Hydrographisch-chemische Zustandseinschätzung der Ostsee 2001
Die Schwermetall-Situation in der Ostsee im Jahre 2001
Creators: name: Nausch, Günther
name: Feistel, Rainer
name: Lass, Hans Ulrich
name: Nagel, Klaus
name: Siegel, Herbert
name: Pohl, Christa
name: Hennings, Ursula
Publisher: name: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde
Year: 2002

description: Meereswissenschaftliche Berichte No 49 2002 - Marine Science Reports No 49 2002
description: Hydrographisch-chemische Zustandseinschätzung der Ostsee 2001:
The winter 2000/2001 was characterized by only minor ice coverage in the southern Baltic Sea and was the fourth mild winter after each other. The winter belongs to a period of relative mild winters which started 1987/1988. In the northern Baltic Sea the maximum ice coverage was normal. Because also the summer was warmer than the average the year 2001 was the eight warmest in northern Germany since 55 years. The strongest positive anomalies of the air temperature were observed in October making this month to the warmest October at least for the last 55 years.

Due to the mild winter the surface temperature in January was 2 K above the long-term mean. The minium temperature was observed not before March which occured only seldom since 1990. The warm summer resulted in positive water temperature anomalies up to 3 K in July. From August onwards the surface temperatures were on average.

The deep water temperatures of the central Baltic Sea were still high due to the inflows of warm water, especially in 1997. In the eastern Gotland Basin maximum values of the years before were not reached. In the Landsort and Karlsö Deep, however, temperatures measured in the 400 m and 100 m level respectively were with 5,24 oC and 4,66 oC the highest of the last years.

Again, in the year 2001 only low inflow activity across the sills was detected. Only in October/November a stronger inflow event occured. Within 16 days around 200 km3 were flowing into the central Baltic Sea causing a rapid increase of the oxygen content in the deep water of the Bornholm Basin up to 4,68 ml/l in December. In January 2002 the effects of this inflow were registered shortly in the eastern Gotland Basin.

Despite that, the stagnation period which started in 1995 continues in the central Baltic Sea deep basins. In the eastern Gotland Basin, the anoxic water covered the layer between 125 m and the bottom whereby the hydrogen sulphide concentrations in the bottom-near layer were comparable to the concentrations measured at the end of the long lasting stagnation period in 1992. This is also valid for the phosphate and ammonium concentrations.

The stagnation period continues also in the western Gotland Basin. In the Landsort Deep, hydrogen sulphide is present all the year round. In the Karlsö Deep low oxygen concentrations were found until May followed by anoxic conditions in the rest of the year. For the first time a negative annual mean for oxygen was calculated in the 100 m-level. The thicknesses of the hydrogen sulpide containing layers in November were 330 m and 20 m in the Landsort and Karlsö Deep, respectively.

Nutrient concentrations in the mixed winter surface layer are used as indicator for eutrophication. The inorganic nitrogen compounds are on a similar level since the beginning of the 1990s, no trends can be observed. For phosphate a decreasing trend was detected in many sea areas in the 2nd half of the 1990s. This trend was interrupted in the winter 1999/2000. In the winter 2000/2001 phosphate concentrations were, with the exception of the Bornholm Basin, again on a relative low level. However, a further decrease cannot be expected. Additionally the higher phosphate pool in the deep water due to the anoxic conditions has to be taken into account. This pool can lead under given hydrographic circumstances to an additional phosphate supply to the surface water.

For the first time, mean concentrations for different natural organic substances averaged over a longer period of time can be given. The mean content of particulate organic carbon (POC) in the Baltic Sea is 26,8 µmol/l (surface layer) and 24,6 µmol/l (bottom-near layer). In the surface layer a pronounced seasonality can be seen. For dissolved organic carbon (DOC) seasonal variability is comparatively low. The mean concentrations are 312 µmol/l in the surface layer and 272 µmol/l in the bottom-near layer.
description: Hydrographisch-chemische Zustandseinschätzung der Ostsee 2001:
Der Winter 2000/2001 war mit nur geringer Eisbildung in der südlichen Ostsee der vierte milde Winter in Folge. Er reiht sich damit in eine Periode relativ eisarmer Winter ein, die seit 1987/88 anhält. In der nördlichen Ostsee entsprach die maximale Ausdehnung des Eises dagegen weitgehend normalen Verhältnissen. Da auch der Sommer überdurchschnittlich warm war, ist das Jahr 2001 das achtwärmste in Norddeutschland seit 55 Jahren. Die stärksten positiven Abweichungen zeigte der Oktober, der damit der wärmste Oktober seit mindestens 55 Jahren war. Infolge des milden Winters lagen die Temperaturen des Oberflächenwassers im Januar bis 2 K über dem langjährigen Mittelwert. Das Jahresminimum wurde erst im März erreicht, was seit 1990 nicht oft zu verzeichnen war. Der warme Sommer führte erneut zu positiven Anomalien bis 3 K im Juli. Ab August lagen die Oberflächentemperaturen im Bereich der langjährigen Erwartungswerte.

Die Temperaturen des Tiefenwassers liegen auf Grund der Einströme warmen Wassers, insbesondere im Jahr 1997, noch deutlich über den langjährigen Mittelwerten. Im östlichen Gotlandbecken wurden die Maximalwerte jedoch nicht mehr erreicht. Im Landsort- und Karlsötief erreichten die Temperaturen dagegen im Jahr 2001 in 400 m bzw. 100 m Tiefe mit 5,24o C und 4,66o C die höchsten Werte seit Jahren.

Das Jahr 2001 war erneut nur durch schwache Einstromaktivität gekennzeichnet. Lediglich im Oktober/November konnte ein stärkeres Einstromereignis beobachtet werden. Hierbei gelangten innerhalb von 16 Tagen ca. 200 km3 Wasser in die zentralen Becken der Ostsee. Effekte konnten bereits im Dezember 2001 im Bornholmbecken registriert werden, wo der Sauerstoffgehalt des Tiefenwassers rasch auf 4,68 ml/l anstieg. Im Januar 2002 machte sich der Einstrom auch kurzzeitig im östlichen Gotlandbecken bemerkbar.

Dessen ungeachtet hält die 1995 begonnene Stagnationsperiode in den Tiefenbecken der zentralen Ostsee unvermindert an. Im östlichen Gotlandbecken herrschten zwischen 125 m Tiefe und dem Meeresboden anoxische Verhältnisse, wobei die Schwefelwasserstoffkonzentrationen in der bodennahen Schicht bereits in der gleichen Größenordnung lagen wie sie am Ende der letzten lang anhaltenden Stagnationsperiode im Jahre 1992 gemessen wurden. Dies trifft auch auf die Ammonium- und Phosphatkonzentrationen des bodennahen Wasserkörpers zu.

Auch im westlichen Gotlandbecken setzte sich die Stagnationsperiode fort. Im Landsorttief herrschten ganzjährig anoxische Bedingungen während im Karlsötief noch bis Mai Sauerstoff gefunden wurde. Hier wurde erstmals ein negativer Jahresmittelwert für Sauerstoff errechnet. Die Mächtigkeit der schwefelwasserstoffhaltigen Schicht betrug im November 2001 im Landsorttief ca. 330 m und im Karlsötief ca. 20 m.

Die Nährstoffkonzentrationen des winterlichen Oberflächenwasser können als Eutrophierungsanzeiger genutzt werden. Die anorganischer Stickstoffkomponenten befinden sich seit Anfang der 1990er Jahre auf einem einheitlichen Niveau, hier sind keine Veränderungen sichtbar. Für Phosphat konnte in der 2.Hälfte der 1990er Jahre in vielen Seegebieten ein Rückgang beobachtet werden. Diese Tendenz wurde im Winter 1999/2000 unterbrochen. Im Winter 2000/2001 lagen die Konzentrationen mit Ausnahme des Bornholmbeckens jedoch wieder auf einem relativ niedrigen Niveau. Ein weiterer Rückgang ist jedoch nicht zu erwarten. Auch muss der auf Grund der Anoxie erhöhte Phosphorpool des Tiefenwassers beachtet werden, der unter bestimmten hydrographischen Bedingungen zu einer erhöhten Nährstoffversorgung des Oberflächenwassers führen kann.

Erstmals können auch über einen längeren Zeitraum gemittelte Konzentrationen für verschiedene natürliche organische Verbindungen angegeben werden. So liegt der mittlere Gehalt an partikulärem organischen Kohlenstoff (POC) der Ostsee bei 26,8 µmol/l (Oberflächenschicht) bzw. 24,6 µmol/l (bodennahe Wasserschicht), wobei an der Oberfläche eine ausgeprägte Saisonalität zu beobachten ist. Für den gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) sind die saisonalen Schwankungen vergleichsweise gering. Die durchschnittlichen Konzentrationen liegen in der Oberflächenschicht bei 312 µmol/l, im bodennahen Wasserkörper bei 272 µmol/l.
description: Die Schwermetall-Situation in der Ostsee im Jahre 2001:
The 2001 results of heavy metal monitoring in Baltic Sea water revealed no pronounced changes compared to previous years. According to the central Baltic Sea, elevated levels of suspended particulate material (SPM), Pb(dissolved), Pb(SPM), Cd(dissolved), Cd (SPM), Cu(SPM), Zn(dissolved), Zn(SPM) and Hg (total) were observed in the western Baltic Sea. In the 1960th a dumping area for dust and mud highly contaminated in trace metals was established in the Bay of Lübeck. In subject of wind induced mixing and bioturbation of marine organism this area could be more or less a source for SPM and trace metal enrichment in the watercolumn.

An analysis of the temporal trends at the sampling stations in the western Baltic for the period 1993-2001
demonstrated that not only salinity but also heavy metal concentrations are subject to large fluctuations especially in the transition area between the North Sea and Baltic Sea. The temporal heavy metal trends for the same period in central Baltic deep waters showed decreasing trends of Cd(dissolved) and Cu(dissolved) for the last 7 respectively 5 years, which is due to the stabilising of anoxic conditions in the deep waters. The observation period was perhaps too short for the detection of clear trends in this transition area, especially because the system was influenced by a major saltwater inflow in 1993 and 1994.
description: Die Schwermetall-Situation in der Ostsee im Jahre 2001:
Wie in den Vorjahren wies die Schwermetallverteilung im Ostseewasser im Jahr 2001 keine deutlichen oder gesundheitsgefährdenden Veränderungen auf. Während der Ostseeüberwachungsfahrt im Februar 2001 wurden in der westlichen Ostsee im Vergleich zu den beiden Vorjahren niedrigere Konzentrationen und im Vergleich zur zentralen Ostsee höhere Konzentrationen für die gelösten und partikulären Anteile von Cadmium, Kupfer, Blei, Zink und Hg (gesamt) registriert. Aufgrund der gemäßigten Windsituation zur Zeit der Probenahme, ist dieses auf eine verminderte bodennahe Durchmischung der Wassersäule und den damit verbundenen geringeren Einträgen von feinkörnigen Oberflächensedimenten aus der Lübecker Bucht zurückzuführen.

Die seit 1995 anhaltende Stagnationsperiode beeinflusst die Schwermetallverteilung im Tiefenwasser der Ostseebecken. Die gelösten Konzentrationen der Metalle Cd, Cu, Zn, und Pb stabilisierten sich unterhalb der Redoxgrenzschicht auf einem sehr niedrigen Konzentrationsniveau. Die Frage inwieweit die Elimination dieser Metalle durch die Bildung schwerlöslicher Sulfide im Tiefenwasser Einfluß auf die Schwermetallverteilung im Oberflächenwasser nimmt, kann in diesem Zusammenhang nicht beantwortet werden, da zur Zeit nicht bekannt ist, welcher schwebstoffgebundene Schwermetallanteil vom Oberflächenwasser quantitativ in den Tiefenwasserkörper eingetragen wird. Hinzu kommen diffusive Prozesse an den Grenzschichten, sowie strömungsbedingte Austauschprozesse.