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Adaptation mechanisms of Antarctic phytoplankton to persistent iron limitation
No full textLow iron concentrations limit growth of Antarctic phytoplankton throughout the year. Results from the European Iron Fertilization Experiment (EIFEX) showed that large, chain forming diatoms were the main beneficiaries of iron fertilization. However, it was demonstrated for the first time that small diatoms benefited from increased iron availability as well. Laboratory experiments showed that light limitation of Southern Ocean diatoms may be less common than hitherto suggested. Further, iron and silicate co-limitation in Chaetoceros dichaeta resulted in distinct frustule malformation that would likely decrease grazing protection of this species in the field. Decreases in the elemental Si : C, Si : N, and Si : P ratios of diatoms under high iron concentrations were caused by different mechanisms instead of solely by the assumed decreased silicification. Additionally, it was demonstrated for the first time that Southern Ocean diatoms are able to use volcanic ash as an iron source and increase chlorophyll concentrations and photosynthetic efficiency significantly
Physiologische Untersuchungen parameterinduzierter Adaptionsantworten von Nannochloropsis salina in turbidostatischen Prozessen und deren biotechnologischer Potentiale
No full textAlle Ergebnisse dieser Arbeit stammen aus Kultivierungen der Mikroalge Nannochloropsis salina (SAG 40.85) und wurden durch den Einsatz eines turbidostatisch geregelten Photobioreaktors generiert. Diese Art der Kulturführung ermöglicht es, spezifische Effekte einzelner Umweltparameter unter Konstanthaltung anderer beeinflussender Faktoren aufzuklären und stellt einen entscheidenden Vorteil einer kontinuierlichen gegenüber einer diskontinuierlichen Prozessführung dar. Im Wesentlichen wurde der Einfluss der Parameter Nährstoffverfügbarkeit (Nitrat, Phosphat) und Temperatur sowie eine Kombination aus beiden Parametern mit dem Schwerpunkt auf Fettsäuren sowie auf Wachstumsraten, Pigmente, Fluoreszenzen und -Tocopherol experimentell ermittelt. Dabei wurden zum einen die zeitlichen Verläufe und zum anderen die Endergebnisse gegenübergestellt. Hierbei zeigte sich, dass maximale Wachstumsraten und Pigmentkonzentrationen bei N. salina im Vollmedium bei einer Temperatur von 26 °C erzielt werden. Ausgehend von diesen optimierten Wachstumsbedingungen übt eine Nitratlimitierung einen stärkeren Einfluss auf die Wachstumsrate und die Pigmentkonzentrationen aus als eine Phosphatlimitierung oder eine Temperaturänderung oberhalb oder unterhalb dieser optimalen Wachstumstemperatur. Die photochemische Effizienz wird dagegen kaum beeinträchtigt, wenn nur ein Umweltparameter (Nitratmangel oder Temperatur) als Stressor wirkt. Erst eine Kombination beider Stressoren wirkt sich negativ auf die photochemische Effizienz aus. Die in einem turbidostatischen Prozess mit einem relativ hohen Licht/Zelle-Verhältnis generierten a-Tocopherolkonzentrationen zeigen relativ niedrige Werte mit nur marginalen Unterschieden zwischen den Nitrat-, Phosphat- sowie Temperaturexperimenten. Geeignete Voraussetzungen für eine hohe Tocopherolkonzentration in der Zelle wären z.B. ein geringes Licht/Zelle-Verhältnis und stationäre Wachstumsraten bzw. alternde Kulturen. Für die Fettsäureexperimente mit N. salina unter turbidostatischen Bedingungen gilt, dass eine Nitratlimitierung den zellulären TFA-Gehalt und eine volle Nitratversorgung den zellulären EPA-Gehalt begünstigt. Darüber hinaus können diese schon relativ hohen EPA- und TFA-Konzentrationen durch den zusätzlichen Einsatz niedriger Temperaturen gesteigert werden. Die Untersuchungen bei Phosphatmangel jedoch ergeben, dass dieser weder einen negativen noch positiven Einfluss auf die TFA- oder EPA-Konzentration in N. salina hat. Die höchsten Produktivitäten von TFA und EPA werden maßgeblich durch eine ausgewogene Nährstoffversorgung und Temperaturen unterhalb von 21 °C (TFA) bzw. Temperaturen zwischen 21 °C und 26 °C (EPA) erzielt. Aufgrund dieser Produktivitätspotentiale und ihrer physiologischen Eigenschaft, hohe TFA- und EPA-Konzentrationen in der Zelle zu akkumulieren, ist die Mikroalge N. salina ein ausgesprochen empfehlenswerter Kandidat für eine Produktion im Großmaßstab
Modelling of sediment dynamics in the Dithmarschen Bight, German North Sea Coast
No full textThe main concern throughout this thesis is the development of a numerical sediment transport model for an area in the German North Sea coast exhibiting a complex-bathymetry which is subject to a prevailing semi-diurnal tidal forcing (mean tidal range of about 3.2m) in the tidal channels and a combined wave-current influence on the shallower tidal flats and sand banks. The construction of the sediment model evolved from an initial condition based on the formulae for the sediment dynamics of non-cohesive particles in which sediment and morphological input parameters were set constant in space and time. Subsequently, in order to improve the performance of this model a combined analysis of cohesive and non-cohesive sediment dynamics is carried out. The improved sediment model is further enriched by means of spatial and temporal refinement of relevant input parameters, namely: a) Spatial distribution of grain sizes. A functional relationship between grain sizes, orbital velocities and relative wave height is proposed and successfully validated in the study area by means of comparisons between predicted and observed grain sizes. b) Spatial and temporal variation of bedforms and equivalent roughness sizes. An existent methodology extensively used and validated for uniform, steady flows [Van Rijn, 1993] is adapted for unsteady tidal flows. Measurements of bedform heights and lengths along the main tidal channels of the study area corroborate the validity of this approach. c) Sediment availability. Areas in the deepest parts of the tidal channels, where layers of highly consolidated materials have outcropped, are included into the model through the reduction of the sediment supply at the bed-flow interface. d) Seasonal variation of cohesive sediment properties. The non-stationary character of the driving gravitational force affects the temporal behavior of several parameters through the neap-spring cycle. Interpolation and extrapolation techniques based on two well calibrated conditions at neap and spring stages are used to define some parameters such as: critical shear stress(erosion-deposition), settling velocity, fraction of cohesive content and erosion rate coefficient at any flow stage under calm weather conditions. The final sediment transport model including all aspects mentioned above, rendered an overall improvement in the model performance of about 50%. Comparisons between predicted and observed suspended sediment concentrations for five independent datasets at different stages in the neap-spring cycle resulted in RMAE values ranging from 0.42 to 0.53. The difficulty in measuring suspended concentrations in the field as stated by several authors, underlines the accuracy of the results obtained through this sediment transport model.Das Hauptanliegen dieser Arbeit ist die Entwicklung eines numerischen Sedimenttransportmodells im Bereich der Deutschen Nordseeküste. Es besitzt eine komplexe Bathymetrie und unteliegt in den Prielen überwiegend halbtägigen Gezeiten (mittlerer Tidenhub von etwa 3,2m). Die flachen Wattbereiche sind durch eine Kombination von Wellen- und Strömungseinfluss gekennzeichnet. Die Ausgangsbedingungen des Sedimentmodells basieren auf der Sedimentdynamik nicht-kohäsiver Partikel und nehmen räumlich und zeitlich konstante sedimentologische und morphologische Eingabeparameter an. Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Modells wird eine Kombinationsanalyse unter Berücksichtigung von kohäsiven und nicht-kohäsiven Sedimentdynamiken durchgeführt. Das optimierte Sedimentmodell wird weiterhin durch die räumliche und zeitliche Verfeinerung relevanter Eingabeparameter verbessert, und zwar: a) Räumliche Verteilung von Korngrößen. Es wird eine funktionale Beziehung zwischen Korngrößen, Orbitalgeschwindigkeiten und relativen Wellenhöhen angenommen und erfolgreich validiert, indem prognostizierte und beobachtete Korngrößen verglichen werden. b) Räumliche und zeitliche Variationen von Bodenformen und äquivalenten Rauheiten. Eine bereits bestehende Methode, welche weitgehede Anwendung findet und für gleichförmige und stationäre Strömung validiert ist [Van Rijn, 1993], wird für instationäre Gezeitenströmungen angepasst. Messungen von Bodenformenhöhen und –längen entlang der Hauptpriele im Untersuchungsgebiet bestätigen die Validität dieses Ansatzes. c) Sedimentverfügbarkeit. Flächen in den tiefsten Bereichen der Priele, in denen Lagen von stark konsolidiertem Material freiliegen, werden durch eine Verminderung der Sedimentverfügbarkeit an der Boden-Wassersäule Grenze in dem Modell berücksichtigt. d) Saisonale Variationen von Kohäsionseigenschaften. Der ortsveränderliche Charakter der Schwerkraft als Antriebskraft beeinflusst das zeitliche Verhalten einiger Parameter während des Nipp-Springtide Zykluses. Für zwei gut kalibrierte Bedingungen während des Nipp-Springtide Zykluses werden Interpolations- und Extrapolationstechniken angewendet, um diese Parameter zu definieren. Hierzu gehören: die kritische Schubspannung (Erosion, Deposition), die Sinkgeschwindigkeit, der Anteil an kohäsivem Material und die Erosionsrate unter jeglichem Fließstadium bei ruhigen Wetterbedingungen. Das endgültige Sedimenttransportmodell, welches alle der oben genannten Aspekte einbezieht, erreichte eine Gesamtverbesserung der Modellleistung um etwa 50%. Vergleiche zwischen prognostizierten und beobachteten suspendierten Sedimentkonzentrationen für fünf unabhängige Datensätze zu verschiedenen Zeitpukten im Nipp-Springtide Zyklus, ergaben RMAE-Werte von 0,42 bis 0,53. Die Ergebnisse des Sedimenttransportmodells können, in Anbetracht der Schwierigkeiten, die von vielen Autoren bei der Feldmessung von suspendierten Sedimentkonzentrationen beschrieben wurden, als relativ genau bezeichnet werden
Extended cost benefit analysis of present and future use of Indonesian coral reefs
No full textCoral reefs has played a significant role in coastal ecosystems and economics in Indonesia. The Government of Indonesia has released regulations and applied projects to manage coral reefs since 1978. Programs and actions to help coral reefs management have been carried out by national and international NGOs since early 1990s. Unfortunately, destructive fishing practices were still continued and have increased since economic crisis in 1997. The aims of this paper are to describe the reasons of destructive fishing practices and to analysis the implementation of better fishing methods. The study shows that the lack of integrated programs among government agencies has led to the open access property right of coral reefs. The improvement of coral reefs uses can be implemented if de facto open access of property right of coral reefs is changed to the more responsible and acceptable common property right. The fishermen and fish traders, coral collectors and coral traders, and tourism operators in certain coral reefs area can be integrated in one institution to share the use rights and responsibilities of coral reefs. This strategy must be followed by redefinition of working mechanisms among institutions involved in coral reefs management
North Sea Region Climate Change Assessment
No full textAtmospheric Sciences; Marine & Freshwater Sciences; Environmental Managemen
Effects of enrichment on nutrient dynamics, phytoplankton dynamics and productivity in Indonesian tropical waters: A comparison between Jakarta Bay, Lampung Bay and Semangka Bay
No full textSix seasonal measuring campaigns were performed in the period December 2000 to December 2001 in order to investigate the effects of anthropogenic nutrient enrichment on the seasonal dynamics of phytoplankton biomass and production in 3 Indonesian embayments subjected to a different degree of anthropogenic pressure. Jakarta Bay receives the highest riverine nutrient load (21260 t DIN/y), when compared to those of Lampung (5003 t DIN/y) and Semangka Bay (1378 t DIN/y). These high loads resulted in high concentrations of dissolved nitrogen, phosphate and silicate in the bay, with annual averages of 20 µM N, 5 µM P and 45 µM Si. In keeping with this, mean levels of chl-a and annual primary production were considerably higher than in the two other bays under investigation, accounting for 13 µg/l and 223 g C m^2 y^-1, respectively. Lampung Bay exhibited mean chl-a levels of 4 µg/l and an annual primary production of 89 g C m^2 y-1, whereas in the less nutrified Semangka Bay they were only 0.8 µg/l and 25 g C m^2 y^-1. The phytoplankton community was dominated by diatoms in all of the bays. The occurrence of dinoflagellates, chlorophyceae and cyanophyceae was mainly restricted to the river mouths and their surrounding waters. Evaluation of the trophic state (Marine Trophic Index TRIX) revealed that Jakarta Bay was the most eutrophied system, followed by Lampung and Semangka Bay. However, within each bay, distinct areas with different trophic levels could be distinguished, being highest near the coast. In total, spatial variability of parameters were much more pronounced than temporal variability, which is in keeping with the moderate meteorological fluctuations typical for tropical regions
The study of bedforms and equivalent roughness sizes in the Central Dithmarschen Bight
No full textThe bedforms and equivalent roughness sizes in tidal channels of the Central Dithmarschen Bight on the basis of field measurements and numerical modeling are studied. Side scan sonar and echo sounder were employed to acquire bedform dimensions, while acoustic profilers were used to measure current velocities. The equivalent roughness size is estimated on the basis of best fit line of velocities in the bottom boundary layer. The obtained bedform dimensions and flow conditions are used to check existing equations for estimation of bedform dimensions and equivalent roughness sizes. Numerical model simulations are also carried out in conjunction with modified equations to develop maps of bedforms and equivalent roughness sizes in the study area. In general, the empirical equations are able to predict bedform dimensions and equivalent roughness sizes in shallow areas
Plankton Dynamics and Distributionin the Eastern Mediterranean Sea
No full textThe similarities and differences in phytoplankton response to anthropogenic nutrient enrichment were studied in an open system (North Aegean Sea) and a coastal site of Saronikos gulf and in the Eastern Mediterranean. Although by physico-chemical parameters two different environments have been compared, the two regions exhibited similar features. The analysis of the data provides information on the contribution of each size class to the total autotrophic biomass and how nutrients and hydrographical variability of the water column affects the picophytoplankton assemblage composition. Phytoplankton size structure depends on a variety of factors, which ultimately are controlled by hydrodynamics of the system (Riegman et al., 1993). In general, the food web structure is also dependent on the nutrient availability. At low nutrient concentration, the picophytoplankton is supposed to be the relatively most important group, whereas under extensive nutrient supply larger size fractions dominate the phytoplankton. These larger organisms can be eaten directly by the mesozooplankton, which is the main component of the diet of the planktivorous fish. Picophytoplankton is not directly consumed by the mesozooplankton but is mainly consumed by protists. Some authors have pointed out that stability-instability conditions in the water column play a major role in controlling phytoplankton size structure. On one hand, hydrodynamical forcing controls nutrient supply to the euphotic layer. High nutrient concentrations cause an increase in the biomass and primary production of larger phytoplankton (Chisholm, 1992; Agawin et al., 2000). On the other hand, water column stability determines the size-differential residence time of phytoplankton cells within the euphotic layer, either favouring large-sized phytoplankton losses by passive sinking or accumulating them through the effect of vertical motion (Margalef, 1985; Malone, 1980; Rodrigues et al., 2001)
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