@phdthesis{Winde2014, author = {Vera Winde}, title = {Zum Einfluss von benthischen und pelagischen Prozessen auf das Karbonatsystem des Wattenmeeres der Nordsee}, journal = {To the influence of benthic and pelagic processes of the carbonate system of the Wadden Sea, North Sea}, url = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001806-9}, year = {2014}, abstract = {Durch den CO2-Anstieg in der Atmosph{\"a}re kann es zu einer zunehmenden Ver{\"a}nderung im gel{\"o}sten Karbonatsystem sowie des pH-Wertes der Oberfl{\"a}chenw{\"a}sser der Ozeane kom-men (IPCC, 1996). Die potenziellen Auswirkungen dieser so genannten Ozeanversauerung auf die {\"O}kosysteme der Meere gewinnen zunehmend an Bedeutung (Buck und Folger, 2009). Beispielsweise verursacht eine Versauerung der Meere eine Verschiebung der Kar-bonats{\"a}ttigungswerte im Wasser, welches Auswirkungen auf die Schalenbildung von Or-ganismen aber auch auf die Remineralisierung von organischem Material und auf die L{\"o}-sung von Karbonaten im Meeresboden hat (Guinotte und Fabry, 2008). Im Rahmen des Projektes BIOACID wurde die vorliegende Arbeit durchgef{\"u}hrt. Ziel der Arbeit war, die aktuelle Pufferwirkung des Wattenmeeres f{\"u}r das gesamte Karbonatsystem der Nordsee zu bestimmen. Um das Karbonatsystem der Wassers{\"a}ule und deren Interakti-on mit dem Sediment zu verstehen, war es notwendig, vorher die biogeo- und physiko-chemischen Grundlagen der Aufl{\"o}sung von biogenen und abiogenen Karbonaten im Sedi-ment zu untersuchen. Hierf{\"u}r wurden zum einen Laborexperimente und zum anderen in-situ Feldexperimente durchgef{\"u}hrt, um das Reaktionsverhalten von Karbonaten aus dem Wattenmeer zu bestimmen. F{\"u}r die Untersuchung des aktuellen pelagischen Karbonatsys-tems und der benthisch-pelagischen Kopplung wurden umfangreiche Beprobungen der Wassers{\"a}ule (tidal, r{\"a}umlich, saisonal) und zus{\"a}tzlich von kleinen Prielen und vom Poren-wasser durchgef{\"u}hrt. Aus den Daten wurde ein auf delta13C(DIC) und DIC basierendes Modell entwickelt, welches zur Interpretation von Karbonatsystemen benutzt werden kann. F{\"u}r alle Probennahmen und Experimente wurde verschiedene Parameter bestimmt, wie die Struktur und Zusammensetzung der Karbonate, die Temperatur, der pH-Wert, die Haupt- und Spurenelemente, TA, delta13C (DIC), DIC. Zus{\"a}tzlich wurden im Porenwasser die Sulfid- und Sulfatkonzentrationen gemessen. Das Sediment wurde auf Fe*, Mn* und Ca* sowie TC, TN, TS, TIC und TOC untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die untersuchten biogenen Karbonate (Mytilus edulis, Ce-rastoderma edule, Crassostrea spp., Ensis americanus, Spisula spp.) bis zu 0,1 logarithmi-sche Einheiten instabiler als die jeweiligen abiogenen Karbonate (Aragonit, Kalzit) waren. Dies war durch den Aufbau des Kristallgitter und deren eingebaute Organik erkl{\"a}rbar. Die Aufl{\"o}sungsraten wurden vom PCO2, der Temperatur, dem Salzgehalt, der Karbonatzusam-mensetzung, der Karbonatstruktur, der Korngr{\"o}{\"s}e und der Anwesenheit von Fremdionen beeinflusst. Es wurde eine Reaktionsordnung der biogenen und abiogenen Karbonate von 1 bis 2 bestimmt. Durch den Zusatz von Mn bzw. PO4 erh{\"o}hte sich die Reaktionsordnung auf 2,5 bis 3. Bei einer theoretischen Reaktionsordnung von 1 wurden Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten von lg (-4) bis lg (-3) bestimmt diese {\"a}nderten dich durch die Zugabe von Fremdionen nur leicht zu negativeren Werten. Es konnte gezeigt werden, dass die Oberfl{\"a}che durch Absch{\"a}tzung {\"u}ber die Reaktionsrate am genausten war. Im Sediment konnten bei den in-situ Feldexperimenten eindeutige L{\"o}sungsvorg{\"a}nge der Karbonate beobachtet werden. Es zeigten sich deutlich st{\"a}rkere L{\"o}sungserscheinungen, wie L{\"o}cher und abgerundete Kanten, in den obersten Zentimetern als in tieferen Schichten. Dies ist durch die oxische bzw. suboxische Bedingungen erkl{\"a}rbar, die die besten Vorraus-setzungen f{\"u}r die Karbonatl{\"o}sung gegeben. Durch die oxischen bzw. suboxischen Bedin-gungen sind die Fremdionen in Oxidiertem Zustand im Sediment vorhanden, dadurch sind diese inaktiv in Bezug auf inhibitorische Wirkungen auf die Karbonatl{\"o}sung. Zus{\"a}tzlich ist durch die Remineralisierungsprozesse (Manganreduktion, Eisenreduktion, Sulfatreduktion) das Porenwasser leicht an Karbonat unters{\"a}ttigt. Es konnte als vorherrschender Prozess eine Karbonatl{\"o}sung festgestellt werden, die w{\"a}hrend der Jahreszeiten unterschiedlich stark ausgepr{\"a}gt war. Das Karbonatsystem in der Wassers{\"a}ule zeigte deutliche tidale, r{\"a}umliche und saisonale {\"A}nderungen. Diese zeigten Mischungsprozesse mit der Nordsee und S{\"u}{\"s}wasser an, aber auch Einfl{\"u}sse von benthischen (Remineralisierung) und pelagischen (Prim{\"a}rproduktion) Prozessen. Die Einfl{\"u}sse waren {\"u}ber die Jahreszeiten unterschiedlich stark ausgepr{\"a}gt. W{\"a}hrend abflie{\"s}enden Wassers trat Porenwasser aus dem Sediment und beeinflusste das Karbonatsystem des Wattemeers. delta13C (DIC) zeigte im Winter eine Korrelation mit dem Salzgehalt, was deutlich auf einen Mischungsprozess mit der Nordsee und den anderen Faktoren (Porenwasser, S{\"u}{\"s}wasser) schlie{\"s}en lie{\"s}. Dabei war die Nordsee der deutlich gr{\"o}{\"s}ere Einflussfaktor im Vergleich zu Porenwasser. Der Einfluss von S{\"u}{\"s}wasser direkt im Wattenmeer war sehr gering und auf Grund stark schwankender Abflussraten unregel-m{\"a}{\"s}ig. Im Sommer konnten auf Grund einer {\"U}berlagerung des Mischungssignals durch biologische Aktivit{\"a}t in der Wassers{\"a}ule keine Mischungsprozesse direkt gezeigt werden. Beim Vergleich von ostfriesischen und nordfriesischen Wattenmeer konnte gezeigt werden, dass dieselben Einflussfaktoren eine Rolle spielen. Die Variationsbereiche in diesen Gebieten waren wegen verschiedener Wasservolumina und Sedimente im Untergrund der einzelnen Tidebecken unterschiedlich hoch. Die Sedimenttypen hatten durch ihre unter-schiedlichen Transportmechanismen des Porenwassers einen Einfluss auf das Karbonatsys-tem der Wassers{\"a}ule. Basierend auf diesen Daten konnte ein Modell zur Absch{\"a}tzung der Quellen und Senken der Variablen des CO2-Systems entwickelt werden. Zur Modellierung werden lediglich die Werte von delta13C (DIC) und DIC ben{\"o}tigt, um alle Prozesse, welche das Karbonatsystem in der Wassers{\"a}ule beeinflussen k{\"o}nnen, zu identifizieren. Das Modell kann tidale, saisonale und r{\"a}umliche Prozesse trennen, welche zur Identifizierung der Quellen und Senken in K{\"u}stengebiete notwendig sind. Das Modell kann f{\"u}r alle K{\"u}stengebiete und {\"A}stuare ange-wendet werden, aber auch f{\"u}r den offenen Ozean. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Wattenmeer eine Quelle von Karbonat sein kann. Um dies quantitativ abzusch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen, werden die hier erhobenen Daten in prognostische Modelle (P{\"a}tsch und K{\"u}hn, 2008; K{\"u}hn et al., 2010) einflie{\"s}en, um abzu-grenzen in welchen Jahreszeiten das Watt als Quelle und wann als Senke f{\"u}r das Karbonat-system fungiert. In weiteren Arbeiten sollte der Einfluss der Fremdionen auf die Karbonataufl{\"o}sung n{\"a}her untersucht werden. In dieser Arbeit konnte der Einfluss in Laborexperimenten nachgewie-sen werden, in den in-situ Feldexperimenten aber nicht. Es sollte gekl{\"a}rt werden, auf wel-che Weise die Inhibition funktioniert und welche minimalen und m{\"o}glicherweise maxima-len Konzentrationen inhibierend wirken. In diesem Zusammenhang w{\"a}re auch eine Unter-suchung sinnvoll, die auch oxidiertes Mangan in Form von Manganoxiden einsetzten bzw. Mangankrustenbildung in Zusammenhang mit Karbonatl{\"o}sung und –f{\"a}llung betrachten. Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Einfluss der Mikroorganismen auf die Karbonataufl{\"o}-sung im Sediment zu untersuchen, bereits Knauth-K{\"o}hler, K. (1995) hat in ihrer Diplomar-beit in Miesmuschelb{\"a}nken gezeigt, dass Mikrooganismen die Karbonatschalen beeinflus-sen.}, language = {de} }