Thorium-234 based estimation of residence time of bottom-near particulate matter in the Mecklenburger Bucht .
Final Report Abstract
Die Adsorption des häufig verwendeten Partikeltracers 234Th wurde in Bezug auf die Qualität und die Oberflächengröße natürlich vorkommender Partikel im Meer untersucht. Das Verhältnis von gelöstem zu partikulärem 234Th wird als Vergleichsgröße (logKd) verwendet. Es ergaben sich signifikante Unterschiede zwischen zwei einzelligen Algen-Typen und Cyanobakterien, sowie zu Geschiebemergel. Interessanterweise veränderte sich die gefundene Adsorptionseffektivität signifikant, wenn nicht die Partikelkonzentration, sondern die aktive Oberfläche, die hier erstmalig mit betrachtet wurde, einbezogen wird. Dieses neue Verhältnis (log ASR) verdeutlicht, dass die Oberfläche selbst der entscheidende Faktor ist. Die sehr starke positive Korrelation zwischen logASR und dem POC/234Th Verhältnis verdeutlicht, dass die Einbeziehung der realen Oberflächengröße die auf 234Th basierten Kohlenstoffbilanzen merklich beeinflussen werden. Die Adsorption von 234Th an Kolloide wurde an Modellsubstanzen aus der Klasse der sauren Polysaccharide in Zusammenarbeit mit Prof. Arnosti, Chapel Hill, USA durchgeführt. Die in der Literatur vermutete hohe Adsorption an Kolloide konnte bestätigt werden. Da hier mit Modellsubstanzen (Fucoidan, Chondroitin und Pullulan) gearbeitet wurde, konnten erste Hinweise auf wirksame Adsorptionsstellen für 234Th gefunden werden. Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Adsorption und der Anzahl der Sulfat-Gruppen im Kolloid. Die Hypothese, dass die 234Th Adsorption auch von der Turbulenz abhängig sein könnte, hat sich nicht eindeutig erhärten lassen. In den Freilandversuchen in der Mecklenburger Bucht konnte an sandigen Stationen kein Unterschied gezeigt werden und nur ein geringer Effekt bei der Resuspension siltiger Sedimente mit hohem organischem Gehalt wurde beobachtet. Residenzzeitbestimmungen in der Mecklenburger Bucht ergaben für die Wasser- und Bodenwasserproben ähnliche Werte von wenigen Tagen, wie bereits von benachbarten Stationen berichtet wurde. Überraschend und neu sind die ebenfalls kurzen Residenzzeiten für die obere Sedimentschicht. Das 234Th welches aus der Wassersäule durch sinkende Partikel in Sediment eingetragen wird („excess 234Th“) ist bis in eine Tiefe von 5-7 cm nachzuweisen. Dieser Befund deckt sich mit der Bioturbationstiefe an diesen Stationen, die z.B. über Chlorophyll messbar sind. Während man an den sandigen, permeablen Sedimenten 234Th Residenzzeiten findet, die fast den Residenzzeiten im darüberstehenden Wasser entsprechen, verlängern sich diese in den siltigen Sedimenten. Dies bedeutet, dass in den flacheren sandigen Stationen ein unmittelbarer, fast täglicher Austausch der Partikel zwischen Wasser und Sediment stattfindet, der überwiegend von physikalischen Prozessen bestimmt sein wird. In der tiefer gelegenen Station wird der Partikeltransport durch die Bioturbation der Tiere bestimmt, so dass der benthische Teil der Resuspensionsschleife deutlich langsamer ist.
