduced gravity approximation and formulated on σ-coordinates underneath a dynamic mixed layer. It is driven by an atmospheric mixed-layer model combined with a Gill-type atmosphere model. Ocean biota are simulated using a nine-component NPDZ ecosystem model, wich is coupled to the physical ocean model. The simulated chlorophyll concentrations feed back to the ocean dynamics by modifying the absorption of photosynthetically active radiation in the surface layers, thereby changing the ocean thermodynamics and ocean currents. It is shown that the simulated climate mean state is in uenced by the spatiotemporal characteristics of different biological components, particulary throught changes in the chlorophyll concentraitons. This study extends the study of Timmermann and Jin [2003] and Marzeion et al. [2004] , which have identifed an influence of ocean biota on the climate mean state in the tropical Pacific.

Description: This study concentrated on cell cycle analyses of the coccolithophoride Emiliania huxleyi in relation to calcification in a light:dark cycle of 12:12 hours as well as limitation by nitrogen (N), phosphate (P) and light (E) under continuous light. This unicellular algae is one of the most important marine calcifying organism and shows an enhanced calcification to photosynthesis ratio (C/P) when growing under nitrogen or phosphate limitation. The function of elevated calcification under these conditions related to the cell cycle has not been studied yet. Beside cell cycle analyses data were collected on nutrient consumption, cellsize and the C/P ratio. Emiliania huxleyi is synchronized through the cell cycle in a light:dark period with the event of cell division occuring in the dark. In the dark period the Gl-phase showed a decrease by 20 % with contemporary increase of the S und G2+M phase and following rise in cell number. During the dark period (Sand G2+ M) an enhanced requirement of phosphate whereas an enhanced requirement of nitrogen during the light ( G 1) was visible. This is explained by the need of N for assimilation and biotic synthesis in the light and the demand of P for DNA synthesis plus regulating the steps in the cell cycle. Calcification in samples of the dark period, which were incubated in the light, showed a mean decrease by 25 %. This could maintain a link between G1-phase and calcification. Under continuous light, where a desynchronisation of the cell cycle occured, growth rates were higher than under a light:dark cycle. When cell division stopped through limitation by N or P a bulk cell number arrest in the G1-phase and showed increased C/P ratios with higher evidence in P limited cells. N limited cells decreased in cellsize by 18 % through a lack of N metabolism, whereas P limited cells increased by 30 %. In all experiments the cellsize before division was greater than 4, 75 μm, so a link between the cellsize and the shift from G 1 to S is suggested and another control point in G1 which depends on phosphate availability. The results indicate that calcification is primarily a process of the Gl-phase.

Description: Die Notwendigkeit der ständigen Kontrolle von Fließgewässern wird durch schwere Vorfälle deutlich und hat zu einer intensivierten Überwachung von Gewässern geführt. Das Detektieren von plötzlich auftretenden Umweltgiften in natürlichen Gewässern kann rechtzeitig durch ein Frühwarnsystem erkannt werden. Sogenannte Biomonitore arbeiten mit Organismen, die auf eine Vielzahl von toxischen Substanzen reagieren. Der Fisch dient dabei als Reaktionsmodell für die menschliche Gesundheit mit dem Ziel das Rohwasser in ausreichender Qualität für die Trinkwassergewinnung zu erhalten. Hier haben Organismen basierte Systeme ihre Anwendung, die das Auftreten eines Schadstoffes dadurch detektieren, dass der Gesamtorganismus beim Auftreten eines Schadstoffes mit messbaren Verhaltensänderungen reagiert. Das Meßsystem „Fischtox" der Firma bbe-moldaenke in Kiel ist ein kontinuierlich aufzeichnendes, computergesteuertes, bildverarbeitendes Verhaltensmeßsystem, das Änderungen im Verhaltensmuster eines Testfischschwarmes, bestehend aus sechs Goldorfen, registriert. Für die Auswertung der Verhaltensänderungen wurden die Verhaltensvariablen Schwimmgeschwindigkeit, Schwimmhöhe und der Abstand der Versuchsorganismen herangezogen. Der Umwelteinfluss abnehmende Sauerstoffsättigung sollte eine Verhaltensänderung der Goldorfen in den Verhaltensvariablen aufzeigen. Es sollte eine Detektion einer Umweltverschlechterung durchgeführt werden. Die starke Sauerstoffreduzierung (20% Sättigung) führte zu einer kurzfristigen Verhaltensänderung der Tiere in Bezug auf alle Verhaltensvariablen, die mit der hier verwendeten Messanordnung detektiert werden konnte. Der zweite untersuchte Umwelteinfluss, der eine Verhaltensänderung der Goldorfen in dem Meßsystem aufzeigen sollte, war eine Schadstoffzuführung. Die subletalen Konzentrationen (0,05 mg/1; 0,1 mg/1) des Insektizids Chlorpyrifos führten aber zu keiner signifikanten Veränderung der Schwimmaktivität der Goldorfen, die das Meßsystem detektieren konnte.

Description: Für die Jahrgangsstärke von Fischbeständen spielen die frühen Entwicklungsstadien eine zentrale Rolle. Insbesondere die Ei- und Larvenstadien reagieren sensibel auf biotische und abiotische Einflüsse. In einem experimentellen Ansatz wurde mit Hilfe eines erstmals an diesem Institut verwendeten Temperatur- Gradienten- Blockes, der Temperatureinfluss im Bereich von 2°C bis 13,8°C auf die frühen Entwicklungsstadien des Ostseedorsches, Gadus morhua, untersucht. Die Vermessung der Larven fand anhand von digitalen Aufnahmen statt. Sowohl die Entwicklungsdauer und die Sterblichkeit in der Eiphase, als auch die Schlupflänge, die Abnahme der Dotterfläche, das Längenwachstum, der Zeitpunkt der Maulöffnung, und die maximale Lebensdauer der Larven im Hungerzustand, wurden vergleichend untersucht. Dabei konnte eine Exponential- Potenzfunktion die stadienspezifische Entwicklung am besten beschreiben. Die Entwicklung bis zum Schlupf verlief bei 2°C nahezu dreimal langsamer als bei 10°C Inkubationstemperatur. Oberhalb von 10°C fand keine Entwicklung bis zum Schlupf statt. Die Anzahl an Tagesgraden bis zum Schlupf nahm im untersten Temperaturbereich deutlich ab. Erhöhte Sterblichkeiten wurden bei der Gastrulation und im Entwicklungsstadium IV bis zum Schlupf registriert. Auch das Schlupfintervall, der Zeitraum zwischen Schlupf der ersten bis zur letzten Larve innerhalb einer Inkubationstemperatur, ließ sich über alle Temperaturen durch eine exponentielle Funktion beschreiben. Mit steigender Temperatur verkürzte sich das Schlupfintervall. Die am kältesten inkubierten Larven schlüpften mit der signifikant geringsten Standardlänge. Am größten schlüpften die bei 4, 7°C inkubierten Larven, während die bei 10 °C inkubierten Larven als zweitkleinste schlüpften. Die Dottersackfläche nahm mit steigender Temperatur schneller ab. Ebenso die Zeit bis zur Öffnung des Mauls, die temperaturabhängig vom Schlupf zwischen neun und drei Tage dauerte. Diese ontogenetische Umgestaltung war längenabhängig und fand bei 4,22±0,05 mm Körperlänge statt. Mit ansteigender Temperatur wurde eine kürzere Überlebensdauer im Hungerzustand beobachtet. Bei 2°C überlebten die Larven maximal fast dreimal so lange (38 Tage), wie bei 10°C Inkubationstemperatur (13 Tage). Insgesamt wurde ein signifikanter Temperatureinfluss auf die Ontogenie früher Entwicklungsstadien des Ostseedorsches festgestellt. Jedoch treten sowohl bei extrem kalten als auch extrem warmen Temperaturen kompensatorische Prozesse auf. Die erzielten Ergebnisse wurden mit in der Literatur beschriebenen Entwicklungszeiten diskutiert und stimmten in wesentlichen Punkten überein.

Description: Numerous vascular plants are known to induce structural and/or chemical defences against mesograzers either after being subjected to direct herbivory or exposed to chemical signals released by attacked neighbouring plants. However, there are only a few examples of a defensive response to direct grazing in marine macroalgae and even less is known about information transfer based on waterborne chemicals in algae-grazer interactions. In a first 'screening' experiment I examined the effect of direct grazing by the mesoherbivorous isopod Idotea granulosa on 10 seaweed species from the Swedish west coast. During a second experiment, 5 seaweed species were tested for their responses to direct grazing or to possible waterborne cues released from damaged conspecifics or I. granulosa alone. The response was assessed in feeding assays where Idotea sp. was allowed to choose between either previously grazed pieces or unexposed controls. Additionally, artificial food prepared from homogenized algal pieces (extracted or directly incorporated into agar-agar) was used to further discriminate between morphological and chemical changes in algal pieces. In addition I analysed the total content of brown algal polyphenolics (phlorotannins) in selected species to observe whether there is an increase in polyphenolic production due to herbivore load. My data show an inducecl resistance in Fucus serratus, Ascophyllum nodosum (Phaeophyceae) and Chondrus crispus, Polyides rotundus (Rhodophyceae). All species reduced their palatability after a 14-day period without any grazing pressure, following 14 clays of exposure to herbivores. Furthermore, I was able to show an increased resistance in P. rotundus and A. nodosum in response to waterborne cues released by grazed conspecifics. The phlorotannin-content was not increased in algal pieces which showed an induction of defence. Thus, two new species (F. serratus and C. crispus) can be added to the short list of macroalgae known to be capable of induced resistance. The results suggest a slow 'switching on' of defensive mechanisms (at least 2 weeks after initial grazing damage) in some species of seaweed off the Swedish west coast as an adaption to seasonal changes in herbivore populations with a slow increase in grazer density twice a year.

Description: In marinen Ökosystemen ist die Gemeine Miesmuschel Mytilus edulis einer der wichtigsten Organismen des Hartbodenbenthos. Sie erfüllt wichtige Funktionen wie Wasserreinigung und Rodenstabihsierung, schafft Lückenhabitate für kleine Arten, steilt sekundäres Hartsubstrat für Aufwuchs bereit und dient anderen Tieren als Nahrung. Um die Auswirkungen der vorhergesagten Klimaveränderungen auf die Entwicklung der Muscheln beurteilen zu können und um festzustellen, welchen Einfluss diese Entwicklung für das Ökosystem Ostsee haben könnte, wurden die Muscheln bei zwei unterschiedlichen Temperaturen, Salinitäten u...r1d Futterstufen tmtersucht. Im Verlauf der sechsmonatigen Laborversuche wurde der Einfluss der drei Faktoren auf das Wachstum, die Schalenstärke und die Schalenbruchstabilität der Tiere untersucht. Dabei wurde wöchentlich die durchschnittliche Temperatur der Ostsee und eine um 5°C höhere Temperatur eingestellt, die Salinität betrug einmal 12 und einmal 17 PSU. Ein Teil der Muscheln bekam die durchschnittliche Phytoplanktonmenge der Kieler Förde und der andern die doppelte Menge als Nahrung zur Verfügung gestellt. Die Probennahme fand monatlich statt. Das Wachstum wurde anhand der Schalenlänge bestimmt. Die Schalenstärke wurde in der Mitte der Schalenhälfte mit einer Mikrometerschraube gemessen. Die Bruchstabilität wurde durch Belastungstests ermittelt. Die Wachstumsrate stieg in jeder Behandlung mit der Temperatur. Eine geringere Salinität führte zu geringeren Wachstumsraten, aber nicht zu einer geringeren Schalenstärke und Bruchstabilität. Eine erhöhte Futtermenge bedingte eine höhere Wachstumsrate, aber keine dünneren Schalen und keine geringem Bruchstabilität. Interessant waren die Auswirkungen von Interaktionen der Faktoren auf die Entwicklung der Muscheln. Die befürchtete Abnahme der Schalenstärke bzw. der Bruchstabilität wird nach diesen Ergebnissen wahrscheinlich nicht eintreffen. Somit wird der Prädationsdruck durch Carcinus maenas auf die Miesmuschel nicht erhöht und Verschiebungen im Gefüge der Benthosgemeinschaften der Ostsee bleiben, zumindest unter diesen Gesichtspunkten, aus.