Isotopic ratios and concentrations for mineral-associated and particulate organic fractions of sediment core Wilson_Lake samples

The flux of sediment and organic carbon from continents to the coastal ocean is an important factor governing organic burial in coastal sediments, and these systems preserve important records of environmental and biogeochemical conditions during past global change events. Burial of organic materials in coastal systems can be promoted by chemical resilience or through protection by association with mineral surfaces, but the role and influence of these processes on organic records from ancient sediments is poorly known. We studied sediment and organic matter burial as particulate organic matter (POM) and mineral-bound organic matter (MOM) in near-shore marine sediments from the Wilson Lake core (New Jersey, USA) that span the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM), a climatic perturbation 55.9 Myr ago. Our results show that distinct POM and MOM fractions can be isolated from sediments. Both fractions appear to be dominated by terrestrial material, but POM consisted primarily of recently synthesized material whereas MOM included a significant fraction of pre-aged organic matter from soils or ancient sediments. Variation in organic burial through the PETM is associated with changes in inorganic nitrogen burial, clay mineralogy, and clastic grain size that we associate with enhanced continental weathering, erosion and redeposition of ancient kaolinites, and eustatic sea level variation, respectively. These results provide a new perspective on factors governing carbon burial and carbon isotope records in ancient marine margin settings and offer information on rate and phasing of late Paleocene/early Eocene Earth system changes that may constrain interpretations of the cause of the PETM climate change event.

Geochemical data and radiocarbon ages of organic matter fractions and bacteriohopanepolyol data of sediment core GeoB6518-1 from the Congo River basin

The age of organic material discharged by rivers provides information about its sources and carbon cycling processes within watersheds. While elevated ages in fluvially-transported organic matter are usually explained by erosion of soils and sediments, it is commonly assumed that mainly young organic material is discharged from flat tropical watersheds due to their extensive plant cover and high carbon turnover. Here we present compound-specific radiocarbon data of terrigenous organic fractions from a sedimentary archive offshore the Congo River in conjunction with molecular markers for methane-producing land cover reflecting wetland extent in the watershed. We find that the Congo River has been discharging aged organic matter for several thousand years with increasing ages from the mid- to the Late Holocene. This suggests that aged organic matter in modern samples is concealed by radiocarbon from nuclear weapons testing. By comparison to indicators for past rainfall changes we detect a systematic control of organic matter sequestration and release by continental hydrology mediating temporary carbon storage in wetlands. As aridification also leads to exposure and rapid remineralization of large amounts of previously stored labile organic matter we infer that this process may cause a profound direct climate feedback currently underestimated in carbon cycle assessments.

The influence of oxygenated organic aerosols (OOA) on the oxidative potential of diesel and biodiesel particulate matter

Generally, the magnitude of pollutant emissions from diesel engines running on biodiesel fuel is ultimately coupled to the structure of respective molecules that constitutes the fuel. Previous studies demonstrated the relationship between organic fraction of PM and its oxidative potential. Herein, emissions from a diesel engine running on different biofuels were analysed in more detail to explore the role different organic fractions play in the measured oxidative potential. In this work, a more detailed chemical analysis of biofuel PM was undertaken using a compact Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (c-ToF AMS). This enabled a better identification of the different organic fractions that contribute to the overall measured oxidative potentials. The concentration of reactive oxygen species (ROS) was measured using a profluorescent nitroxide molecular probe 9-(1,1,3,3-tetramethylisoindolin-2-yloxyl-5-ethynyl)-10-(phenylethynyl)anthracene (BPEAnit). Therefore the oxidative potential of the PM, measured through the ROS content, although proportional to the total organic content in certain cases shows a much higher correlation with the oxygenated organic fraction as measured by the c-ToF AMS. This highlights the importance of knowing the surface chemistry of particles for assessing their health impacts. It also sheds light onto new aspects of particulate emissions that should be taken into account when establishing relevant metrics for assessing health implications of replacing diesel with alternative fuels.

Stable carbon and nitrogen isotopic compositions of high molecular weight dissolved organic matter from four US estuaries

High molecular weight dissolved organic matter (HMW-DOM) represents an important component of dissolved organic carbon (DOC) in seawater and fresh-waters. In this paper, we report measurements of stable carbon (delta(13)C) isotopic compositions in total lipid, total hydrolyzable amino acid (THAA), total carbohydrate (TCHO) and acid-insoluble "uncharacterized" organic fractions separated from fourteen HMW-DOM samples collected from four U.S. estuaries. In addition, C/N ratio, delta(13) C and stable nitrogen (delta(15)N) isotopic compositions were also measured for the bulk HMW-DOM samples. Our results indicate that TCHO and THAA are the dominant organic compound classes, contributing 33-46% and 13-20% of the organic carbon in HMW-DOM while total lipid accounts for only <2% of the organic carbon in the samples. In all samples. a significant fraction (35-49%) of HMW-DOM was included in the acid-insoluble fraction. Distinct differences in isotopic compositions exist among bulk samples, the compound classes and the acid-insoluble fractions. Values of delta(13)C and delta(15)N measured for bulk HMW-DOM varied from -22.1 to -30.1parts per thousand and 2.8 to 8.9parts per thousand, respectively and varied among the four estuaries studied as well. Among the Compound classes, TCHO was more enriched in C-13 (delta(13)C = -18.5 to -22.8parts per thousand) compared with THAA (delta(13)C = -20.0 to -29.6parts per thousand) and total lipid (delta(13)C = -25.7 to -30.7parts per thousand). The acid-insoluble organic fractions, in general, had depleted C-13 values (delta(13)C = -23.0 to -34.4parts per thousand). Our results indicate that the observed differences in both delta(13)C and delta(15)N were mainly due to the differences in sources of organic matter and nitrogen inputs to these estuaries in addition to the microbial processes responsible for isotopic fractionation among the compound classes. Both terrestrial sources and local sewage inputs contribute significantly to the HMW-DOM pool in the estuaries studied and thus had a strong influence on its isotopic signatures. Copyright (C) 2004 Elsevier Ltd.

Variability in radiocarbon ages of biochemical compound classes of high molecular weight dissolved organic matter in estuaries

High molecular weight dissolved organic matter (HMW-DOM, > 1000 Da) represents a major fraction (> 30%) of dissolved organic carbon (DOC) in the ocean and thus plays an important role in the global biogeochemical cycling of carbon and many other elements. Its organic sources and formation mechanisms, however, are still not well understood especially in estuarine and coastal regions where multiple natural and anthropogenic sources contribute to total HMW-DOM. In this paper we report our measurements of natural radiocarbon (C-14) abundances and stable carbon isotope (C-13) compositions of the major biochemical compound classes: amino acids, carbohydrates and lipids separated from eight HMW-DOM samples collected from five US estuaries as part of our on-going study of sources, distribution and transport of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in estuarine and coastal waters. Distinct differences in both C-14 and C-13 values were found among the bulk HMW-DOM samples as well as the individual compound classes. Radiocarbon ages of the major compound classes varied by as much as 27,000 years in a single sample. The calculated average radiocarbon ages of the compound fractions of HMW-DOM indicate that the total lipid fraction is very "old", while the acid-insoluble fraction is slightly younger. Total amino acid and carbohydrate fractions, however, have relatively modern apparent C-14 ages. The significant variability in C-14 ages among the compound classes indicates not only multiple organic carbon sources but also different formation and turnover pathways controlling the cycling of different biochemical components of HMW-DOM in estuarine and coastal waters. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Magnitude, form and bioavailability of fluvial carbon exports from Irish organic soils under pasture

Organic soils are widespread in Ireland and vulnerable to degradation via drainage for agriculture. The soil-landuse combination of pasture on organic soils may play a disproportionate role in regional C dynamics but is yet to receive study. Fluvial C fluxes and labile organic fractions were determined for two such sites at nested field (c.4 ha) and subcatchment scales (>40 ha); one relatively dry and nutrient rich, the other wetter and nutrient poor. Field scale flux from the nutrient poor site over 2 years was 38.9 ± 6.6 g C m⁻² yr⁻¹ with DIC > DOC > POC at 57, 32 and 11 % respectively, and 72 % DIC was comprised of above equilibrium CO₂. At the nutrient rich site, which overlies limestone geology, field scale export over an individual year was 90.4 g C m⁻² with DIC > DOC > POC at 49, 42 and 9 %, but with 90 % DIC as bicarbonate. By comparison with the nutrient poor site, the magnitude and composition of inorganic C exports from the nutrient rich site implied considerable export of soil-respiratory C as bicarbonate, and lower evasion losses due to carbonate system buffering. Labile DOC determined using dark incubations indicated small fractions (5–10 %) available for remineralisation over typical downstream transit times of days to weeks. These fractions are probably conservative as photolysis in the environment can increase the proportion of labile compounds via photocleavage and directly remineralise organic matter. This study demonstrates that monitoring at soil–water interfaces can aid capture of total landscape fluvial fluxes by precluding the need to incorporate prior C evasion, although rapid runoff responses at field scales can necessitate high resolution flow proportional, and hydrograph sampling to constrain uncertainty of flux estimates.

Determination of labile inorganic and organic species of Al and Cu in river waters using the diffusive gradients in thin films technique

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Organic compounds in sediments and pore waters of ODP Sites 117-723 and 117-724

Total organic carbon, amino compounds, and carbohydrates were measured in pore waters and sediments of Pliocene to Pleistocene age from Sites 723 and 724 (ODP Leg 117) to evaluate (1) relationships between organic matter in the sediment and in the pore water, (2) the imprint of lithological variations on the abundance and contribution of organic substances, (3) degradation of amino compounds and carbohydrates with time and/or depth, and (4) the dependence of the ammonia concentration in the pore water on the degradation of amino compounds in the sediment. Total organic carbon concentrations (TOC) of the investigated sediment samples range from 0.9% to 8.7%, and total nitrogen concentrations (TN) from 0.1% to 0.5%. Up to 4.9% of the TOC is contributed by hydrolyzable amino acids (THAA) which are present in amounts between 1.1 and 21.3 µmol/g dry sediment and decrease strongly downhole. Hydrolyzable carbohydrates (THCHO) were found in concentrations from 1.3 to 6.6 ?mol/g sediment constituting between 0.1% and 2.0% of the TOC. Differences between the distribution patterns of monomers in Sites 723 and 724 indicate higher terrigenous influence for Site 724 and, furthermore, enhanced input of organic matter that is relatively resistant to microbial degradation. Lithologically distinct facies close to the Pliocene/Pleistocene boundary yield different organic matter compositions. Laminated horizons seem to correspond with enhanced amounts of biogenic siliceous material and minor microbiological degradation. Total amounts of dissolved organic carbon (DOC) in pore waters vary between 11 and 131 mg/L. Concentrations of DOC as well as of dissolved amino compounds and carbohydrates appear to be related to microbial activity and/or associated redox zones and not so much to the abundance of organic matter in the sediments. Distributions of amino acids and monosaccharides in pore waters show a general enrichment in relatively stable components in comparison to those of the sediments. Nevertheless, the same trend appears between amino acids present in the sediments from Sites 723 and 724 as well as between amino acids in pore waters from these two sites, indicating a direct relation between the dissolved and the sedimentary organic fractions. Different ammonia concentrations in the pore waters of Sites 723 and 724 seem to be related to enhanced release of ammonia from degradation of amino compounds in Site 723.

Investigation of the chemical and physical basis of oxidative stress generated by particulate matter using the profluorescent probe technique

Following the growing need for adoption of alternative fuels, this project aimed at getting more information on the oxidative potential of biodiesel particulate matter. Within this scope, the physical and chemical characteristics of biodiesel PM were analysed which lead to identification of reactive organic fractions. An in-house developed proflurescent nitroxide probe was used. This project further developed in-depth understanding of the chemical mechanisms following the detection of the oxidative potential of PM. This knowledge made a significant contribution to our understanding of processes behind negative health effects of pollution and enabled us to further develop new techniques to monitor it.

Antibacterial & antiplasmid activities of Helicteres isora L.

Background & objectives: The multiple drug resistance (MDR) is a serious health problem and major challenge to the global drug discovery programmes. Most of the genetic determinants that confer resistance to antibiotics are located on R-plasmids in bacteria. The present investigation was undertaken to investigate the ability of organic extract of the fruits of Helicteres isora to cure R-plasmids from certain clinical isolates. mMethods: Active fractions demonstrating antibacterial and antiplasmid activities were isolated from the acetone extracts of shade dried fruits of H. isora by bioassay guided fractionation. Minimal inhibitory concentration (MIC) of antibiotics and organic extracts was determined by agar dilution method. Plasmid curing activity of organic fractions was determined by evaluating the ability of bacterial colonies (pre treated with organic fraction for 18 h) to grow in the presence of antibiotics. The physical loss of plasmid DNA in the cured derivatives was further confirmed by agarose gel electrophoresis. Results: The active fraction did not inhibit the growth of either the clinical isolates or the strains harbouring reference plasmids even at a concentration of 400 mu g/ml. However, the same fraction could cure plasmids from Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Bacillus cereus and E. coli (RP4) at curing efficiencies of 14, 26, 22 and 2 per cent respectively. The active fraction mediated plasmid curing resulted in the subsequent loss of antibiotic resistance encoded in the plasmids as revealed by antibiotic resistance profile of cured strains. The physical loss of plasmid was also confirmed by agarose gel electrophoresis. Interpretation & conclusions: The active fraction of acetone extract of H. isora fruits cured R-plasmids from Gram-positive and Gram-negative clinical isolates as well as reference strains. Such plasmid loss reversed the multiple antibiotic resistance in cured derivatives making them sensitive to low concentrations of antibiotics. Acetone fractions of H. isora may be a source to develop antiplasmid agents of natural origin to contain the development and spread of plasmid borne multiple antibiotic resistance.

Some effects of tropical storm Agnes on water quality in the Patuxent River estuary

A post Agnes study emphasizing environmental factors...weekly sampling at eight stations from 28 June to August 30, 1972. Spatial and temporal changes in the distribution of many factors, e.g., salinity, dissolved oxygen (DO), seston, particulate carbon and nitrogen, inorganic and organic fractions of dissolved nitrogen and phosphorus, and chlorophyll a were studied and compared to earlier extensive records. Patterns shown by the present data were compared especially with a local heavy storm that occurred in the Patuxent drainage basin during July 1963. Some interesting correlations were observed in the data. (PDF has 39 pages.)

Some effects of Hurricane Agnes on water quality in the Patuxent River Estuary

A post-Agnes study that emphasized environmental factors was carried out on the Patuxent River estuary with weekly sampling at eight stations from 28 June t o 30 August 1972. Spatial and temporal changes in the distribution of many factors , e.g., salinity , dissolved oxygen, seston, particulate carbon and nitrogen, inorganic and organic fractions of dissolved nitrogen and phosphorus, and chlorophyll a were studied and compared t o extensive earlier records. Patterns shown by the present data were compared especially with a local heavy storm that occurred in the Patuxent drainage basin during July 1969. Estimates were made of the amounts of material contributed via upland drainage. A first approximation indicated that 14.8 x l0 (3) metric tons of seston were contributed t o the head of the estuary between 21 and 24 June. (PDF contains 46 pages)

Modelling of a wastewater treatment plant using GPS-X

Dissertation to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.