Wochenbericht AL–483, 06.08. – 12.08.201

Schmale, Oliver

Wochenbericht AL–483, 13.08. – 19.08.201

OceanRep

Wochenbericht AL–483, 13.08. – 19.08.2016  Nachdem sich die Wetterverhältnisse besserten, setzten wir die Untersuchungen der Wassersäule entlang des geplanten Transekts fort. Die Wettervorhersage für die kommenden Tage war aber weiterhin durchwachsen, so dass wir beschlossen, den Transekt zu verkürzen und vom westlichen Gotlandbecken (Landsorttief) über die nördliche Route in Richtung östliches Gotlandbecken (Gotlandtief) zu fahren. Wie bereits auf den zuvor angefahrenen Stationen beprobten wir hochaufgelöst die oberen 70 m der Wassersäule und untersuchten die Methanverteilung, nahmen Proben zur Bestimmung der mikrobiologischen Gemeinschaft und Charakterisierung der Planktonzusammensetzung. Das Gotlandtief erreichten wir am 12.8. gegen Mittag. Wie bereits auf dem Hinweg konnten wir auch zu diesem späteren Zeitpunkt eine auffällig hohe Methankonzentration unterhalb der Thermokline ausmachen. Durch den Einsatz des Echolots EK60 war es uns möglich eine Zooplanktonanreicherung in dem Bereich des Methanmaximums zu lokalisieren und das Migrationsverhalten der Copepoden über den Tagesverlauf zu verfolgen. Neben der Untersuchung der Zooplankton-assoziierten Methanproduktion nutzen wir die Stationszeit, um den Einfluss von Methylphosphonsäure auf die Methanproduktion in der Ostsee zu beleuchten. Dafür wurden Proben aus verschiedenen Wassertiefen mit unterschiedlichen Methylphosphonsäure- konzentrationen über mehrere Tage inkubiert, und die Methankonzentrationsverläufe über den Zeitraum ermittelt. Zur Bestimmung des Methylphosphonsäureverbrauchs in den Ansätzen, wurden Unterproben entnommen, die nach der Fahrt am IOW analysiert werden. Erste Ergebnisse aus den Methanmessungen an Bord weisen darauf hin, dass insbesondere in der durchmischten oberen Schicht, die einen hohen Chlorophyll a-Wert aufweist, eine nahezu vollständige Umsetzung von Methylphosphonsäure zu Methan stattfindet.  Abb. 1: Probenahme am Wasserkranzschöpfer zur Bestimmung der Methankonzentration und zum Ansetzen der Inkubationen zum Methylphosphonsäureumsatzes. Wegen des schlechter werdenden Wetters in der zentralen Ostsee trafen wir in der Nacht vom 12.8. auf den 13.8. die Entscheidung auf der östlichen Seite Gotlands (nahe Slite) Schutz zu suchen. Am 14.8. kehrten wir bei besserem Wetter zurück und setzen unsere Arbeiten im Gotlandtief fort. Unter anderem nutzten wir den verhältnismäßig ruhigen Tag für den Einsatz des Frahmlots zur Sedimentbeprobung. Die Kerne wurden von unseren Göttinger Kollegen beprobt. Diese Proben und weitere aus Planktonnetzen und Filtern werden von ihnen auf ihren organischen Inhalt hin untersucht. Die in den Copepoden und ihrer Nahrung enthaltenen Substanzen sollen als Biomarker genutzt werden, um Hinweise auf die spezifische Nahrungszusammensetzung der Methan produzierenden Copepodenarten zu liefern (Fettsäureprofile; Lipide vs. Kohlehydrate vs. Proteine). In Ergänzung zu den molekularbiologischen Untersuchungen, die im Projekt ZOOM durchgeführt werden, sollen an Dünnschnitten der Tiere auch Analysen mit abbildender Massenspektrometrie (Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie) durchgeführt werden, die es ermöglichen, spezifische Lipide methanogener Archaea zu lokalisieren. Zudem werden Untersuchungen an den Oberflächensedimenten des Gotlandtiefs durchgeführt, um Hinweise auf die Rolle des Zooplanktons beim Export organischen Materials aus den produktiven Wasserschichten des Gotland-Tiefs zu gewinnen. Aufgrund wiederkehrenden schlechten Wetters am 15.8. beschlossen wir in Ventspils einzulaufen, um hier mikroskopische Arbeiten am Plankton durchzuführen und unsere Inkubationen zur Zooplankton-assoziierten Methanproduktion fortzusetzen. Probenmaterial zu diesen Ansätzen konnten wir vom Gotlandtief in den Hafen von Ventspils in gutem Zustand überführen. Erst am Morgen des 18.8. waren die Wetterverhältnisse in der zentralen Ostsee so stabil, dass ein Auslaufen aus Ventspils sinnvoll war. Wir kehrten zum Gotlandtief zurück und trafen planmäßig auf das IOW Forschungsschiff Elisabeth Mann Borgese. Die von Bord der Elisabeth Mann Borgese durchgeführten ozeanographischen Untersuchungen der Wassersäule ermöglichen es, den Methanfluss von der subthermoklinen Methananreicherung an die Meeresoberfläche abzuschätzen. Profilierende Arbeiten mit einem am IOW neuentwickelten Methansensor sollen die auf der Alkor durchgeführten diskreten Probenahmen über den Wasserkranzschöpfer ergänzen und feinskalige Konzentrationsverläufe auflösen. Die Wetterprognosen für die kommenden Tage stimmen und hoffnungsvoll. Wir werden diese günstigen Bedingungen nutzen, um gezielte Untersuchungen zur Parametrisierung der Zooplankton-assoziierten Methanproduktion durchzuführen. Dank exzellenter Verpflegung und hervorragender Unterstützung durch den Kapitän und Crew sind alle Fahrtteilnehmer wohlauf und bei bester Stimmung. Im Namen aller Fahrtteilnehmer grüßt Oliver Schmale 

2. Wochenbericht AL483

Wochenbericht AL–483, 06.08. – 12.08.2016  Methan ist ein bedeutendes Treibhausgas, das einen starken Einfluss auf die Klimaentwicklung der Erde nimmt. Das Wissen um die verschiedenen Methanquellen und das Ausmaß ihres tatsächlichen Einflusses auf die Atmosphäre ist zurzeit jedoch noch äußerst lückenhaft. Am 6. August 2016 startete unter Leitung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) ein Expeditionsteam, um erstmals systematisch zu untersuchen, unter welchen Bedingungen bestimmte, mitunter sehr häufig auftretende Copepoden und ihre mikrobielle Darmflora einen Beitrag zur atmosphärisch wirksamen Methanproduktion leisten. Die geplanten Untersuchungen sind Teil eines durch die DFG geförderten Projekts (ZOOM – ZOOplankton assoziierte Methanproduktion). Frühere Untersuchungen zur Methanverteilung im Oberflächenwasser der Ostsee konnten bereits zeigen, dass unterhalb der Thermokline auffällig hohe Methankonzentrationen vorkommen können. Besonders in der zentralen Ostsee (östliches Gotlandbecken) scheint die Methananomalie regelmäßig in den Sommermonaten aufzutreten. Das Phänomen kennt man auch aus anderen Meeren als „Ozeanische Methan-Paradoxie“, da es für diese Methananreicherungen bislang noch keine eindeutige Erklärung gibt. Für den Bereich der Ostsee konnten Wissenschaftler des IOW nachweisen, dass die Wassertiefe, in der das Methan akkumuliert, mit der Tiefe übereinstimmt, in der die Dichte an Zooplankton auffällig hoch ist. Diese Korrelation lässt uns vermuten, dass Zooplankton-getriebene Stoffumsätze (Plankton-Grazing) bei der Methanproduktion im sauerstoffreichen Bereich der Wassersäule einen Beitrag leisten. Um dies zu klären arbeiten im Projekt ZOOM die Fachgebiete Methanchemie, Mikrobiologie und Zooplanktologie eng zusammen. Im Detail werden die folgenden Schlüsselfragen bearbeitet: (1) Ist die subthermokline Methananomalie ein verbreitetes Phänomen in der Ostsee und können wir saisonale und regionale Unterschiede in ihrer Ausprägung identifizieren? (2) Besitzt die Zooplankton-assoziierte Methanproduktion das Potential die beobachtete Methananomalie auszubilden und wie beeinflussen Copepodenarten und Umweltbedingungen (wie die Nahrungszusammensetzung) die Methanproduktion? (3) Welche methanogenen Mikroorganismen sind in die subthermokline Methanproduktion im Copepoden-Darm und ihren Kotpillen involviert und lassen sich Unterschiede der beteiligten methanogenen Gemeinschaften und deren Aktivität ausmachen? Im ersten Abschnitt der Expedition untersuchen die Wissenschaftler die Methanverteilung entlang eines Transekts bestehend aus 10 Stationen, der am südlichen Bereich des östlichen Gotlandbeckens startet und im Landsorttief (westliches Gotlandbecken) endet. Flankiert werden diese Untersuchungen durch Probenahmen, zur Beschreibung der mikrobiellen Gemeinschaft in der Wassersäule und Charakterisierung der Planktonzusammensetzung. Erste Auswertungen können bereits zeigen, dass sich die subthermoklinen Methankonzentrationen im westlichen Gotlandbecken wieder deutlich vom Umgebungswasser abheben. Die Abb. 1 zeigt ein Copepoden-„Konzentrat“ mit hunderten Individuen, v.a. der Art Temora longicornis. Diese Art wird auch für die Methanproduktion unterhalb der Thermokline verantwortlich gemacht und bei den an Bord durchgeführten 14C-Fütterungsexperimenten eingesetzt. In den lichtarmen und kühleren Bereichen unterhalb der Thermokline wird das Mikroplankton von Dinoflagellaten der Gattung Dinophysis dominiert. Diese rot pigmentierten Einzeller ernähren sich teils heterotroph und bilden wahrscheinlich eine wichtige Nahrungsgrundlage für Temora.   Abb. 1: Dominanz von Copepoden im Zooplankton. Die Individuen sind um 0.5 mm lang.  Aufgrund schwieriger Wetterbedingungen mussten die Untersuchungen entlang des Transekts leider am Montag den 8.8. abgebrochen werden. Schutz fand die Alkor vor der schwedischen Insel Gotska Sandön am nördlichen Zipfel von Gotland. Am Donnerstag den 11.8. konnten die Untersuchungen im Landsorttief fortgesetzt werden. Die Stimmung an Bord ist trotz der schwierigen Wetterbedingungen sehr gut und wir sehen auch der nächsten Woche mit großen Erwartungen entgegen! Mit den besten Grüßen von der Alkor Oliver Schmale und alle Fahrtteilnehmer 

1. Wochenbericht AL483

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