Sören Iwe

NArrFix – Stickstoff und Argon Messungen zur Quantifizierung der Stickstofffixierung im Oberflächenwasser der Ostsee, DFG SCHM 2503/8-1 und SCHN 582/9-1

Stickstofffixierung durch Cyanobakterien ist ein verbreitetes Phänomen in der zentralen Ostsee und dem Finnischen Meerbusen. Sie tritt vorwiegend im Hochsommer (Juni – August) bei vollständiger DIN (dissolved inorganic nitrogen) Verarmung auf. Der Beitrag zum N-Budget ist erheblich und verstärkt die Eutrophierung der Ostsee. Abschätzungen beziffern den Eintrag auf 300 kt-N/Jahr - 800 kt-N/Jahr und liegen damit in der gleichen Größenordnung wie die Summe aus den Flusseinträgen und der atmosphärischen Deposition. Diese weite Spanne in den Abschätzungen ist auf eine erhebliche zwischenjährliche Variabilität der N₂-Fixierung und auf große Unsicherheiten, die mit den verschiedenen Ansätzen zur Quantifizierung (¹⁵N-Inkubation; N-Budget; pCO₂-Messungen; excess-PO₄) sowie mit der Becken-weiten Extrapolation lokaler Studien verbunden sind. Unser Ansatz beruht auf der großräumigen Erfassung der Abnahme der N₂-Konzentrationen im Oberflächenwasser während einer Cyanobakterien-Blüte sowie ergänzender Ar-Messungen zur Berücksichtigung des N₂-Gasaustauschs mit der Atmosphäre. Die N₂- und Ar-Konzentrationen werden quasi-kontinuierlich ermittelt, indem N₂ und Ar massenspektrometrisch in Luft bestimmt werden, die sich im Gleichgewicht mit dem Oberflächenwasser befindet (GE-MIMS, Gas Equilibrium - Membrane-Inlet Mass Spectrometry). Die Messvorrichtung wird an ein bestehendes Messsystem für die Analyse von Spurengasen (CO₂, CH₄, O₂, N₂O, CO) auf einem „voluntary observation ship“ (VOS, „Finnmaid“) gekoppelt. Dadurch werden die N₂- und Ar-Konzentrationen zwischen der Mecklenburger Bucht und dem Finnischen Meerbusen mit einer zeitlichen Auflösung von 2 – 3 Tagen ermittelt. Zwei intensive Messphasen fanden 2022 und 2023 statt, um die Stickstofffixierung während der Hauptsaison der Cyanobakterien-Blüte (Juni – August) zu quantifizieren. Damit beabsichtigen wir, die Faktoren, die eine Cyanobakterien-Blüte auslösen und möglicherweise limitieren, wie etwa die Temperatur, PO₄-Verfügbarkeit und meteorologische/hydrographische Bedingungen, zu identifizieren. Die gleichzeitigen Aufzeichnungen des pCO₂ mit dem existierenden Messsystem werden genutzt, um eine unabhängige Abschätzung der Biomasse-Produktion der Cyanobakterien und der damit verbundenen N₂-Fixierung vorzunehmen. Es werden zudem durch die Kooperation mit dem Finnish Environment Institute (SYKE, Kooperationspartner: Lumi Haraguchi und Jukka Seppälä) Daten zu den Konzentrationen von Gesamt-N und -P verfügbar sein, die über eine Stickstoffbilanz eine Konsistenzprüfung mit der bestimmten N₂-Fixierung zulassen. Die Integration der für die unmittelbare Oberfläche bestimmten N₂-Fixierung erfolgt mit Hilfe numerischer Modellierung (GETM), durch die nach verschiedenen Kriterien die Tiefe der durchmischten Schicht ermittelt wird (Kooperationspartner: Ulf Gräwe). Für die Extrapolation der N₂-Fixierung auf die Fläche ganzer Becken wird in Kooperation mit der Fernerkundungsgruppe Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH, Kooperationspartner: Eefke van der Lee) der Versuch unternommen, Satelliten-Daten zu nutzen.

Ausgewählte Ergebnisse (nur englisch)