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Distribution and concentration of nutrients, carbon compounds and methane in water samples in the southern German Bight (North Sea) in September 2024 during the MOSES Sternfahrt 12

The 12th Sternfahrt of the ElbeXtreme and MOSES projects took place in 2024 from September 02 to 13, within the area of the German Bight (North Sea). Its objective was to get a more systematic grid of sampling data by spatially integrated onboard sensors. Therefore, the MOSES-laboratory container was installed again. Water samples were taken from the surface with a rosette or via Niskin bottles. The first part of the cruise was conducted by the research vessel (RV) Ludwig Prandtl, starting on the 2nd of September on Heligoland. From there, the crew navigated towards Cuxhaven covering some stations from previous MOSES cruises. For the next days, the ship followed a rectangular track, shifting northward each day, heading towards Heligoland again. Due to strong winds, the sampling stations were reduced to three on the last day. On Heligoland the RV Mya II took over the laboratory container and other sampling equipment for the second part of the cruise. Persistent strong winds delayed the start of the cruise until September 11. Since most of the planned stations were already covered from the RV Ludwig Prandtl, the crew decided to expand the sampling area using a more systematic zig-zag line. With the return of Mya II in the afternoon of the 13th September 2024, the campaign was successfully finished.

Der Nationale Emissionshandel

<p> <p>Der nationale Emissionshandel (nEHS) ist in Deutschland seit 2021 ein zentrales Klimaschutzinstrument, um die Emissionen in den Sektoren Gebäude und Verkehr zu reduzieren. Er bepreist Kohlendioxid-Emissionen aus Brennstoffen in den Bereichen außerhalb des Europäischen Emissionshandels 1 (EU-ETS 1).</p> </p><p>Der nationale Emissionshandel (nEHS) ist in Deutschland seit 2021 ein zentrales Klimaschutzinstrument, um die Emissionen in den Sektoren Gebäude und Verkehr zu reduzieren. Er bepreist Kohlendioxid-Emissionen aus Brennstoffen in den Bereichen außerhalb des Europäischen Emissionshandels 1 (EU-ETS 1).</p><p> Emissionssituation im nationalen Emissionshandel <p>Seit seiner Einführung 2021 erfasst der nationale Emissionshandel (nEHS) Brennstoffemissionen, die nicht vom Europäischen Emissionshandel 1 (EU-ETS 1) abgedeckt werden. Dies betrifft insbesondere die Sektoren Wärme und Verkehr, seit 2024 werden auch Abfallverbrennungsanlagen erfasst. 2028 wird der nEHS in den Europäischen Emissionshandel für Gebäude, Straßenverkehr und zusätzliche Sektoren (EU-ETS 2) überführt. Die damit verbundene Lenkungswirkung hin zu emissionsarmen Alternativen im Wärme- und Verkehrsbereich leistet einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der deutschen Klimaziele. Weitergehende Informationen finden Sie auf der Webseite&nbsp;<a href="https://www.dehst.de/DE/Themen/nEHS/nEHS-verstehen/nehs-verstehen_node.html">nEHS verstehen</a> der Deutschen Emissionshandelsstelle (DEHSt) im Umweltbundesamt. Die DEHSt ist die zuständige Behörde für die Umsetzung des nEHS.</p> <p>Im Jahr 2024 betrugen die Emissionen im nEHS nach <a href="https://nehs-register.dehst.de/coreweb/info/reporting/compliance/list.action?token=I9ID5O55FDSRHYRR8HS9QOQL782QKFFN">Daten des nEHS-Registers</a> ca. 294,8 Millionen Tonnen CO2&nbsp;(Mio. t CO2). Werden die erstmals 2024 erfassten Emissionen aus Abfallverbrennungsanlagen herausgerechnet, lagen die Emissionen bei ca. 281,6 Mio. t CO2&nbsp;und sind damit verglichen mit dem Vorjahr nahezu unverändert.&nbsp;</p> <p>Werden die Emissionen mit dem Verlauf der Emissionsobergrenze bzw. dem Cap verglichen, ist für das Berichtsjahr 2024 erstmals eine deutliche Überschreitung des Caps zu verzeichnen (siehe Abb. „Verlauf des nEHS-Caps für 2021 bis 2026 im Vergleich zu den Emissionen“).&nbsp;Die Überschreitung des Caps ist im nEHS dadurch möglich, dass&nbsp;während der Festpreisphase die angebotene Menge an nationalen Emissionszertifikaten (nEZ) in den Verkaufsterminen nicht beschränkt ist. Ein nEZ entspricht dabei einer Tonne CO2 (siehe hierzu auch&nbsp;<a href="https://www.dehst.de/DE/Themen/nEHS/nEHS-verstehen/nehs-verstehen_artikel.html?nn=284536#doc284546bodyText4">Wie wird das Mengenziel der Treibhausgasemissionen bestimmt?</a>).</p> <p>Das 2024 erheblich gewachsene Defizit im nEHS spiegelt sich auch in den deutschen Emissionen wider, die unter dem europäischen Klimaschutzgesetz (Effort Sharing Regulation – ESR) reguliert werden. Von diesen deckt der nEHS einen Großteil (knapp 75 Prozent) ab. Ausweislich der&nbsp;<a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/11850/publikationen/ergebnisse_kompakt_2025_2_auflage.pdf">aktuellen Projektionen des UBA</a> wird das deutsche Defizit im Rahmen der ESR in den folgenden Jahren immer größer, sodass Deutschland seine ESR-Ziele bis 2030 deutlich zu verfehlen droht. Um Ausgleichszahlungen an andere EU-Mitgliedstaaten zu vermeiden, sind wirkungsvolle Minderungsmaßahmen in den Sektoren Gebäude und Verkehr dringend erforderlich. Der EU-ETS 2 und die Einnahmen aus dem nEHS spielen hierbei eine maßgebliche Rolle. 2024 beliefen sich die Erlöse aus dem nEHS auf rund 13 Milliarden Euro, die vollständig in den <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/klima">Klima</a>- und Transformationsfonds (KTF) der Bundesregierung geflossen sind und dort eine Vielzahl an Klimaschutzmaßnahmen ermöglichen (siehe unten im Abschnitt zu Verkauf und Abgabe nationaler Emissionszertifikate).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/2_Abb_Verlauf-nEHS-Cap-2021-2026-Vergleich_2026-05-21.png"> </a> <strong> Verlauf des nEHS-Caps für 2021 bis 2026 im Vergleich zu den abgabepflichtigen Emissionen </strong> Quelle: Umweltbundesamt / Deutsche Emissionshandelsstelle Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Verlauf-nEHS-Cap-2021-2026-Vergleich_2026-05-21.pdf">Diagramm als PDF (42,60 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Verlauf-nEHS-Cap-2021-2026-Vergleich_2026-05-21.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (30,80 kB)</a></li> </ul> </p><p> Einordnung in die Gesamtemissionssituation in Deutschland <p>Bei Betrachtung der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/finale-daten-fuer-2024-emissionen-um-drei-prozent">deutschen Gesamtemissionen</a> (2024 circa 650 Mio. t CO2-Äq) deckt der nEHS rund 45 Prozent ab. Der Anteil der Emissionen der deutschen Anlagen im EU-ETS 1 lag bei ca. 42 Prozent (siehe Abb. „Gesamtemissionen in Deutschland 2023 und 2024 und Anteile der beiden Emissionshandelssysteme (EU-ETS 1 und nEHS“). Insgesamt unterlagen damit im Jahr 2024 etwa 87 Prozent der deutschen Gesamtemissionen einer <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/co2">CO2</a>- Bepreisung durch den EU-ETS 1 oder den nEHS. Nicht erfasst sind insbesondere die nicht brennstoffbedingten Emissionen der Landwirtschaft, die vorwiegend durch Tierhaltung (Methanemissionen) und Stickstoffdüngung der Böden (Lachgasemissionen) entstehen.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/3_Abb_Gesamtemi-D-2023-2024-Anteile-EU-ETS1-nEHS_2026-05-21.png"> </a> <strong> Gesamtemissionen in Deutschland 2023 und 2024 und Anteile der beiden Emissionshandelssysteme </strong> Quelle: Umweltbundesamt / Deutsche Emissionshandelsstelle Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_Abb_Gesamtemi-D-2023-2024-Anteile-EU-ETS1-nEHS_2026-05-21.pdf">Diagramm als PDF (50,45 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_Abb_Gesamtemi-D-2023-2024-Anteile-EU-ETS1-nEHS_2026-05-21.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (34,85 kB)</a></li> </ul> </p><p> Verkauf und Abgabe nationaler Emissionszertifikate <p>Im nEHS ist der Preis der nationalen Emissionszertifikate (nEZ) in den ersten Jahren von 2021 bis 2025 festgelegt (2021 lag der Preis bei 25 Euro und bis 2025 stieg er schrittweise auf 55 Euro). Im Jahr 2026 gilt ein Preiskorridor von 55 bis 65 Euro, der einen Übergang zur freien Preisbildung im Europäischen Emissionshandelssystem 2 (EU-ETS 2) darstellt.</p> <p>Im Jahr 2024 wurden an der von der European Energy Exchange (EEX) betriebenen Verkaufsplattform insgesamt knapp 295 Millionen nationale Emissionszertifikate (nEZ) im Gesamtwert von über 13 Milliarden Euro veräußert. 2023 lag die Gesamtverkaufs­menge bei rund 358 Millionen nEZ im Gesamtwert von über 10,7 Milliarden Euro (siehe&nbsp;<a href="https://www.dehst.de/DE/Themen/nEHS/Auswertungen-Berichte/auswertungen-berichte_node.html#doc284354bodyText5">Verkaufsberichte</a> der DEHSt&nbsp;und Abb. „Erlöse durch den Verkauf von nationalen Emissionszertifikaten in den Jahren 2023 bis 2025“).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Abb_Erl%C3%B6se-Verkauf-nEZ-2022-2024_2026-05-21.png"> </a> <strong> Erlöse durch den Verkauf von nEZ in den Jahren 2022 bis 2024 </strong> Quelle: Umweltbundesamt / Deutsche Emissionshandelsstelle Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Abb_Erl%C3%B6se-Verkauf-nEZ-2022-2024_2026-05-21.pdf">Diagramm als PDF (43,62 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Abb_Erl%C3%B6se-Verkauf-nEZ-2022-2024_2026-05-21.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (28,09 kB)</a></li> </ul> </p><p> Überblick Verantwortliche und Emissionen <p>Rechtsgrundlage für den nEHS ist das Brennstoffemissionshandelsgesetz (BEHG). Dieses verpflichtet die sogenannten BEHG-Verantwortlichen, wie zum Beispiel Gaslieferanten, über die von ihnen in Verkehr gebrachten Brennstoffmengen und -emissionen zu berichten und in entsprechender Höhe nationale Emissionszertifikate (nEZ) abzugeben. Im Berichtsjahr 2024 gab es rund 2.000 BEHG-Verantwortliche.&nbsp;</p> <p>In folgender Abbildung (siehe Abb. „Vergleich Anzahl BEHG-Verantwortliche nach Größenklassen mit Kohlendioxid-Emissionen im Jahr 2024“) ist zu sehen, dass der nEHS eine große Gruppe an Unternehmen mit einem jeweils geringen Umfang in Verkehr gebrachter CO2-Emissionen abdeckt. Hier handelt es sich zum Beispiel um kleinere Energieversorgungsunternehmen. Auf der anderen Seite deckt der nEHS eine verhältnismäßig kleine Gruppe mit jeweils sehr hohen Emissionen ab, die in Summe für einen Großteil der nEHS-Emissionen verantwortlich sind. So sind die zehn größten BEHG-Verantwortlichen mit rund 132 Millionen Tonnen CO2 für fast die Hälfte (45 Prozent) der abgabepflichtigen Emissionen im nEHS im Jahr 2024 verantwortlich. Hierbei handelt es sich hauptsächlich um große Unternehmen der Mineralölbranche, die in der Regel Raffinerien betreiben und sehr hohe Brennstoffmengen in Verkehr bringen.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/5_Abb_Vergleich-Anzahl-BEHG-Verantwortliche_2026-05-21.png"> </a> <strong> Vergleich Anzahl BEHG-Verantwortliche nach Größenklassen mit Kohlendioxid-Emissionen im Jahr 2024 </strong> Quelle: Umweltbundesamt / Deutsche Emissionshandelsstelle (88041 Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/5_Abb_Vergleich-Anzahl-BEHG-Verantwortliche_2026-05-21.pdf">Diagramm als PDF (44,44 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/5_Abb_Vergleich-Anzahl-BEHG-Verantwortliche_2026-05-21.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (31,55 kB)</a></li> </ul> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Mean sediment grain size, total organic carbon content, and carbon isotopic compositions of TOC and solid-phase extracted DOC in bottom water and porewater samples from the German Bight of the North Sea, during RV Heincke cruises HE582 and HE595

This data summarizes site information, sediment textural properties, and bulk geochemical parameters from the same sampling campaigns, including mean grain size, total organic carbon (TOC) content, and carbon isotopic compositions (δ¹³C and F¹⁴C) of both TOC and SPE-DOC in bottom water (BW) and porewater (PW) samples. These data establish the baseline for evaluating the sources, reactivity, and age of organic carbon in sediments and porewaters of the German Bight. Together with the molecular results in doi:10.1594/PANGAEA.989754, they constrain the coupling between sedimentary organic carbon pools and dissolved organic matter dynamics in this shallow-marine environment.

Molecular indices calculated from the FT-ICR-MS data and environmental data, including dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen in the sea surface microlayer during a Mesocosm study in Wilhelmshaven, Germany, spring 2023

We studied dissolved organic matter (DOM) dynamics in the sea surface microlayer (SML) during a mesocosm study at the Sea sURface Facility (SURF) of the Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) in Wilhelmshaven, Germany (53.5148 °N, 8.1463°E). The study was conducted from 18 May to 16 June 2023 as part of the multidisciplinary BASS research unit (Biogeochemical processes and Air-sea exchange in the Sea-Surface microlayer). SURF was filled with pretreated natural seawater from the nearby Jade Bay (53° 28' 42'' N, 8° 12' 15'' E) to replicate natural conditions. We selected this approach to examine the regrowth of surviving phytoplankton cells after the initial water treatments, simulating a native microbial community starting with almost no bioproduction or pre-existing bioproduction products. To induce and maintain the phytoplankton bloom, inorganic nitrogen, phosphorus, and silicate were added on May 26, May 31, and June 01, 2023. By that we induced an algal bloom of Emiliania huxleyi and Cylindrotheca closterium. By combining molecular analyses with nutrient and trace metal data, we highlight the in situ production of carbohydrate-like and laminarin-derived DOM as a significant contributor to the SML composition. This dataset contains DOM molecular data from ultrahigh-resolution mass spectrometry (Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometer, FT-ICR-MS), molecular indices calculated from the FT-ICR-MS data (Ibio, Iphoto, IDEG) and environmental data, including dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON) data. Water samples were collected via glass plate for the SML and at 40 cm depth via tube. Furthermore, it contains attenuated total reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) data from representative samples for each bloom phase.

Effects of acute ocean acidification on spatially-diverse polar pelagic foodwebs:Insights from on-deck microcosms

The polar oceans are experiencing some of the largest levels of ocean acidification (OA) resulting from the uptake of anthropogenic carbon dioxide (CO2). Our understanding of the impacts this is having on polar marine communities is mainly derived from studies of single species in laboratory conditions, while the consequences for food web interactions remain largely unknown. This study carried out experimental manipulations of natural pelagic communities at different high latitude sites in both the northern (Nordic Seas) and southern hemispheres (Scotia and Weddell Seas). The aim of this study was to identify more generic responses and greater experimental reproducibility through implementing a series of short term (4 day), multilevel (3 treatment) carbonate chemistry manipulation experiments on unfiltered natural surface ocean communities, including grazing copepods. The experiments were successfully executed at six different sites, covering a diverse range of environmental conditions and differing plankton community compositions. The study identified the interaction between copepods and dinoflagellate cell abundance to be significantly altered by elevated levels of dissolved CO2 (pCO2), with dinoflagellates decreasing relative to ambient conditions across all six experiments. A similar pattern was not observed in any other major phytoplankton group. The patterns indicate that copepods show a stronger preference for dinoflagellates when in elevated pCO2 conditions, demonstrating that changes in food quality and altered grazing selectivity may be a major consequence of ocean acidification. The study also found that transparent exopolymeric particles (TEP) generally increased when pCO2 levels were elevated, but the response was dependent on the exact set of environmental conditions. Bacteria and nannoplankton showed a neutral response to elevated pCO2 and there was no significant relationship between changes in bacterial or nannoplankton abundance and that of TEP concentrations. Overall, the study illustrated that, although some similar responses exist, these contrasting high latitude surface ocean communities are likely to show different responses to the onset of elevated pCO2.

The morphological response of Emiliania huxleyi to seawater carbonate chemistry changes: an inter-strain comparison

Four strains of the coccolithophore Emiliania huxleyi (RCC1212, RCC1216, RCC1238, RCC1256) were grown in dilute batch culture at four CO2 levels ranging from ~200 µatm to ~1200 µatm. Coccolith morphology was analyzed based on scanning electron micrographs. Three of the four strains did not exhibit a change in morphology over the CO2 range tested. One strain (RCC1256) displayed an increase in the percentage of malformed coccoliths with increasing CO2 concentration. We conclude that the sensitivity of the coccolith-shaping machinery to carbonate chemistry changes is strain-specific. Although it has been shown before that carbonate chemistry related changes in growth- and calcification rate are strain-specific, there seems to be no consistent correlation between coccolith morphology and growth or calcification rate. We did not observe an increase in the percentage of incomplete coccoliths in RCC1256, indicating that the coccolith-shaping machinery per se is affected by acidification and not the signalling pathway that produces the stop-signal for coccolith growth.

Distribution and concentration of nutrients, carbon compounds and methane in water samples in the southern German Bight (North Sea) in February 2025 , during MOSES Sternfahrt 13

Previous Sternfahrten were mainly conducted in spring and summer. To cover the seasonal aspects more thoroughly, including a winter situation, Sternfahrt 13 was conducted in February 2025 (10–12 February). We used the RV Heincke (cruise HE653/2) instead of the RV Uthörn. The Heincke's draught is greater, so we could not reach all of our previous stations. Surface and bottom water samples were taken with a rosette; in the event of stratification in the water column, an additional sample was taken from the middle.

Water chemistry of Lagrangian samplings of Inland Elbe 2024 (MOSES Hydrological Extremes)

Within the framework of MOSES (Modular Observation Solutions for Earth Systems) and ElbeXtreme, we performed three longitudinal sampling campaigns in the Elbe catchment in 2024. The campaigns covered the German freshwater part, the tidal Elbe river, and the German Bight. Here we present the results of the freshwater river where the sampling was conducted in a Langrangian way according to flow velocity. Physico-chemical and biological parameters were measured along the Elbe from bridges between Bad Schandau (km 12, Czech-German border) and Lauenburg (km 570, close to Hamburg). A particular scientific focus was on (1) nutrients and eutrophication, (2) composition of dissolved organic matter measured by high-resolution mass spectrometry, (3) greenhouse gas measurements, and (4) micropollutants. This was done during a winter flood event in January, a summer drought in July, and a second smaller flood in September 2024.

Soil chemistry and soil bulk density data from restored grasslands and reference sites in Germany

This dataset provides information on soil chemistry and soil bulk density as part of the Grassworks project, which investigates the restoration of species-rich grasslands in Germany. Grasslands are globally threatened ecosystems, and the project aims to identify factors that contribute to successful restoration, focusing on ecological complexity and stakeholder engagement. Data was collected from 187 grassland sites across three regions in Northern, Central, and Southern Germany, each with distinct socio-economic and ecological characteristics. Sampling occurred between 2022 and 2023 and included 40–41 restored grassland sites and 20–25 reference sites (10–12 positive, 10–13 negative) per region. At each site in March or early April at each vegetation plot per subtransect, we took soil samples (pooled from six soil cores, 20 mm diameter) that were further pooled into one sample per site (24 in total) and analyzed for total soil organic carbon (SOC), total nitrogen content, pH, and soil texture. Additionally, soil bulk density was measured at vegetation plots per site, to enable future assessment of carbon sequestration over time. Soil and bulk density samples were taken at two depths: 0–10 and 10–30 cm.

Mittlere jährliche tatsächliche Evapotranspiration für 1981-2010 (mm/a)

Mittlere jährliche tatsächliche Evapotranspiration (1981-2010) für Schleswig-Holstein in mm/a und mit einer räumlichen Auflösung von 100 m x 100 m. Die tatsächliche Evapotranspiration (auch als „reale Verdunstung“ bezeichnet) ist die Wassermenge, die von einem Pflanzenbestand unter natürlichen Bedingungen an die Atmosphäre abgegeben wird.

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