Planktologische und hydrographisch-chemische Untersuchungen in der Eckernförder Bucht (westliche Ostsee) während und nach der Vereisung im extrem kalten Winter 1962/1963

Abstract

In the winter 1962/1963 the „Eckernförder Bucht“ (a fjord of the western Baltic Sea) and the Kieler Bucht (Kiel Bay) were ice-covered during more than two months. In this period, five sample series in 2.5 m intervals were taken in the outer Eckernförder Bucht beneath the ice layer (thickness 20 to 35 cm); two further series were collected after the ice had disappeared. Chemical and physical measurements of water and seston properties as well as quantitative phytoplankton counts were carried out. Seston and plankton decreased during the period of ice covering. Turbidity clouds were found in medium depths. A brown coloured layer consisting of pennate diatoms was found attached to the subsurface of the ice during February and March, obviously consuming the soluble phosphate of the topmost water layer. Light measurements underneath snow-covered ice revealed that the compensation depth lays as deep as 2.5 m at noon. Plankton counts were very low and showed smallChaetoceras sp. and pennate diatoms to be dominant, the latter probably having detached from the ice. In the bottom water the main biomass consisted of peridinians, especiallyCeratium tripos. Soon after nutrient-rich, low-salinity and highly turbid water, melted from snow and ice, appeared beneath the ice layer, a plankton bloom was found within the uppermost 1 to 2 meters on 13th of March. This bloom consisted mainly of the diatomsAchnanthes taeniata andDetonula confervacea. At this time, more favourable growth conditions were observed than after the disappearance of the ice, due to the vertical density gradient, which presumably caused a lower sinking rate, allowing the diatoms to use light and the favourable nutrient conditions beneath the ice layer. On 28th of March, three days after the ice had broken up, the diatom bloom had depleted the phosphate content at 2.5 m depth. The re-occurrence of wind turbulence, as well as sinking processes, distributed the phytoplankton in the now unstratified water column during the next week. Wind turbulence appeared to be the limiting factor for the now reduced increase in cell concentration within the euphotic layer. At this time,Achnanthes taeniata increased to more than 80% of the total phytoplankton biomass. This diatom previously was not reported to cause spring blooms in the western Baltic likeSkeletonema costatum and several species ofChaetoceras. The zooplankton, consisting of copepods and nauplii, increased from 640 individuals per m³ on 5th of February to 1420/m³ on 1st of March during the ice covering, but declined during the diatom bloom to 340/m³ on 28th of March. The significance of diatoms attached to the subsurface of the ice for primary production is discussed in the light of pertinent literature.

Zusammenfassung

1. Im extremen Eiswinter 1962/1963 waren die Eckernförder Bucht und die ganze Kieler Bucht über 2 Monate eisbedeckt. In der äußeren Eckernförder Bucht wurden ab Ende Januar 1963 fünfmal Probenserien in 2,5 m Vertikalabstand unter der 20 bis 35 cm dicken Eisdecke genommen und zweimal nach dem Eisgang wiederholt. Chemische und physikalische Messungen der Wasser- und Sestoneigenschaften sowie quantitative Phytoplanktonzählungen wurden durchgeführt.

2. Seston- und Phytoplanktongehalt des Wassers nahmen nach dem Beginn der Vereisung dauernd ab. Trübungswolken wurden in mittleren Tiefen beobachtet. An der Unterseite der Eisdecke wurde im Februar und März eine braune Schicht festsitzender, pennater Diatomeen entdeckt, deren Phosphat-Zehrung eine lebhafte Photosynthese vermuten ließ. Beleuchtungsmessungen unter dem Eis ergaben eine Kompensationstiefe von 2,5 m zur Mittagszeit. Das wenige Plankton bestand bis zum 5. Februar aus kleinenChaetoceras-Arten und pennaten Diatomeen, die sich wahrscheinlich vom Eis abgelöst hatten und bei den späteren Proben das Phytoplankton zahlenmäßig beherrschten. Große Peridineen, besondersCeratium tripos, bildeten meist den Hauptanteil der Biomasse vor allem im Bodenwasser, wo sie häufiger waren.

3. Als am 13. März der Schnee auf dem Eis geschmolzen war und sehr nährstoffreiches, salzarmes und stark getrübtes Schmelzwasser unter das Eis sickerte, begann rasch eine Planktonblüte in den obersten 1 bis 2 m. Daran waren ganz überwiegend die DiatomeenAchnanthes taeniata undDetonula confervacea beteiligt. Es herrschten jetzt günstigere Wachstumsbedingungen als später nach dem Verschwinden des Eises, da der Zufluß des Schmelzwassers eine Stabilisierung der obersten Meter der Wassersäule durch Ausbildung eines vertikalen Dichtegradienten bewirkte. Das Plankton wurde dadurch am raschen Absinken gehindert und länger in der euphotischen Zone exponiert, so daß es das Licht- und Nährstoffangebot gut nutzen konnte.

4. Am 28. März, nach dem Eisgang, hatte die Diatomeenblüte den Phosphatvorrat in 2,5 m bereits verbraucht. Die nun wieder wirksame Windturbulenz verteilte zusammen mit Absinkvorgängen bis zum 8. April das Plankton bei fehlender haliner Schichtung in der ganzen Wassersäule und stellte den begrenzenden Faktor für den geringen Zuwachs der Zellkonzentration in der euphotischen Schicht dar. Der Anteil vonAchnanthes taeniata nahm bis meist über 80% der Biomasse zu. Diese Diatomee wird sonst nicht als Massenform im Frühjahrsplankton der westlichen Ostsee beobachtet. Sie erhielt durch die besonderen hydrographisch-chemischen Bedingungen nach der Vereisung offenbar einen ökologischen Vorteil gegenüber den sonst blütebildenden Diatomeen wieSkeletonema undChaetoceras sp.

5. Das Zooplankton bestand fast ausschließlich aus Copepoden und Nauplien, deren Anzahl während der Vereisung von 640/m³ am 5. Februar auf mindestens 1420/m³ am 1. März anstieg, während der Phytoplanktonentfaltung aber auf 340/m³ am 28. März abnahm.

6. Die Bedeutung der an der Unterseite der Eisdecke festsitzenden Diatomeen für die Primärproduktion der eisbedeckten Eckernförder Bucht wird durch Vergleich mit Literaturangaben über Algen im Polareis diskutiert.