delta 13C, delta 15N and delta 34S of temperate eelgrass food web in the western Baltic Sea

Simultaneous triple stable isotope analysis of carbon, nitrogen and sulphur was employed to study the temporal variation in the food web of a subtidal eelgrass (Zostera marina) bed in the western Baltic Sea. Samples of three potential food sources: eelgrass, epiphytes and seston, as well as consumer species were collected biweekly from March through September 2011. Temporal variation of stable isotope signatures was observed in primary producers and consumer species. However, variation within a species, particularly omnivores, often exceeded variation over time. The high degree of omnivory among the generalist feeders in this eelgrass community allows for generalist feeders to flexibly switch food sources, thus enhancing food web stability. As coastal systems are subject to seasonal changes, as well as alterations related to human disturbance and climate, these food webs may retain a certain resilience due to their plentiful omnivores.

Chemical characterization of dissolved organic compounds from coastal sea surface microlayers (Baltic Sea, Germany)

The physicochemical properties of the sea surface microlayer (SML), i.e. the boundary layer between the air and the sea, and its impact on air-sea exchange processes have been investigated for decades. However, a detailed description about these processes remains incomplete. In order to obtain a better chemical characterization of the SML, in a case study three pairs of SML and corresponding bulk water samples were taken in the southern Baltic Sea. The samples were analyzed for dissolved organic carbon and dissolved total nitrogen, as well as for several organic nitrogen containing compounds and carbohydrates, namely aliphatic amines, dissolved free amino acids, dissolved free monosaccharides, sugar alcohols, and monosaccharide anhydrates. Therefore, reasonable analytical procedures with respect to desalting and enrichment were established. All aliphatic amines and the majority of the investigated amino acids (11 out of 18) were found in the samples with average concentrations between 53 ng/l and 1574 ng/l. The concentrations of carbohydrates were slightly higher, averaging 2900 ng/l. Calculation of the enrichment factor (EF) between the sea surface microlayer and the bulk water showed that dissolved total nitrogen was more enriched (EF: 1.1 and 1.2) in the SML than dissolved organic carbon (EF: 1.0 and 1.1). The nitrogen containing organic compounds were generally found to be enriched in the SML (EF: 1.9-9.2), whereas dissolved carbohydrates were not enriched or even depleted (EF: 0.7-1.2). Although the investigated compounds contributed on average only 0.3% to the dissolved organic carbon and 0.4% to the total dissolved nitrogen fraction, these results underline the importance of single compound analysis to determine SML structure, function, and its potential for a transfer of compounds into the atmosphere.

Sulfur concentrations and isotope ratios in sediments from Kiel Bay, western Baltic Sea

The isotope-ratios of sulfur-components in several sedimentologically different cores of recent marine sediments from Kiel Bay (Baltic Sea) were investigated. In addition, quantitative determinations were made on total sulfur, sulfate, sulfide, chloride, organic carbon, iron and watercontent in the sediment or in the pore-water solution. The investigations gave the following results: 1. The sulfur in the sediment (about 0.3 -2 % of the dry sample) was for the most part introduced into the sediment after sedimentation. This confirms the results of Kaplan et al. (1963, doi:10.1016/0016-7037(63)90074-7). The yield of Sulfur from organic material is very small (in our samples about 5-10% of the total sulfur in the sediment). 2. The sulfur bound in the sediment is taken from the sulfate of the interstitial water. During normal sedimentation, the exchange of sulfate by diffusion significant for changes in the sulfur-content goes down to a sediment depth of 4-6 cm. In this way the sulfate consumed by reduction and formation of sulfide or pyrite is mostly replaced. The uppermost layer of the sediment is an partly open system for the sulfur. The diagenesis of the sulfur is allochemical. 3. The isotope-values of the sediment-sulfur are largely influenced by the sulfur coming into the sediment by diffusion and being bound by bacteriological reduction. Due to the prevailing reduction of 32S and reverse-diffusion of sulfate into the open sea-water, an 32S enrichment takes place in the uppermost layer of the sediment. delta34S-values in the sediment range between -15 and -35 ? while seawater-sulfate has +20 ?. No relationship could be established between sedimentological or chemical changes and isotope-ratios. In the cores, successive sandy and clayly layers showed no change in the delta-values. The sedimentation rate, however, seems to influence isotope-ratios. In one core with low sedimentationrates the delta34S-values varied between -29 and -33 ?, while cores with higher sedimentationrates showed values between -17 and -24 ?. 4. As sediment depth increases, the pore-water sulfate shows decreasing concentrations (in a depth of 30-40 cm we found between 20 and 70 % of the seawater-values), and increasing delta 34S-values (in one case reaching more than +60 ?). The concentration of sulfide in the pore-water increases with sediment-depth (reaching 80 mg S/l in one case). The (delta34S-values of the pore-water-sulfide in all cores show increases paralleling the sulfate sulfur, with a nearly constant delta-distance of 50-60 ? in all cores. This seems to confirm the genetic relationship between the two components.

Grain size percentiles and Mk values of coastal sediments from Schleswig Holstein, western Baltic Sea

In einer Fülle sedimentpetrographischer Arbeiten wird versucht, aus der Korngrößenverteilung und der Mineralzusammensetzung von Sanden Schlüsse auf ihre Herkunft, ihre Transportrichtung oder ihr Ablagerungsmilieu abzuleiten, die für die Lösung geologischer und ebenso auch wasserbaulicher Probleme nötig sind. Diese Literatur steckt noch voller Widersprüche und Fehlschlüsse. In der vorliegenden Arbeit wird daher versucht, den Mechanismus des Sandtransports vom Grundsätzlichen her besser verständlich zu machen. Das geschieht anhand zweier ausgewählter und eingehend untersuchter Beispiele aus dem Küstenbereich der westlichen Ostsee unter Einbeziehung der Erfahrungen an vielen Vergleichsproben aus verschiedensten Sedimentationsräumen. Unentbehrlich für das Verständnis der transportbedingten Veränderungen an den Sanden ist das sog. 'Äquivalenzprinzip' (Abschnitt 2). Es stellt fest, daß es in einem von einer Strömung transportierten Sediment immer Körner zwar verschiedener Korngröße, aber auch entsprechend verschiedener Dichte und/oder Kornform gibt, die miteinander transportiert und abgelagert werden, weil unter den herrschenden hydraulischen Bedingungen diese Eigenschaften einander voll kompensieren. In Abschnitt 3 wird kurz die von Rittenhouse angegebene Methode geschildert, mit der man an natürlichen Sedimenten unter der sehr allgemein gehaltenen 'Äquivalenzbedingung' gleicher Transportierbarkeit bestimmen kann, welches Korngrößenverhältnis ein bestimmtes Verhältnis der Dichten kompensieren kann. Die von Rittenhouse am Beispiel von Flußsanden gefundene Funktion zwischen der Dichte der Körner und ihrem Äquivalenzverhältnis gegen Quarzkörner wird hier als erste Näherung auch für die Transportverhältnisse von Strandsanden zugrunde gelegt. In Abschnitt 6 wird gezeigt, daß das auch gerechtfertigt ist. In Abschnitt 4 wird eine allgemein brauchbare Methode abgeleitet, mit der man nicht nur unter stark vereinfachenden Annahmen, sondern auch an Sanden mit realen, stets komplexen Korn-größenverteilungen die Folgen des Äquivalenzprinzips für die Verteilung von Mineralen verschiedener Dichte berechnen kann. Für jede Serie von Sanden, deren Korngrößenverteilungen entlang des Transportweges eine bestimmte, von den Transportbedingungen abhängige Entwicklung durchmachen, ergibt sich damit eine Kurvenschar, die beschreibt, wie sich die Mengen von Mineralien mit verschiedenen Dichten in den einzelnen Korngrößenklassen dabei ändern müßten, vorausgesetzt, daß sie im gesamten Korngrößenbereich gleich verfügbar wären. Diese Kurvenschar ist die 'Charakteristik' des betreffenden Transportfalles. Durch den Vergleich zwischen den nach der Charakteristik in den einzelnen Klassen zu erwartenden Mineralmengen mit den in dem betrachteten Transportfall tatsächlich gefundenen läßt sich deren relative, d. h. auf die Menge des Quarzes bezogene 'Verfügbarkeit' berechnen. Sie wird durch die sog. 'hydraulischen Verhältnisse' (Rittenhouse) ausgedrückt, die im Gegensatz zu den 'Klassenverhältnissen' von der Korngrößensonderung beim Transport unabhängig und nur von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials bestimmt sind, solange beim Transport allein das Äquivalenzprinzip wirksam ist. In den untersuchten Fällen von Sandtransport an zwei Strandabschnitten der westlichen Ostsee (Abschnitt 5) zeigte dieser Vergleich (Abschnitt 6), daß die beobachtete Verteilung von Schwermineralen nicht allein durch Transportsonderung unter Gültigkeit des Äquivalenzprinzips erklärt werden kann, sondern daß dabei offenbar auch mechanische Zerkleinerung der Körner während des Transports mitgewirkt haben muß. Nur ein solcher, von der Transportsonderung unabhängiger Effekt kann als Transportrichtungs-Kriterium benutzt werden, wenn die Entwicklung der Korngrößenverteilungen allein keine Entscheidung erlaubt. Wie die Beispiele zeigen, läßt sich Klarheit über die bisher noch sehr umstrittene Frage nach dem Ausmaß der transportbedingten mechanischen Zerkleinerung von Sandkörnern nur gewannen, wenn in Zukunft versucht wird, bei der Bearbeitung natürlicher Beispiele den Einfluß der stets vorhandenen Transportsonderung auf Veränderungen des Mineralbestandes unter Anwendung des Äquivalenzprinzips rechnerisch auszuschalten. Über dieses wesentlichste Ergebnis hinaus erlauben die dargestellten Zusammenhänge auch eine kritische Stellungnahme zu den oben erwähnten allgemeinen Problemen und führen zu methodischen und sachlichen Verbesserungsvorschlägen für weitere Untersuchungen an klastischen Sedimenten.

Sediment and porewater geochemistry of core GIK13725, Wester Baltic Sea

Based on chemical-thermodynamical balances the species distributions and mineral stabilities of the chemical compositions of the pressed pore solutions taken from a Baltic Sea mudsediment are evualuated by means of the computer program WATEQF (PLUMMER et al., 1976). According to these evaluations calcite and aragonite are to be found in supersaturation throughout the whole profile. The SiO2 concentration of the pore solutions is mainly controlled by the dissolutions of amorphous silica present in minimal undersaturation. By means of SEM pictures idiomorph quartzcrystals as well as presumptive clay minerals transformation and reformations could be proved as stable transformation phases of the dissolved SiO2 species. The stability of the solid phases containing Al-components as of feldspars and clayminerals decreases with increasing dept and is mainly controlled by AIF3 complexes higher concentrated with increasing depth.

(Table 1) Polychlorinated biphenyl (PCB) and PCB metabolite concentrations in ringed seals (Phoca hispida) from Svalbard and the Baltic Sea

Polychlorinated biphenyls (PCBs) may induce activity of hepatic enzymes, mainly Phase I monooxygenases and conjugating Phase II enzymes, that catalyze the metabolism of PCBs leading to formation of metabolites and to potential adverse health effects. The present study investigates the concentration and pattern of PCBs, the induction of hepatic phase I and II enzymes, and the formation of hydroxy (OH) and methylsulfonyl (CH3SO2=MeSO2) PCB metabolites in two ringed seal (Phoca hispida) populations, which are contrasted by the degree of contamination exposure, that is, highly contaminated Baltic Sea (n = 31) and less contaminated Svalbard (n = 21). Phase I enzymes were measured as ethoxyresorufin-O-deethylation (EROD), benzyloxyresorufin-O-dealkylation (BROD), methoxyresorufin-O-demethylation (MROD), and pentoxyresorufin-O-dealkylation (PROD) activities, and phase II enzymes were measured as uridine diphosphophate glucuronosyl transferase (UDPGT) and glutathione-S-transferase (GST). Geographical comparison, multivariate, and correlation analysis indicated that sum-PCB had a positive impact on Phase I enzyme and GST activities leading to biotransformation of group III (vicinal ortho-meta-H atoms and <=1 ortho-chlorine (Cl)) and IV PCBs (vicinal meta-para-H atoms and <=2 ortho-Cl). The potential precursors for the main OH-PCBs detected in plasma in the Baltic seals were group III PCBs. MeSO2-PCBs detected in liver were mainly products of group IV PCB metabolism. Both CYP1A- and CYP2B-like enzymes are suggested to be involved in the PCB biotransformation in ringed seals.