Penetration velocity and deceleration of penetrometer stations N1 to N97 during cruise Senckenberg_11_2008

In-situ geotechnical measurements of surface sediments were carried out along large subaqueous dunes in the Knudedyb tidal inlet channel in the Danish Wadden Sea using a small free-falling penetrometer. Vertical profiles showed a typical stratification pattern with a resolution of ~1 cm depicting a thin surface layer of low sediment strength and a stiffer substratum below (quasi-static bearing capacity equivalent: 1-3 kPa in the top layer, 20-140 kPa in the underlying sediment; thickness of the top layer ca. 5-8 cm). Observed variations in the thickness and strength of the surface layer during a tidal cycle were compared to mean current velocities (measured using an acoustic Doppler current profiler, ADCP), high-resolution bathymetry (based on multibeam echo sounding, MBES) and qualitative estimates of suspended sediment distributions in the water column (estimated from ADCP backscatter intensity). The results revealed an ebb dominance in sediment remobilization, and a general accretion of the bed towards low water. A loose top layer occurred throughout the tidal cycle, likely influenced by bedload transport and small events of suspended sediment resettlement (thickness: 6 +-2 cm). Furthermore, this layer showed a significant increase in thickness (e.g. from 8 cm to 16 cm) related to periods of overall deposition. These findings imply that dynamic penetrometers can conveniently serve to (1) quantify potentially mobile sediments by determining the thickness of a loose sediment surface layer, (2) unravel sediment strength development in potentially mobile sediments and (3) identify sediment accumulation. Such data are an important complement and add a new geotechnical perspective during investigations of sediment remobilization processes in highly dynamic coastal environments.

Solid phase phosphorus geochemistry in surface sediments of sediment cores GeoB3718-4, GeoB3702-2 and GeoB3707-4

In this study we investigate benthic phosphorus cycling in recent continental margin sediments at three sites off the Namibian coastal upwelling area. Examination of the sediments reveals that organic and biogenic phosphorus are the major P-containing phases preserved. High Corg/Porg ratios just at the sediment surface suggest that the preferential regeneration of phosphorus relative to that of organic carbon has either already occurred on the suspension load or that the organic matter deposited at these sites is already rather refractory. Release of phosphate in the course of benthic microbial organic matter degradation cannot be identified as the dominating process within the observed internal benthic phosphorus cycle. Dissolved phosphate and iron in the pore water are closely coupled, showing high concentrations below the oxygenated surface layer of the sediments and low concentrations at the sediment-water interface. The abundant presence of Fe(III)-bound phosphorus in the sediments document the co-precipitation of both constituents as P-containing iron (oxyhydr)oxides. However, highly dissolved phosphate concentrations in pore waters cannot be explained, neither by simple mass balance calculations nor by the application of an established computer model. Under the assumption of steady state conditions, phosphate release rates are too high as to be balanced with a solid phase reservoir. This discrepancy points to an apparent lack of solid phase phosphorus at sediment depth were suboxic conditions prevail. We assume that the known, active, fast and episodic particle mixing by burrowing macrobenthic organisms could repeatedly provide the microbially catalyzed processes of iron reduction with authigenic iron (oxyhydro)oxides from the oxic surface sediments. Accordingly, a multiple internal cycling of phosphate and iron would result before both elements are buried below the iron reduction zone.

Grain size distribution and percentiles of the sand component from sediments obtained in the southern Great Belt, Baltic Sea

Im Sedimentationsraum der südwestlichen Ostsee verdient der nordöstliche Teil der Kieler Bucht besonderes Interesse. Dort öffnet sich die wichtigste Verbindung zwischen Ostsee und Nordsee. Von den Austauschvorgängen, durch welche diese Meeresräume aufeinander Einfluß nehmen, ist gerade jenes Gebiet entscheidend betroffen. Die Beobachtung der Dynamik des Austausches, die Beobachtung der Transportlast, welche von den Wassermassen bewegt wird, und schließlich auch die Beobachtung der Beziehungen, welche sich zwischen dem Zusammentreffen von Wassermassen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften und der Sedimentbildung ergeben, läßt deshalb vor allem dort wesentliche Hinweise zum Verständnis der Sedimentationsvorgänge in der südlichen Ostsee erhoffen. In der vorliegenden Arbeit wurden an 49 Durchschnittsproben die Korngrößenverteilungen und Schwermineralgehalte von Sedimenten aus dem Südausgang des Großen Beltes untersucht. 1. Es wurden sechs in sich morphologisch etwa gleichwertige Gebiete ausgegliedert, die jeweils durch Sedimente mit ähnlichen Korngrößenverteilungen ausgezeichnet sind. Nach Lage, Typ und genetischer Ausdeutbarkeit fügen sich diese Gebiete dem von O. PRATJE (1939, 1948) gegebenen Modell der Sedimentationszonen gut ein. 2. Innerhalb dieser Gebiete ergibt sich für Sande in mehr als 20 m Wassertiefe südwärts gerichteter Transport. Oberhalb dieser Tiefe läßt sich stellenweise nordwärts gerichteter Transport nachweisen. 3. Der Schwermineralgehalt der Sedimente bleibt immer unter zwei Prozent. Die höchsten Anteile (1,7 bzw. 1,9%) werden in den Sedimenten der Tiefen Rinne und der ufernahen Bereiche des Großen Beltes angetroffen. 4. Die Korngrößenverteilungen der Sedimente werden nach der Lage der Modi in bis zu drei (Kies-, Sand-, Silt-) Komponenten zerlegt. Die Beteiligung der Silt-Komponente wird entscheidend von der Salzgehaltssprungschicht beeinflußt. 5. Es bestehen offensichtlich Zusammenhänge zwischen der Schlicksedimentation und der Salzgehaltsschichtung auch in der weiteren südlichen Ostsee.

Oxygen contents, sulfate concentrations, and changes of IPLs under different storage conditions of samples from ODP Leg 204 and IODP Expedition 311

We have studied the effects of slow infiltration of oxygen on microbial communities in refrigerated legacy samples from ocean drilling expeditions. Storage was in heat-sealed, laminated foil bags with a N2 headspace for geomicrobiological studies. Analysis of microbial lipids suggests that Bacteria were barely detectable in situ but increased remarkably during storage. Detailed molecular examination of a methane-rich sediment horizon showed that refrigeration triggered selective growth of ANME-2 archaea and a drastic change in the bacterial community. Subsequent enrichment targeting methanogens yielded exclusively methylotrophs, which were probably selected for by high sulfate levels caused by oxidation of reduced sulfur species. We provide recommendations for sample storage in future ocean drilling expeditions.

Composition of sediments from the north-west African continental margin

Entlang dreier Profile vom NW-afrikanischen Kontinentalrand wurden Oberflächensedimente aus Wassertiefen zwischen 39m und 1514m auf ihre Zusammensetzung der Sandfraktion, auf ihre Gehalte an Karbonat und organischer Substanzen sowie auf ihre mineralogische Zusammensetzung hin untersucht. 1) Die auf dem Schelf und dem oberen Hang abgelagerten Sedimente (<500m) zeichnen sich durch hohe Sandgehalte (>70%) und durch hohe Grob/Fein-Verhältnisse aus. Unterhalb dieses Bereiches nimmt der Einfluß von Strömungen, die die Ablagerung von wesentlichen Mengen an Feinmaterial oberhalb 500m verhindern, ab, wie die starke Abnahme des Sandgehaltes, des Quarz/Glimmer und des Grob/Fein-Verhältnisses zeigen. Die Sedimente aus diesen Wassertiefen werden zum großen Teil aus Partikeln der Siltfraktion aufgebaut. Mit zunehmender Tiefe ist auch eine Zunahme der Tonfraktion zu beobachten, wobei höhere Tonanteile (>10%) erst in Tiefen unterhalb von 1200m auftreten. 2) Die quantitative Komponentenanalyse der Sandfraktion zeigt, daß der karbonatische Anteil fast ausschließlich biogener Herkunft ist. Er besteht zum wesentlichen Teil aus planktonischen Komponenten, vorwiegend Foraminiferen und mengenmäßig nur sehr untergeordnet auftretenden Pteropoden. Das opalkieselige Plankton (Diatomeen, Radiolarien) ist nur in geringen Mengen in den untersuchten Proben vorhanden. Auch das Benthos stellt nur eine untergeordnete Komponente der Sandfraktion dar. Vor allem der Anteil von Foraminiferen und Mollusken nimmt mit zunehmender Wassertiefe relativ deutlich ab. Die übrigen benthonischen Komponenten sind im Sediment nur in geringen Anteilen vertreten. 3) Hauptsedimentbildner im Profil Nouakchott sind die nichtbiogenen, terrigen-detritischen Sandkomponenten. Sie bestehen vorwiegend aus Quarz und mit zunehmender Wassertiefe aus Kotpillen bzw. Kotpillenaggregaten. Je nach Tiefe treten vor allem Glimmer (>1000m) und Glaukonit (<800m) hinzu. Die restlichen Komponenten treten nur gelegentlich und in äußerst geringen Mengen im rezenten Oberflächensediment auf. 4) Quarz wird als Windstaub mit dem NE-Passat und vor allem durch den "Harmattan" aus der Sahara heraustransportiert und vorwiegend über dem Schelfbereich sedimentiert. Windstaubmaterial besteht primär weitgehend aus Siltkorngrößen, die vor Nouakchott über die Schelfkante hinaustransportiert werden und zu einer Grobsiltanreicherung am mittleren Hang führen. 5) Das Verhältnis zwischen den karbonatischen Biogenkomponenten und den nichtbiogenen Partikeln spiegelt sich deutlich in der Karbonatverteilung sowohl des Gesamtsedimentes als auch der Sandfraktion wider. Relativ hohe Karbonatgehalte vor Cap Leven im Norden stehen sehr geringen Anteilen von Nouakchott gegenüber. Mit zunehmender Wassertiefe ist eine deutliche Abnahme des Karbonatanteils zu verfolgen. 6) Die Tatsache, daß das Profil Cap Blanc im Bereich des ganzjährigen Auftriebs liegt, spiegelt sich nicht in der Zusammensetzung der Sandfraktion wider. Südlich der Zone des ganzjährigen Auftriebs weisen verschiedene Parameter (Radiolarien, Diatomeen, Verhältnis von Radiolarien zu planktonischen Foraminiferen, Benthos/Plankton-Verhältnis der Foraminiferen) trotz abnehmender Auftriebsintensität eher steigende Werte auf. Dies ist wesentlich auf eine infolge des Nährstoffeintrages durch Flußzufuhr bedingte Verschiebung der maximalen Primärproduktion weit in südliche Richtung zurückzuführen. 7) In den aufgeführten Parametern zeigen sich von Profil zu Profil sehr deutliche fazielle Unterschiede, obwohl der großklimatische Hintergrund im gesamten Untersuchungsgebiet etwa gleich ist. Vor Cap Leven bildet sich eine Fazies, die im wesentlichen aus planktonischen Foraminiferen besteht, während das Sediment vor Nouakchott zum überwiegenden Teil aus nichtbiogenen Komponenten aufgebaut wird. Im Übergangsbereich vor Cap Blanc bildet sich eine Mischfazies, die keinerlei Prägung durch das Auftriebsgeschehen erhält. Die Ursachen dieser faziellen Unterschiede werden auf fehlenden Terrigeneinfluß vor Cap Leven einerseits und hohe Terrigenanlieferung vor Nouakchott andererseits zurückgeführt. 8) Die Zusammensetzung und Verteilung der rezenten Grobfraktionssedimente am Kontinentalrand vor Nw-Afrika wird somit im wesentlichen als Ergebnis einer Überprägung der Biogenanlieferung durch nichtbiogene Komponenten angesehen. Wesentlicher steuernder Faktor ist demnach das hier vorherrschende Windsystem.