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KOSMOS 2023 Helgoland mesocosm study on ocean alkalinity enhancement: phytoplankton and microzooplankton abundance and biomass data

This dataset contains species-resolved phytoplankton and microzooplankton abundance and biomass data from the KOSMOS 2023 Helgoland mesocosm experiment conducted in the coastal waters off Helgoland Island in the North Sea, Germany. The experiment investigated the effects of Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) on plankton communities during the development of a natural spring bloom. Six mesocosms (~6 m³) were subjected to an immediate dilution OAE scenario, establishing an alkalinity enhancement gradient ranging from ΔTA 0 to 1250 µmol kg⁻¹ in increments of 250 µmol kg⁻¹ through calcium-based alkalinity addition. The dataset includes taxonomically resolved phytoplankton and microzooplankton abundance (cells mL⁻¹), carbon biomass (µg C L⁻¹), functional group classifications, and World Register of Marine Species (WoRMS) taxonomic identifiers. Associated carbonate chemistry measurements, including total alkalinity (TA), dissolved inorganic carbon (DIC), pH, fugacity of carbon dioxide (fCO₂), salinity, temperature, and calculated ΔTA values are provided for each sampling event.

Semi-quantitative microplankton analysis at time series station Helgoland Roads, North Sea, in 2020

In order to monitor long-term variability and eventual changes in the planktonic community, a semiquantitative analysis of microplankton based on net sampling is ongoing weekly since 2020 at the Helgoland Roads station, before 9 a.m. The sampling is tightly linked to the LTER Helgoland Roads time series, thus enabling the coupling of species occurrences to the respective hydrochemical and physical conditions in the water column. These long-term data allow to quantify realized niches of frequently occurring microplankton species and to pinpoint rarely occurring species which cannot be detected in the quantitative plankton analysis.

Fossile Faunen und Floren Kretas/Albaniens und ihre stratigraphische und ökologische Bedeutung

Im Anschluss an ältere, vor allem in der zweiten Hälfte der achtziger Jahre durchgeführte Untersuchungen in Griechenland und später Albanien sind einige ergänzende Geländearbeiten mit Kollegen der genannten Länder geplant, wozu alleine Reisemittel beantragt werden. Die biostratigraphisch ungegliederten Plattenkalke des Lefka-Gebirges führen nach Funden auf sekundärer Lagerstätte offensichtlich Fossilien, die im Anstehenden gesucht werden sollen. Die besonders von unserer Arbeitsgruppe gut untersuchten neogenen marinen Schichten Kretas sollen jetzt zusätzlich isotopen-stratigraphisch erfasst werden, wozu eine Mitarbeiterin die Proben nehmen muss. Rezente und fossile Algen-Vermetiden-Riffe Westkretas sind einer ersten Untersuchung unterzogen worden, jedoch fehlt noch eine quantitative Aufnahme bzw. Beprobung. Im Rahmen eines größeren Projektes über die Molassesedimente in der albanischen periadriatischen Depression wird ein Mitarbeiter an ausgewählten Profilen Beprobungen zur Untersuchung des Mikro- bzw. schwerpunktmäßig des Nannoplanktons durchführen und im Rahmen einer Dissertation untersuchen.

Seenforschung: Arbeitsrichtung 'Energie- und Stofffluesse'

Ausnuetzung des Phosphors; Phosphor-Fluesse: Die Biomassensynthese wird in Seen nicht nur durch das Gesamtangebot an Phosphor gesteuert, sondern auch durch intrabiozoenotische Vorgaenge und intrazellulaere Speicherung beeinflusst (kleiner P-Kreislauf). Der Kreislauf ist lange bekannt, doch wurde bisher seiner physiolog. Problematik zu wenig Beachtung geschenkt. Messung und Interpretation der Primaerproduktion auf moderner Grundlage: Die Primaerprod. ist eine Basisstufe der Erzeugung organischer Stoffe. Hier geht es um den Einsatz eines Modells zur Berechnung des Langzeit-Produktionsintegrals zusammen mit Langzeit-Lichtregistrierungen und punktuellen Photosynthese- und Biomassenbestimmungen. Analyse des Zooplanktoneinflusses (Grazin, Predation) auf das Gesamtsystem: Pelagische Biozoenosen (Algenhochprod., Abweiden, Wegfrass der Herbivoren etc.), die nur durch Verschwinden des jeweiligen Opfers begrenzt werden (grosse Fluktuationen). Messungen der Vorgaenge sollen Modellansaetze fuer den Jahresverlauf ermoeglichen.

Warming and acidification effects on planktonic heterotrophic Pico- and Nanoflagellates in a mesocosm experiment

We studied the response of the heterotrophic flagellate (HF) community to the combined impact of warming and ocean acidification in a mesocosm experiment with a plankton community from the western Baltic Sea. We performed a quantitative analysis of the response at the level of total biomass and size classes and a semi-quantitative one at the level of individual taxa. Total biomass of HF was significantly lower under higher temperatures while there was no significant effect of CO2. The mean biomass of the picoflagellates did not respond to temperature while the three nanoflagellate size classes (class limits 3, 5, 8, 15 ?m) responded negatively to warming while not responding to CO2. The taxon-level results indicate that heterotrophic flagellates do not form a homogenous trophic guild, as often assumed in pelagic food web studies. Instead, the heterotrophic flagellates formed a ?food web within the food web?. There was a pronounced succession of flagellates leading from a dominance of bacterivores and colloidal matter feeders before the phytoplankton bloom to omnivorous feeders preying upon phytoplankton and heterotrophic flagellates during and after the bloom. This complex intraguild predation patterns probably dampened the response to experimental treatments.

Semi-quantitative microplankton analysis at time series station Helgoland Roads, North Sea, in 2023

In order to monitor long-term variability and eventual changes in the planktonic community, a semiquantitative analysis of microplankton based on net sampling is ongoing weekly since 2020 at the Helgoland Roads station, before 9 a.m. The sampling is tightly linked to the LTER Helgoland Roads time series, thus enabling the coupling of species occurrences to the respective hydrochemical and physical conditions in the water column. These long-term data allow to quantify realized niches of frequently occurring microplankton species and to pinpoint rarely occurring species which cannot be detected in the quantitative plankton analysis.

Semi-quantitative microplankton analysis at time series station Helgoland Roads, North Sea, in 2021

In order to monitor long-term variability and eventual changes in the planktonic community, a semiquantitative analysis of microplankton based on net sampling is ongoing weekly since 2020 at the Helgoland Roads station, before 9 a.m. The sampling is tightly linked to the LTER Helgoland Roads time series, thus enabling the coupling of species occurrences to the respective hydrochemical and physical conditions in the water column. These long-term data allow to quantify realized niches of frequently occurring microplankton species and to pinpoint rarely occurring species which cannot be detected in the quantitative plankton analysis.

Integration von hochauflösendem Monitoring und merkmalbasierte Modellierung zum Verständnis und zur Prognose von Phytoplankton-Dynamiken (AQUASCOPE)

Die Dynamik von Planktongemeinschaften wird durch Einflussfaktoren, die von unten nach oben (Wasserphysik und Chemie) und von oben nach unten (natürliche Feine) wirken, kontrolliert. Die relative Bedeutung und Richtung dieser Effekte auf die Zusammensetzung der Taxa sowie die relative Abundanz sind in natürlichen Gemeinschaften jedoch nicht hinreichend belegt: Sie variieren in Zeit und Raum und hängen auch von physiologischen und ökologischen Wechselwirkungen ab, die durch verschiedene Merkmale beeinflusst werden. Ziel dieses Projektes ist es, die Auswirkungen interagierender Kontrollen (z.B. Temperatur, Verwirbelung, Nährstoffversorgung, Identität von Weidegängern, Dichte und Beuteauswahl) auf Phytoplankton in Seen innerhalb taxonomischer und größenbasierter Kategorien zu quantifizieren, um merkmalbasierte theoretische und datenbasierte Modelle (neu) zu entwickeln, die eine genaue Prognose zu Veränderungen in Plankton-Nahrungsnetzen und somit von Ökosystemprozessen und -dienstleistungen über Umweltgradienten in Raum und Zeit ermöglichen. Dieses Projekt beinhaltet drei miteinander verbundene Arbeitspakete: 1) Anwendung neuer Methoden für In-situ-Monitoring, 2) Datenanalyse (Erforschung von Mustern, Hypothesenüberprüfung und Analyse von Einflussfaktoren), und 3) merkmalbasierte Modellierung (Entwicklung und Überprüfung von Theorien, Prognosen über Raum und Zeit). Dieses Projekt wird Unterwasseraufnahmen als neues Werkzeug für Forschung und routinemäßiges Monitoring evaluieren. Durch die gewonnenen Daten werden wir mittels merkmalbasierter Rahmenbedingungen in der Lage sein, Konzepte und Theorien in der Gemeinschaftsökologie zu präzisieren, insbesondere darüber, wie Chemie und Physik sowie die Wechselbeziehungen zwischen den Arten die Dynamik von Phytoplanktongemeinschaften über Zeit und Raum beeinflussen können. Das quantitative Verständnis von Einflussfaktoren und Mechanismen, die in der Gemeinschaft die Struktur und Abundanz steuern, wird uns Prognosen über Veränderungen in der Biodiversität von Plankton über Umweltgradienten und Algenblüten ermöglichen.

Limnologische Untersuchungen der Baggerseen Haltern Ost und Haltern West

Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.

Modellierung der Freisetzung, Dispersion und des Verbleibs von nanopartikulärem Titandioxid aus Sonnenschutzmitteln in Badeseen

Titandioxid-Nanopartikel (n-TiO2) stellen aufgrund ihrer Persistenz und vermehrten Freisetzung aus Sonnenschutzmitteln ein zunehmendes Risiko für aquatische Ökosysteme dar. Ihre Auswirkungen sind jedoch nach wie vor schwer abzuschätzen, da einerseits erst kürzlich Analysemethoden zur Bestimmung ihrer Konzentration in Umweltmedien entwickelt wurden. Andererseits ist ihr Verbleib in aquatischen Systemen nur unzureichend erforscht. Insbesondere die Verteilung zwischen der Wasseroberfläche (SML), Wassersäule, Sedimenten, Pflanzen und Plankton hängt von Prozessen ab, die einzeln in Laborexperimenten untersucht, aber selten unter Umweltbedingungen bewertet wurden. Darüber hinaus wurde die Rolle des Windes bei der Dispersion von Nanopartikeln in der SML bisher nicht untersucht, obwohl Winddrift wahrscheinlich wesentlich zur räumlichen Dispersion von hydrophobem n-TiO2 beiträgt. In diesem Projekt untersuchen wir die Verteilung von n-TiO2 in einem typischen Badesee mittels Feldmessungen, Laborexperimenten und eines reaktiven Transportmodells. Wir werden den Eintrag von Sonnenschutzmitteln anhand von Umfragen und Proben unter den Badegästen quantifizieren und die Abwaschrate von Sonnenschutzmitteln von der Haut unter Feldbedingungen bestimmen. Die Menge an n-TiO2 in der Wasserphase, an der Wasseroberfläche (hydrophobe Filme) und in aquatischen Organismen wird mit einer neu entwickelten Methode bestimmt, die auf Spurenelementen beruht, um den natürlichen TiO2-Hintergrund zu korrigieren. Es wird eine Probenahmekampagne mit hoher Messfrequenz durchgeführt, um empirische Daten über die Ausbreitungsrate aufgrund von Konvektion und Winddrift zu erhalten. Die Akkumulation von anthropogenen n-TiO2 im Sediment wird ebenfalls durch Messungen der Konzentration vor und nach der Badesaison bestimmt. Die gewonnenen Daten werden für die Entwicklung, Prüfung und Optimierung von Verteilungsmodellen verwendet, die die räumliche Ausbreitung zusammen mit den Eigenschaften der Nanopartikeln und der Wasserchemie berücksichtigen. Zur Bestimmung der für das Modell erforderlichen Parameter werden Laborexperimente durchgeführt. Die Haftungseffizienz wird mit n-TiO2 bestimmt, dass aus Sonnenschutzmitteln extrahiert und auf natürliche Weise in Seewasser aufgebracht wurde. Surrogate für natürliche Kolloide werden auf der Grundlage einer detaillierten Untersuchung im Untersuchungssee ausgewählt und als Heteroaggregationspartner in den Laborexperimenten verwendet. Um den Einfluss des Windes auf die SML zu parametrisieren, werden Mesokosmen-Experimente durchgeführt, um die Stabilität von Sonnencreme-SML unter kontrollierten aero- und hydrodynamischen Bedingungen zu quantifizieren. Die Ergebnisse werden es erstmalig ermöglichen, die wichtigsten Prozesse zu bestimmen, die für den Verbleib von n-TiO2 aus Sonnenschutzmitteln in Badegewässern relevant sind, und die zukünftige ökologische Risikobewertung anorganischer UV-Filter in Sonnenschutzmitteln ermöglichen.

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