Chemistry of sediment profile GeoB4906

Mineralization of organic matter and the subsequent dissolution of calcite were simulated for surface sediments of the upper continental slope off Gabon by using microsensors to measure O2, pH, pCO2 and Ca2+ (in situ), pore-water concentration profiles of NO3-, NH4+, Fe2+, and Mn2+ and SO42- (ex situ), as well as sulfate reduction rates derived from incubation experiments. The transport and reaction model CoTReM was used to simulate the degradation of organic matter by O2, [NO3]-, Fe(OH)3 and [SO4]2-, reoxidation reactions involving Fe2+ and Mn2+, and precipitation of FeS. Model application revealed an overall rate of organic matter mineralization amounting to 50 µmol C cm**-2 yr**-1, of which 77% were due to O2, 17% to [NO3]- and 3% to Fe(OH)3 and 3% to [SO4]2-. The best fit for the pH profile was achieved by adapting three different dissolution rate constants of calcite ranging between 0.01 and 0.5% d-1 and accounting for different calcite phases in the sediment. A reaction order of 4.5 was assumed in the kinetic rate law. A CaCO3 flux to the sediment was estimated to occur at a rate of 42 g m**-2 yr**-1 in the area of equatorial upwelling. The model predicts a redissolution flux of calcite amounting to 36 g m**-2 yr**-1, thus indicating that ~90% of the calcite flux to the sediment is redissolved.

Benthic fauna at station FINO 1, 2005-2007

In der Nordsee wurden auf der Forschungsplattform FINO 1 Felduntersuchungen durchgeführt, um spezielle Fragen zu möglichen Auswirkungen von Offshore-Windenergieparks auf die marine Umwelt zu beantworten. Der Fokus war dabei auf die Konsequenzen für die Lebensgemeinschaft am Meeresboden gerichtet. Es wurden die benthosökologischen Prozesse im Nahbereich der Piles sowie die mittelfristige Entwicklung der Aufwuchsfauna auf der künstlichen Unterwasserstruktur dokumentiert. Die Ansammlung pelagischer Fischen um die Plattform und der Export organischen Materials von der Plattform wurden quantifiziert. Die räumliche Ausdehnung und die Erheblichkeit von Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften des Meeresbodens wurden anhand mathematischer Modellierung abgeschätzt. Zusätzlich wurde die Anwendbarkeit der elektrochemischen Akretionstechnologie zur Schaffung naturnaher Kalksubstrate in der Nordsee getestet und geeignete Parameter für eine erfolgreiche Umsetzung unter Nordseebedingungen ermittelt. Die auch 4,5 Jahre nach Errichtung der Plattform noch ansteigende Artenzahl der Aufwuchsfauna lässt darauf schließen, dass der Sukzessionsprozess noch nicht abgeschlossen ist. Die stark vertikal zonierte Aufwuchsfauna auf der Unterwasserkonstruktion erreicht eine Masse von ca. 5 Tonnen mit ausgeprägten saisonalen Schwankungen. Anhand von echoakustischen Untersuchungen wurden saisonal auftretende Ansammlungen pelagischer Fische um die Plattform dokumentiert. Der Nahbereich der Plattform unterschied sich durch eine Schillauflage und eine räumlich und zeitlich sehr variable Sediment- und Bodenfaunazusammensetzung deutlich von einem Referenzgebiet in 200-400 m Abstand von der Plattform. Eine konzentrische Zonierung mit unterschiedlich stark ausgeprägten Veränderungen der Bodenfauna lässt auf komplexe Veränderung des gesamten lokalen Nahrungsgefüges im Nahbereich der Plattform schließen. Anhand einer Modellierung konnte der Materialexport in die umgebenden Weichbodenbereiche für einzelne Piles und einen hypothetischen Windpark abgeschätzt werden. Die lokale Ausbildung einer hohen Biomasse auf der Unterwasserkonstruktion von WEA sowie der Export mit anschließender Sedimentation lassen zumindest lokal einen erheblichen Einfluss auf Stoff- und Energieflüsse erwarten.

Discharge data derived from five water level gauges and discharge measurements in the Aguima and Niaou catchment, Benin, West Africa

This paper analyzes the hydrological processes and the impact of soil properties and land use on these processes in tropical headwater catchment in the sub-humid part of Benin (West-Africa), the Aguima catchment. The presented study is integrated in the GLOWA IMPETUS project, which investigates the effects of global change on the water cycle and water availability on a regional scale in Morocco and Benin. The lack of field investigations concerning soil and surface hydrology in the Benin research area necessitates detailed field measurements including measurements of discharge, soil water dynamics, soil physical properties etc. on the local scale in order to understand the dominant runoff generation processes and its influencing factors. This is a pre-requisite to be able to forecast the effects which global change has on hydrological processes and water availability in the region. The paper gives an overview over the hydrologic measuring concept of the IMPETUS-Benin project focusing on measurements concerning the soil saturated conductivity ksat and discharge behaviour of two different sub-catchment of the Aguima catchment. The results of ksat measurements revealed that interflow is the dominant runoff process on the hillslopes of the investigated catchment. Concerning the impact of land use on the hydrological processes infiltration experiments showed that infiltration rates were reduced on cultivated land compared to natural land cover. This results in significant differences in runoff behaviour and runoff ratios while comparing natural and agricultural used catchments.

Micropaleontological investigation of Late Albanian Col de Palluel

The Niveau Breistroffer black shale succession in the Vocontian Basin (SE France) is the regional equivalent of the widely distributed Late Albian Oceanic Anoxic Event 1d. The studied black shale-rich interval at the Col de Palluel section is 6.28 m thick and comprises four black shale units with up to 2.5 wt% total organic carbon (TOC) intercalated with marlstones. Calcareous nannofossil, palynomorph, planktic Foraminifera and stable isotopic data from the Niveau Breistroffer succession suggest that short-term climate changes influenced its deposition, with relatively warm and humid climate during black shale formation in comparison with relatively cool and dry climatic conditions during marlstone deposition. An increase in the terrigenous/marine ratio of palynomorphs indicates enhanced humidity and higher runoff during black shale formation. A nutrient index based on calcareous nannofossils and the abundance pattern of small (63-125 µm) hedbergellid Foraminifera show short-term changes in the productivity of the surface water. Surface-water productivity was reduced during black shale formation and increased during marlstone deposition. A calcareous nannofossil temperature index and bulk-rock oxygen isotope data indicate relative temperature changes, with warmer surface waters for black shale samples. At these times, warm-humid climate and reduced surface-water productivity were accompanied by greater abundances of 'subsurface'-dwelling calcareous nannofossils (nannoconids) and planktic Foraminifera (rotaliporids). These taxa presumably indicate more stratified surface-water conditions. We suggest that the formation of the Niveau Breistroffer black shales occurred during orbitally induced increase in monsoonal activity that led to increasing humidity during periods of black shale formation. This, in turn, caused a decrease in low-latitude deep-water formation and probably an increase in surface-water stratification. The combination of these two mechanisms caused depleted O2 concentrations in the bottom water that increased the preservation potential of organic matter

Black shales from the Upper Aptian and Lower Albanian of the Volcontian Basin

Calcareous nannoplankton, palynomorph, benthic foraminifera, and oxygen isotope records from the supraregionally distributed Niveau Paquier (Early Albian age, Oceanic Anoxic Event 1b) and regionally distributed Niveau Kilian (Late Aptian age) black shales in the Vocontian Basin (SE France) exhibit variations that reflect paleoclimatic and paleoceanographic changes in the mid-Cretaceous low latitudes. To quantify surface water productivity and temperature changes, nutrient and temperature indices based on calcareous nannofossils were developed. The nutrient index strongly varies in the precessional band, whereas variations of the temperature index reflect eccentricity. Since polar ice caps were not present during the mid-Cretaceous, these variations probably result from feedback mechanisms within a monsoonal climate system of the mid-Cretaceous low latitudes involving warm/humid and cool/dry cycles. A model is proposed that explains the formation of mid-Cretaceous black shales through monsoonally driven changes in temperature and evaporation/precipitation patterns. The Lower Albian Niveau Paquier, which has a supraregional distribution, formed under extremely warm and humid conditions when monsoonal intensity was strongest. Bottom water ventilation in the Vocontian Basin was diminished, probably due to increased precipitation and reduced evaporation in regions of deep water formation at low latitudes. Surface water productivity in the Vocontian Basin was controlled by the strength of monsoonal winds. The Upper Aptian Niveau Kilian, which has a regional distribution only, formed under a less warm and humid climate than the Niveau Paquier. Low-latitude deep water formation was reduced to a lesser extent and/or on regional scale only. The threshold for the formation of a supraregional black shale was not reached. The intensity of increases in temperature and humidity controlled whether black shales developed on a regional or supraregional scale. At least in the Vocontian Basin, the increased preservation of organic matter at the sea floor was more significant in black shale formation than the role of enhanced productivity.

Methane measurements in the Laptev Sea, Arctic Ocean

In der Wassersäule der Laptew See haben die Bildungs- und Verteilungsbedingungen vielfliltige Ursachen. Für die südliche Lapt ew See konnte eine Methananomalie innerhalb des Lenaausstrorns nachgewiesen werden, die im direkten Zusammenhang mit dem Flußwasser stehen muß. Mit den hohen Konzentrationen am Kontinentalhang ergab sich ein Hinweis auf eventuell vorhandene Gashydrate an der Sole eines zum Hang hin auskeilenden Permafrosts oder auf Gashydrate in den Sedimenten des Kontinentalhangs selbst. Ob es entlang der reliktisch vorhandenen, ehemaligen Flußläufe auf dem Schel f ebenfalls zu Entgasungen kommt, bleibt allerdings weiter unklar, da dieses Phänomen nicht beobachtet wurde oder die Anomalien nicht eindeutig diesem Prozeß zuzuordnen waren. Sicherlich ist die COz-Reduktion im Sediment in der Laptew See eine Hauptquelle für marines, bodennahes Methan. Die Ergebnisse. zeigen, daß dieser Bildungsprozeß vor allem für die küstennahen Bereiche wahrscheinlich ist. Dennoch gibt es auch Bereiche, wo die Zuordnung zu einer expliziten Methanquelle nicht eindeutig ist. Für eine genauere Bewertung der Herkunft der Gase sollten in künftigen Untersuchungen die Methankonzentrationen des Sediments einbezogen werden. Aber auch die Isotopensignaturen des Gases im Sediment können wertvolle Hinweise auf die Genese geben, vor allem wenn die Wasserstoffisotopie mituntersucht wird. Dies erscheint sinnvoll, da sich dur ch leichtes, bodennahes, Methan in der Wassersäule Hinweise auf biogene Bildungen ergaben, dieser Befund könnte durch weitere Untersuchungen präzisiert werden. Dies gilt aber auch für die CH4-Anomalien des OberfIächenwassers. Auch hier ergaben sich durch leicht KohIenstoffsignaturen Hinweise auf biogene in situ-Produktion. Mit detaillierteren Methankonzentrations- und d13C- CH4-Isotopenprofilen der Wassersäule könnte dieser Bildungspfad eindeutiger beschrieben werden. Es konnte ferner gezeigt werden, daß die Lapt ew See während der Sommermonate eine Quelle für atmosphärisches CI L darstellt. Das emittierte Gas geht neben vereinzelten Bodenquellen auch auf in situ-Produktion in der Wassersäule zurück. Abgesehen von der nördlichen Region geht das Methan bodennaher Anomalien innerhalb der Wassersäule sehr schnell zurück und nur ein kleiner Teil gelangt so schließlich in die Atmosphäre. Der während der ARK-XIV Expedition getestete Methansensor hat sich als ungeeignet für den Einsatz gemeinsam mit der CTD erwiesen. Es hat sich gezeigt, daß der Sensor unter diesen Bedingungen nicht genügend Zeit hat, um sein Meßsignal zu stabilisieren. Möglicherweise kann er aber in modifizierter For m und mit einer Kalibration für niedrigere Konzentrationsbereiche als stationäres Meßgerät eingesetzt werden. Für hohe CH4-Konzentrationen, wie man sie an Pockmarks antrifft, ist die Methansensormessung sicherlich auch jetzt schon eine geeignete Methode.