Marine Bioanalytische Chemie

Wattenmeer- Kampagne 2014

Schadstoffe in Sedimenten und an Schwebstoffen im Wattenmeer

Web Probenstationen

Das Wattenmeer ist zentraler Ort für die Sammlung und Weiterverteilung von Sedimenten und Schwebstoffen, die aus den großen Flüssen, den vorgelagerten Seegebieten, der Atmosphäre und aus dem Wattenmeer selbst stammen.

Fundierte Kenntnisse der Herkunft von Material, der Transportprozesse, und der Ablagerung sind sowohl für den Küstenschutz (Anwuchs und Abtrag des Wattenmeers) als auch zur Beurteilung des Qualitätszustandes der Deutschen Nordseeküste (Belastung mit Schadstoffen) von weitreichender Bedeutung.

Im Anschluss an einer Beprobung in der deutschen Nordsee im Rahmen des NOAH-Projektes im Mai 2014 (Heincke Fahrt 422) hat Mitte Juni 2014 eine Beprobung ausgewählter Transekte im deutschen Wattenmeer stattgefunden. Die Proben wurden z.T. direkt von Land aus oder von unserem Forschungsschiff Ludwig Prandtl und mitgeführtem Schlauchboot aus genommen. (Karte)

Der Zeitpunkt der Probennahme und die Auswahl der Probennahmepositionen wurden in Abstimmung mit den Nationalparkämtern Schleswig-Holstein und Niedersachsen erarbeitet. Im Bereich von Norderney wurden die Proben in Zusammenarbeit mit den Spezialisten der Forschungsstelle Küste des NLWKN genommen, die ihr Forschungsschiff Burchana für die Beprobung der hier ausgewählten Zielgebiete bereitstellten.
Zum Zustand der Belastung von Wattsedimenten mit Schwermetallen und chlorierten Kohlenwasserstoffen hat das HZG bereits vor 20 Jahren eine flächendeckende Untersuchung des Wattenmeeres durchgeführt, die deutliche Unterschiede der Belastung bestimmter Zonen zeigte. Eine seit mehreren Jahren laufende Untersuchung in vorgelagerten Seegebieten der Deutschen Bucht zeigt einen deutlich und kontinuierlich abnehmenden Trend der Belastung mit Schadstoffen.

Daraus ergeben sich folgende Fragen:

  • Lassen sich ähnliche Trends im Vergleich zu früheren Wattenmeeruntersuchungen erkennen?
  • Welche Zusammenhänge bestehen zwischen ausgewählten Wattenmeerregionen und definierten Sedimentprovinzen im vorgelagerten Seegebiet?
  • Wie sehen die Verteilungsmuster von Sediment-Inhaltsstoffen in ausgewählten Transekten vom Intertidal des Wattenmeeres bis in das Subtidal der vorgelagerten Meeresgebiete aus?
  • Lassen sich Zusammenhänge erkennen, die mit dem Einfluss externer/interner Quellen, der Nähe zu Seeschifffahrtsstrassen und der regionalspezifischen Morphologie und Hydrodynamik des Untersuchungsgebietes zusammenhängen?
  • Inwieweit können die unterschiedlichen Transportmuster von Weser und Elbe charakterisiert und in ihrem weiteren Einfluss (Wattenmeer, vorgelagerte Seegebiete) identifiziert werden?
  • Zeigen sich Unterschiede in der Isotopie (Charakteristik) ausgewählter Schwermetalle, in den unterschiedlichen Untersuchungsgebieten, und können diese als Tracer für eine Herkunftsbestimmung bzw. für die Erfassung von Transportprozessen herangezogen werden?
  • Welche Rolle spielen „neue“ Schadstoffe in den Untersuchungsgebieten?
  • Welche Rolle spielen Austausch- und Remobilisierungsprozesse in den unterschiedlichen Untersuchungsgebieten?

und, hinsichtlich der Belastung von Organismen:

  • Lassen sich Schadstoff induzierte Effekte an transplantierten Muschelpopulationen an den Standorten Cuxhaven bzw. Helgoland erkennen und durch Inkubationsversuche im Labor verifizieren?

Für eine Untersuchung derartiger Fragestellungen im Wattenmeer ist es notwendig, in möglichst repräsentativer Form, die wichtigsten, sowohl geomorphologisch als auch hydrodynamisch unterschiedlichen Zonen zu erfassen.

Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen einer ersten Pilotstudie folgende Untersuchungsgebiete ausgewählt:

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Wasserprobennahme im vorgelagerten Seegebiet vor Norderney, genommen vom Forschungsschiff "Burchana" (Probe 26) am 25.06.2014

Geschützte Rückseitenwatten in West/Ost Richtung (Ostfriesland) mit vorgelagerten Barriere-Inseln, schmalem Intertidal und hoher Trübung.

Diese Flachwassergebiete mit deutlich erhöhter Trübung (Schwebstofffracht) im Vergleich zum Nordfriesischen Wattenmeer können noch von Sedimenten des Rheins beeinflusst werden. Ihre Nähe zu stark befahrenen Seeschifffahrtsstrassen kann mit einer spezifischen Belastung von Schwebstoffen und Sedimenten verbunden sein.

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Im Schlickwatt des Ästuars der Elbe in der Nähe der Ostemündung (Probe 15) am 15.06.2014

Buchtenwatt mit weit überwiegender Sedimentation feinkörnigen Materials.

Starke, morphologische Veränderungen durch Anwuchs und Abtrag von Sedimenten sind hier nicht gegeben. Der stabile Eintrag feinkörnigen Materials kann aber Belastungseffekte über mehrere Jahre konservieren und in Sedimentarchiven erhalten.

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Kastengreifer zur Sedimentprobennahme im vorgelagerten Seegebiet der Elbe (Probe 18), genommen vom Forschungsschiff "Ludwig Prandtl" am 15.06.14

Ästuarine Watten mit wechselndem Salzgehalt, hoher Exposition und ausgeprägter morphologischer Dynamik im Bereich der Weser und der Elbe.

Das Zusammentreffen von Salz- und Süsswasser verursacht eine besondere Charakteristik der Schwebstoffe. Spezifische Muster der Sedimente und damit ihrer Quelle können identifiziert und in ihrem weiteren Transport verfolgt werden.

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Sedimentprobennahme im Rückseitenwatt bei Langeneß (Probe 3) am 18.06.14, zu erreichen am besten per Schlauchboot

Geschützte (Nordfriesland) und exponierte Watten in Süd/Nord Richtung ohne Barriere-Inseln südlich der Halbinsel Eiderstedt, mit breitem Intertidal und geringer Trübung.

Durch die über weite Strecken ungeschützte Lage sind morphologische Änderungen hier wesentlich stärker ausgeprägt als im westlichen Wattenmeer. Austauschprozesse mit vorgelagerten Seegebieten unterliegen damit auch anderen Bedingungen. Welche besonderen Muster zeigt der Einfluss der Elbe?

Am Beispiel dieser Wattgebiete mit deutlich unterschiedlicher Charakteristik sollen ebenso charakteristische Muster von Sedimenten und Schwebstoffen identifiziert werden, die als Grundlage für weitere, flächendeckende Erhebungen dienen, um Transportprozesse im Wattenmeer und ihre Zusammenhänge/Wechselwirkungen mit Flüssen und vorgelagerten Seegebieten aufzuklären.

Fotogalerie

Persönlicher Bericht Ina Frings

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In einem persönlichen Reisebericht kann man die Eindrücke bei der Probennahme an drei Messpunkten miterleben.

Probennahme Im Watt (3,4 MB)

Der Aufarbeitungsprozess der Proben beinhaltet die Trocknung, Siebung, den Aufschluss und die eigentliche Bestimmung der Elementgehalte mittels ICP-MS.
Wichtige Bezugsgrößen, die für die Bewertung der Elementverteilungen notwendig sind, sind die Verteilung der Partikelkorngrößen und der Anteil organisch gebundenen Kohlenstoffs (TOC). Beide Werte geben Hinweise auf die Schwermetall - Bindungsfähigkeit des zu untersuchenden Materials.
Beispielsweise hat ein Sediment mit einer hohen Feinkornfraktion ein sehr hohes Potential zur Akkumulierung von Schadstoffen.

Probenstationen Toc Fin

Die gemessenen TOC – Gehalte sind an den entsprechenden der Stationen dargestellt (Klicken zum Vergrößern). Allgemein enthalten die meisten Sedimentproben einen zu erwartenden geringen TOC-Wert (unter 1 %) und für einen Großteil der Proben liegt er bei unter 0,1 %.

Korn 1 6

Die Korngrößen werden mittels Laserstreuung gemessen. Diese Methode ermittelt den prozentualen Anteil einer bestimmten Partikelgröße im gesamten Probenvolumen. Diese Kennzahl wird als Q3(x) bezeichnet. Am Beispiel des Transektes Nordfriesland (Stationen 1-6 Klicken zum Vergrößern) erkennt man einen Gradienten von hohen Anteilen an feinkörnigerem Material in Station 1 (küstennah) hin zu grobkörnigeren Partikeln in Station 6 (küstenfern).