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Biogeochemische Prozesse in sandigen Strandsedimenten von Spiekeroog und Majorca

Wellen- und tidebeeinflusste sandige Strände machen einen Großteil der weltweiten Küstenlinie aus und spielen eine wichtige Rolle für Kohlenstoff-, Nährstoff- und Metallkreisläufe. Während Flut strömt Meerwasser in den Sedimentkörper, ebenso wird organisches Material eingetragen. Im Sediment wird dieses von Mikroorganismen abgebaut, sodass bei Ebbe an Nährstoffen angereichertes Wasser zurück in den Küstenozean strömt, wo die rezirkulierten Nährstoffe zur Primärproduktion genutzt werden. Durch mikrobielle Abbauprozesse entwickeln sich Redoxgradienten, die den Porenwasser-Chemismus prägen. Strände können sich außerdem in einer Mischzone zwischen süßem Grundwasser und Salzwasser befinden (subterranes Ästuar), sodass Salinitätsgradienten die Sediment-Porenwasser-Interaktion beeinflussen. Süßwasser ist zudem eine Quelle für terrestrische gelöste Stoffe. Um die globale Rolle von Strandsystemen in Bezug auf Kohlenstoff-, Nährstoff- und Metallzyklen verstehen zu können, ist es notwendig, biogeochemische Prozesse in Strandsedimenten detailliert und an verschiedenen Stränden weltweit zu untersuchen. Da in diesem Forschungsbereich nur wenige Studien existieren und insbesondere die Quellen- oder Senkenfunktion dieser Systeme bezüglich redoxsensitiver Metalle noch weitgehend unbekannt ist, wird dieses Projekt einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Metallzyklen in solchen Systemen liefern. Wir planen, biogeochemische Prozesse in den subterranen Ästuaren von zwei kontrastierenden Strandsystemen auf den Inseln Spiekeroog (NW Deutschland, mesotidal, siliziklastisch) und Mallorca (Spanien, mikrotidal, carbonatisch) zu untersuchen. Es sollen Hauptionen, DOC, O2, H2S, Nährstoffe (N, P, C, Si) und Spurenmetalle (Mn, Fe, U, Mo, V, Re) sowie Fe-Isotopenverhältnisse im Strandporenwasser analysiert werden. Wir planen ebenfalls die Sedimentzusammensetzung zu charakterisieren, da diese die Porenwasserzusammensetzung maßgeblich beeinflusst. An beiden Standorten sollen Transekte zwischen Düne und Niedrigwasserlinie bis in 5 m (Spiekeroog) bzw. 2 m (Mallorca) Tiefe hochaufgelöst beprobt werden. Der Fokus des Projekts liegt darin, Redox- und Salinitätsgradienten zu identifizieren sowie deren Auswirkungen auf die Porenwasserzusammensetzung zu interpretieren. Hydrochemische Modellierung anhand der erhobenen Daten soll zu einem besseren Verständnis der Effekte der Mischung von Grundwässern unterschiedlicher Zusammensetzung beitragen. Es sollen quantitative Aussagen zur Quellen- oder Senkenfunktion der Strände bezüglich essentieller Nährstoffe und redoxsensitiver Metalle erarbeitet werden. Fe-Isotopenverhältnisse dienen dazu, das limitierte Wissen über den Fe-Kreislauf in subterranen Ästuaren zu erweitern und die Fe-Isotopensignatur des Porenwasserflusses aus diesen Systemen besser zu definieren. Weiterhin wird diese Studie eine solide Datenbasis für die Modellierung des Porenwasser-Austroms von einzelnen Elementspezies aus permeablen Sedimenten in den Küstenozean liefern.

Messstelle SPIEKEROOG, NORDSEE

Messstelle betrieben von STANDORT EMDEN.

Oceanographic data of Time Series Station Spiekeroog for 2024

The Time Series Station Spiekeroog (TSS) was setup in 2002, in the tidal inlet between the East Frisian Islands of Langeoog and Spiekeroog in the Southern German Bight, at position 53°45′01.0″ N, 007°40′16.3″ E. The aim was to ensure the continuous measurement of physical, biological, chemical and meteorological parameters, even under extreme weather conditions such as storms, ice, and storm surges. The TSS was financed as part of the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) research unit BioGeoChemistry of Tidal Flats and the Ministry for Science and Culture of the Land of Lower Saxony (MWK). Here, sea level, water temperature and conductivity were measured in the year 2024. All raw data were revised and corrected for steps as range, outliers and stationarity checks. Water temperature and conductivity were measured in five different depths (4 m, 5.5 m, 7.5 m, 9.5 m, 11.5 m below MSL). Due to marine biofouling at the sensors and accompanying drift of instruments, the measured water temperature and conductivity data were corrected via linear regression by using reference data. As the water column in this region is well mixed and the water depth of the measurements varies with the tide, data from all five depths were averaged and referenced to a water depth of 4 m. Absolute salinity was derived from conductivity, temperature and pressure data according to TEOS 10. Data were smoothed and a quality flag was assigned for water temperature and salinity. The quality flags refer to the standard for data quality control of SeaDataNet https://www.seadatanet.org/ (0 = raw data, 1 = good data, 2 = probably good data, 3 = questionable data). A detailed description of the Time Series Station Spiekeroog, its structure and instrumentation can be found in Zielinski et al. (2022) and in Reuter et al. (2009).

Turbulenzgesteuerte sedimentäre Prozesse entlang eines hydrodynamischen Gradienten im Ostfriesischen Wattenmeer: Labor- und Geländeuntersuchungen

Dieses Forschungsvorhaben soll in Zusammenarbeit mit der Abteilung Meeresforschung des Forschungsinstitutes Senckenberg, mit Hilfe methodisch neuer sedimenthydraulischer Messungen einen Beitrag zum Grundlagenverständnis des Stoffhaushaltes im System Wattenmeer leisten und physikalische Eingangsparameter und Grenzwerte für den Beginn von Erosion und Sedimenttransport für die Modellierung dieser Küstenzone liefern. In der beabsichtigten Kombination von Labor- und Feldmessungen sollen jene hydraulischen Grenzzustände erfasst werden, in deren Bereich das Watt den weitgehend stabilen Zustand verlässt. Weiterführende und hierauf aufbauende Modelluntersuchungen werden dem geplanten Sonderforschungsbereich 1739 an der Universität Oldenburg vorbehalten. Der Einsatz der Turbulenzsonde (ADV, Acoustic Doppler Velocimeter, Fa. SONTEC) bietet zum ersten Mal die Möglichkeit, sohlnahe turbulente Strömungen im Labor und im Gelände quantitativ und standardisiert zu erfassen. Im Marburger Strömungs- und Wellenkanal sollen zunächst an natürlichen, aber sterilisierten Wattsedimenten die Wechselwirkungen zwischen dem Turbulenzmuster in der bodennahen Strömung unter einfachen monochromatischen Wellen und dem Sediment untersucht werden. Zugleich soll damit das Messverfahren kalibriert und standardisiert werden. In einem zweiten Schritt soll vergleichend über unterschiedlichen, auch kohäsiven und biogenen fixierten natürlichen Sedimenten der kritische Strömungszustand beim Bewegungsbeginn erfasst werden. In sechs aus dem Rückseitenwatt der Nordsee-Insel Spiekeroog ausgewählten und bereits eingemessenen Meßfeldern mit für den Ablagerungsraum typischen faziellen Mustern wird unter verschiedenen Strömungs- und Wellenbedingungen (Ebb- und Flutstrom, verschiedene Wassertiefen, Seegang, Wellenklima) die ADV-Sonde für dreidimensionale Strömungsmessungen eingesetzt. Parallel zu den bodennahen turbulenten Strömungsverhältnissen soll das Einsetzen von Erosion und Suspensionsentwicklung aufgezeichnet werden. Der Einfluss von Mikroorganismen auf Textur und Stabilität der Sedimentoberfläche soll parallel zu den Messungen verfolgt werden.

Meteorological data of Time Series Station Spiekeroog for 2024

The Time Series Station Spiekeroog (TSS) was setup in 2002, in the tidal inlet between the East Frisian Islands of Langeoog and Spiekeroog in the Southern German Bight, at position 53°45′01.0″ N, 007°40′16.3″ E. The aim was to ensure the continuous measurement of physical, biological, chemical and meteorological parameters, even under extreme weather conditions such as storms, ice, and storm surges. The TSS was financed as part of the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) research unit BioGeoChemistry of Tidal Flats and the Ministry for Science and Culture of the Land of Lower Saxony (MWK). Here, air temperature, air pressure, relative humidity, wind speed and wind direction were measured in the year 2024. All raw data were revised and corrected for steps as range, outliers and stationarity checks. A detailed description of the Time Series Station Spiekeroog, its structure and instrumentation can be found in Zielinski et al. (2022) and in Reuter et al. (2009).

Genese und Klassifikation von kalkfreien, initialen Roh- und Klei- oder Brackmarschen

In diesem Forschungsvorhaben wird eine umfassende pedologische Untersuchung der initialen Marschböden Spiekeroogs vorgeschlagen. Zum einen soll der Frage nachgegangen werden, welche Prozesse die von der Regel abweichenden Merkmale in diesen Böden hervorrufen. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse sollen darüber hinaus weitere Erkenntnisse zu ehemaligen Bildungsbedingungen von Marschböden erzielt werden. Denn auch für die Brackmarschen kann ein relativ langsamer Sedimentzuwachs angenommen werden und somit im Gegensatz zu den bisherigen Auffassungen (Müller, 1954; Brümmer, 1968; Giani, 1983) eine Entwicklung aus kalkhaltigen Sedimenten, die aber bereits in der geo-pedogenen Phase entkalkten. Neben neuen Aspekten und Kenntnissen in der Diskussion über die Marschengenese werden wesentlich verbesserte Vorschläge zur Klassifikation erwartet.

Konzepte zur Sanierung konventioneller Munitionsaltlasten in Nord- und Ostsee, Vorhaben: Gesundheitseffekte von Sprengstoff typischen Verbindungen auf marine Modellorganismen

Environmental and DOM FTICRMS data for Spiekeroog Beach

This dataset was acquired to investigate the sources and sinks of dissolved organic matter in a high-energy beach subterranean estuary on Spiekeroog Island, German North Sea. The North Beach sampling location is approximately at 53°46'45N, 7°42'40E. Data were collected during a total of five sampling campaigns in the period of September 2016 - September 2019, spanning over all four seasons. The samples collected were from beach porewaters, seawater, and groundwater from the islands' freshwater lens. Pore water samples were collected with push-point lances (10-100 cm depth), seawater samples with bottles in the surf zone, and groundwater samples from inland monitoring wells (4-40 m depth). Samples were filtered onsite and preserved for storage (acidification for dissolved organic carbon, dissolved organic nitrogen, and trace metals, and poisoning with HgCl2 for dissolved nutrients). In situ data were collected, including temperature, salinity, oxygen concentrations (instrument: WTW Multi 3430), and humic-like fluorescent DOM (instrument: Turner Aquafluor). Laboratory analyses were conducted within a week of sampling and included spectrophotometry for nutrients, ICP-OES for trace metals, and TOC-VCPH analysis for DOC and TDN. Acidified subsamples were desalted and concentrated by solid-phase extraction, then analyzed on via ultra-high resolution Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR-MS on a 15T Bruker solariX XR.

Tiefenkarten Langeoog-Spiekeroog

Für lebendige Wasserstraßen. Tiefenatlas BWaStr Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes Nordsee- Ostfriesische Küstengewässer Bereich Langeoog/ Spiekeroog Accumer Ee/Accumersieler Balje/Langeooger Wattfahrwasser/Otzumer Balje/Schillbalje/Hullbalje/Harlesieler Wattfahrwasser Erfassungszeitraum: 01.01.2024- 31.12.2025 Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes - WSA Ems-Nordsee - Herausgeber:Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Ems-Nordsee Ausgabe:10.06.2025 Grundlage:Digitale Bundeswasserstraßenkarte 1 : 2000 Nutzungsbedingungen:Datenlizenz Deutschland – Zero – Version 2.0

Sturmflutsaison: Sturmtief Zoltan sorgt für Dünenabbrüche auf den Inseln

Norden . Die aktuelle winterliche Sturmflutsaison gestaltet sich bisher lebhaft. Nach Sturmtief Niklas Ende November verursachte Sturmtief Zoltan rund um Weihnachten weitere Schäden an den Sandkörpern auf den Ostfriesischen Inseln. Über Details informierte der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) jetzt im Rahmen einer Bestandsaufnahme zu den Auswirkungen der Sturmfluten auf die Küstenschutzanlagen. Die vergangenen Weihnachtsfeiertage waren von extremen Wetterereignissen geprägt. Während das Binnenland von Hochwasser heimgesucht wurde, verursachte das Sturmtief Zoltan zwei leichte und eine schwere Sturmflut, die nicht ohne Folgen blieben. Entstandene Sandverluste an den Schutzdünen, Verschleißkörpern und Sandfangmaßnahmen wurden nach vorläufiger Beruhigung der Wetterlage jetzt im Rahmen einer Erstbegutachtung durch die Mitarbeitenden der NLWKN-Betriebshöfe aufgenommen. „Auf fast allen Ostfriesischen Inseln kam es zu Abtragungen“, erläutert NLWKN-Geschäftsbereichsleiterin Betrieb und Unterhaltung , Anja Lorenz. Am Festland hat das Teekaufkommen an den landeseigenen Deich mit 45.000 Kubikmeter bereits jetzt die Mengen des gesamten Winterhalbjahres 2021/22 erreicht. „Die landeseigenen Deichen und massiven Schutzbauwerke haben die Stürme ohne sicherheitsrelevante Schäden überstanden“, so Lorenz. „Die Klimakrise ist längst an der Küste angekommen – der steigende Meeresspiegel, den wir durch ein erhöhtes Vorsorgemaß von einem Meter bereits jetzt berücksichtigen, wird uns zusätzlich fordern“, sagt Niedersachsens Umweltminister Christian Meyer. „Die Folgen der letzten Sturmfluten unterstreichen noch einmal, wie wichtig es war, die Mittel für den Schutz unserer Inseln und Küste in diesem Jahr auf rund 80 Millionen Euro zu erhöhen. Wir müssen vorsorgend mehr in Küstenschutz und Klimaschutz investieren, um die Menschen und ihr Hab und Gut auf den Inseln und am Festland auch zukünftig verlässlich zu schützen.“ Auf den Inseln, wo nicht zuletzt Schutzdünen vor den Kräften der Nordsee schützen, haben die Stürme dagegen sichtbare Spuren hinterlassen: Im östlichen Abschnitt der Kobbedünen auf der Insel Borkum sind Schutzdünenabbrüche von rund fünf Metern zu verzeichnen. Auf der Nachbarinsel Juist kam es auf Höhe des Billpolders an den Schutzdünen zu Abbruchraten von bis zu elf Metern. „Der im Jahr 2022 vom NLWKN verstärkte Schutzdünenabschnitt auf Norderney im Bereich Kugelbake hat weitere Dünenabbrüche von ungefähr sechs Metern Tiefe erfahren. Hier hat sich bewährt, dass durch die Verstärkung der zweite Riegel der Schutzdüne geschlossen wurde, der den Sturmflutschutz voll gewährleistet“, erklärt Prof. Frank Thorenz, Leiter der NLWKN-Betriebsstelle Norden, die für den Schutz der Inseln zuständig ist. Auf Baltrum konnten nur leichte Dünenabbrüche festgestellt werden. Allerdings kam es auf Langeoog zu deutlichen Verlusten an dem 2022 aufgespülten Verschleißkörper vor der Schutzdüne am Pirolatal. „Dieser hat sich bewährt, da die eigentliche Schutzdüne wirksam geschützt wurde“, erläutert Thorenz. Auf Spiekeroog sorgte Zoltan an der Böschung des im letzten Jahr verstärkten Verschleißkörpers an den Süderdünen für Abbrüche. An den auf Wangerooge besonders im Blickpunkt stehenden Nordostdünen sind die hier vorhandenen Verschleißkörper durch die jüngsten Sturmfluten auf einer Länge von 500 Metern und fünf Metern Abbruchtiefe weitgehend erodiert. Auch an der Harlehörndüne im Südwesten der Insel sind auf Grund der hohen Wasserstände im mittleren und südlichen Abschnitt auf 500 Metern Länge Abbrüche von ca. fünf Metern Tiefe aufgetreten. Auf fast allen Ostfriesischen Inseln wurden zudem teils erhebliche Verluste an Sandfangzäunen festgestellt. Diese kommen auf den Inseln zum Einsatz, um aus dem Sandflug Sandkörper zum Schutz der Dünen aufzubauen. „Insgesamt sind durch das Sturmtief Zoltan wegen der höheren Wasserstände deutlich größere Inselbereiche betroffen als Sturmtief Niklas Ende November. Eine akute Gefährdungslage besteht auf keiner der sieben Inseln, allerdings sind auf Langeoog und Wangerooge Maßnahmen zur Verstärkung der Dünen erforderlich, die wir auf Basis unserer Analysen der Strand- und Dünensituation für derartige Sturmflutereignisse erwarten haben und jetzt als naturbasierte Maßnahmen vorbereiten“, führt Thorenz aus. Darüber hinaus werden die Sandfangzäune durch den NLWKN wiederaufgebaut, um Sandvorräte für die Folgejahre mit den Kräften der Natur zu schaffen.

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