Sedimentary fluxes of trace metals, radioisotopes and greenhouse gases in the southwestern Baltic Sea Cruise No. AL543, 23.08.2020 – 28.08.2020, Kiel – Kiel - SEDITRACE

R/V Alkor Cruise AL543 was planned as a six-day cruise with a program of water column and sediment sampling in Kiel Bight and the western Baltic Sea. Due to restrictions related to the Covid-19 pandemic, the original plan had to be changed and the cruise was realized as six oneday cruises with sampling in Kiel Bight exclusively. The first day was dedicated to water column and sediment sampling for radionuclide analyses at Boknis Eck and Mittelgrund in Eckernförde Bay. On the remaining five days, water column, bottom water, sediment and pore water samples were collected at eleven stations covering different types of seafloor environment (grain size, redox conditions) in western Kiel Bight. The data and samples obtained on cruise AL543 will be used to investigate (i) the sedimentary cycling of bio-essential metals (e.g., nickel, zinc, and their isotopes) as a function of variable redox conditions, (ii) the impact of submarine groundwater discharge and diffusive benthic fluxes on the distribution of radium and radon as well as greenhouse gases (methane and nitrous oxide) in the water column, and (iii) to characterize and quantify the impact of coastal erosion on sedimentary iron, phosphorus and rare earth element cycling in Kiel Bight.

Climate change and biodiversity loss

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν η πειραματική διερεύνηση των μεταβολών της βιοποικιλότητας του φυτοπλαγκτού και των συνυπαρχόντων μικροευκαρυωτών στην βιοκοινότητα από την αύξηση της θερμοκρασίας και οι πιθανές επιπτώσεις αυτών στην απόκριση της βιοκοινότητας στην αύξηση/μείωση της αλατότητας. Βιοκοινότητες θαλάσσιου πλαγκτού από τον Όρμο της Θεσσαλονίκης και τη Βαλτική Θάλασσα (Kiel Bight) σε μεσοκόσμους αποτέλεσαν τις πειραματικές βιοκοινότητες-μοντέλα της έρευνας. Στα πειράματα μεσοκόσμου η αύξηση της θερμοκρασίας σχεδιάστηκε να λειτουργεί ως αρχικός παράγοντας καταπόνησης με σκοπό τη δημιουργία δύο ξεχωριστών πλαγκτικών βιοκοινοτήτων, μία που θα διατηρείται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και μία σε αυξημένη θερμοκρασία (+6 oC). Κατόπιν, οι δύο βιοκοινότητες υποβλήθηκαν σε καταπόνηση αλατότητας. Τρία επίπεδα αλατότητας διερευνήθηκαν, η αλατότητα περιβάλλοντος, η χαμηλή αλατότητα (-5 psu) και η υψηλή αλατότητα (+5 psu). Συνολικά 6 συνθήκες (2 επίπεδα θερμοκρασίας Χ 3 επίπεδα αλατότητας) εξετάστηκαν στα πειράματα μεσοκόσμων και για κάθε συνθήκη έγιναν 4 επαναλήψεις (24 πειραματικοί μεσόκοσμοι για κάθε περιοχή). Η απόκριση της κάθε πλαγκτικής βιοκοινότητας προσδιορίστηκε τόσο με την κλασική μέθοδο εξέτασης της σύνθεσης και αφθονίας των ειδών σε ανάστροφο μικροσκόπιο όσο και με τεχνικές αλληλούχισης νέας γενεάς (Illumina sequencing). Επίσης πραγματοποιήθηκε μέτρηση της βιοποικιλότητας με τις μετρικές δεικτών ποικιλότητας αριθμός ειδών, (πληθυσμιακή πυκνότητα) αφθονία και ισοκατανομή με βάση τα δεδομένα τόσο για τα μορφολογικά είδη όσο και τις ταξινομικές μονάδες βάσει αλληλουχιών του 18S rRNA γονιδίου . Επιπλέον, εξετάστηκε η λειτουργική βιοποικιλότητα κάθε βιοκοινότητας (μέσω των τροφικών προτιμήσεων των ταξινομικών μονάδων) και έγινε υπολογισμός της βιομάζας φυτοπλαγκτού. Η αλληλούχιση του 18S rRNA γονιδίου συνδυάστηκε με την αλληλούχιση του 18S rRNA με σκοπό να ταυτοποιηθούν οι ενεργοί και μη ενεργοί μικροοργανισμοί (φυτοπλαγκτικοί και αλληλεπιδρώντες ευκαρυώτες) και να μελετηθούν άγνωστες μέχρι πρότινος οικολογικές αποκρίσεις της μικροβιακής κοινότητας του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Τέλος, εξετάστηκε σε χρονική κλίμακα συμβατή με τον χρόνο γενεάς και τον χρόνο απόκρισης των ειδών στις μετεωρολογικές συνθήκες (εβδομαδιαία ανάλυση) η βιοποικιλότητα της βιοκοινότητας του φυτοπλαγκτού του Όρμου Θεσσαλονίκης σε ετήσιο κύκλο μεταβολών της θερμοκρασίας νερού και της αλατότητας.

DETERMINACION COMPARATIVA DE LA PRODUCCION PRIMARIA CON LAS TECNICAS DE 14C Y 02 EN AGUAS SALOBRES CON DIFERENTES GRADOS DE EUTROFICACION

The primary productivity of phytoplankton was determined in the mesotrophic Kiel Bight (KB), the eutrophic Kiel Fjord (KF) and the hypertrophic Schlei Fjord using the 14C-technique and the 0 2 -method. Results of these measurements were compared. These brackish areas of the Western-most part of the Baltic Sea differ markedly in primary productivity (PP). If the depth of maximum productivity alone is considered, the PP, on a volumetric basis, of the Schlei was 9 times higher than in the Kiel Fjord and more than 40 times that of the Kiel Bight. On an area basis the differences were much smaller since the compensation depth in the Schlei was found at no more than 0.8 m, whereas in the Kiel Bight it was 5.5 m and 5.2 m in the Kiel Fjord. In agreement with theoretical considerations, the PP determined with the 1*C-technique (1*C-PP) was larger than the net productivity (NP) and smaller than the gross productivity (GP), both determined with the 0 2-method using a photosynthetic quotient of 1.2. On average, in the Kiel Fjord the NP was 9 % smaller and the GP 36 % larger than the 14C-PP. In the Kiel Bight the NP was 40 % smaller and the GP 72 % larger. However, the relation NP<14CPP<GP was found only in the Kiel Bight and - Fjord, whereas in the polyproductive Schlei the 14C-PP was larger than both the NP and GP (32 % larger than the NP and 7 % larger than the GP). This deviation from theoretical values may be due, in part, to a senescent phytoplankton, which may have had a PQ smaller than 1.2.

Recent benthic foraminifera in the Flensburg Fjord (Western Baltic Sea)

Living benthic foraminifera of Flensburg Fjord were surveyed in June 2006. The muddy and organic-rich sediments of the inner fjord were dominated by Elphidium incertum. E. incertum and E. excavatum were frequent in muds and sandy muds of the fjord loop around Holnis Peninsula and in the outer part. Gelting Bay yielded a different biofacies, indicating a brackish and sandy habitat, poor in food supply and with microfauna dominated by Ammonia beccarii and E. albiumbilicatum. The central fjord and nearshore zones of the loop were characterized by sandy muds, relatively poor in food and occupied by A. beccarii, E. incertum and E. excavatum subspecies. High abundances of E. excavatum were encountered in the innermost fjord, with fine-grained and organic-rich muddy sediments.A comparison with previous studies revealed the profound changes in species composition in the outer Flensburg Fjord since the 1970s. A decline in numbers of Ammotium cassis and flourishing of Ammonia beccarii in Gelting Bay were recognized. These changes are most likely associated with decreased intensity and frequency of salt-water inflows into the Baltic Sea since the 1960s. It is inferred that the decline of A. cassis is similar to that of Eggerelloides scaber, which currently is found only in depressions of Kiel Bight with higher salinity.

Seasonal dynamics and decadal changes of benthic foraminiferal assemblages in the western Baltic Sea (NW Europe)

Living benthic foraminiferal assemblages were monitored between January and July 2004 in the Kiel Bight, Baltic Sea. Phytoplankton blooms and the deposition of organic detritus were depicted by fluorometer hydro casts and pigment concentrations in surface sediments. Three depositional pulses of organic matter were identified by high phytoplankton concentrations above the sea floor and elevated pigment concentrations in the surface sediment. The foraminiferal assemblage composition remained rather constant but the population density of Elphidium excavatum clavatum showed a two- to six-fold increase within a few days after organic detritus deposition. The foraminiferal assemblage composition was compared to earlier studies in this area. Elphidium excavatum, Ammotium cassis and E. incertum dominated the living fauna in the 1960s and 1970s. The recent survey revealed a predominance of E. excavatum subspecies (more than 90% of the living assemblage). The average population densities were six times higher than in the 1970s. Data structure and model calculations suggested that E. excavatum clavatum is able to reproduce rapidly, with high offspring numbers at elevated food supply. The diminution of A. cassis has occurred in Kiel Bight during the last ten years and was most likely induced by a period of low deep-water salinities in the early 1990s.