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Carbonate chemistry parameters calculated from measured pH, total alkalinity, salinity and temperature in the alkalization mesocosms of a chronic Ostrea edulis alkalinity-enhancement exposure experiment

This dataset contains calculated carbonate chemistry parameters, including the concentrations of dissolved CO2, HCO3-, CO32- and dissolved inorganic carbon, the fugacity and partial pressure of CO2 and the saturation states of aragonite (Ωarag) and calcite (Ωcalc), for the alkalization mesocosms. Values were calculated from pH, total alkalinity, salinity and temperature measured between 17 April and 19 June 2024, using the seacarb package (Orr et al., 2018) in R (V. 4.3.2). Measured pH values, which refer to the NBS scale, were first converted to the total scale using the total proton activity coefficient fH of Takahashi et al. (1982), lowering pH by 0.12 to 0.13 units across the measured salinity and temperature range. Calculations used the carbonic acid dissociation constants of Lueker et al. (2000), the bisulfate dissociation constant of Dickson (1990), the hydrogen fluoride constant of Perez & Fraga (1987), total boron after Uppström (1974) and the aragonite and calcite solubility products of Mucci (1983), all evaluated at in situ temperature and salinity. The conversion from the NBS to the total scale carries a residual uncertainty of about 0.01 to 0.02 pH units, because the liquid junction potential between the dilute calibration buffers and seawater is not fully captured by fH. This propagates to an uncertainty of roughly 5 to 15 % in calculated pCO2 and a correspondingly smaller uncertainty in the saturation states.

Total suspended matter, particulate organic matter and particulate inorganic matter from discrete water samples during RV MARIA S MERIAN cruise MSM129/1

This dataset was collected during the cruise MSM129/1 with RV MARIA S. MERIAN from Warnemünde, Germany to St. John's, Canada. It contains suspended particulate matter, particulate organic matter and particulate inorganic matter measurements [mg/l] from water samples collected from the seawater supply (Reinseewassersystem, RSWS) to calibrate the turbidity data of the RSWS system. The outflow of a PocketFerrybox that was connected to the seawater supply in the hangar was used for sampling. It takes a substantial amount of time for the water to reach the hanger from the intake point. The time delay between the sensor readings of the RSWS and the PocketFerrybox was determined and the timestamps of the water sampling were adjusted accordingly. Given latitute and longitude refer to this corrected timestamp. The original time of water sampling in the hangar is given as an additional column with the comment time of sampling. To obtain suspended particulate matter concentrations, water samples were filtered onboard through 0.7 μm pore size, glass fiber filters (Whatmann GF/F, 47 mm) under low vacuum. Filters were frozen immediately at -80 °C until gravimetric analysis in the laboratory at ICBM, Wilhelmshaven according to IOCCG recommendations.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Teilprojekt: Zuordnung von Verantwortlichkeit für durch Gletscher verursachte, regionale Meeresspiegeländerungen

Abschmelzende Gletscher liefern einen von drei Hauptbeiträgen zum globalen Meeresspiegelanstieg, zusammen mit der Wärmeausdehnung des Meereswassers und den Massenverlusten der Eisschilde in Grönland und der Antarktis. Im 20. Jahrhundert waren sie sehr wahrscheinlich die Hauptursache des Meeresspiegelanstiegs. In den kommenden Jahrhunderten wird der Massenverlust von Grönland und der Antarktis signifikant steigen, während der Gletscherbeitrag durch ihre relativ geringe Größe begrenzt wird. Dieser Anteil wird im 21. Jahrhundert jedoch beträchtlich und über die nächsten mindestens 300 Jahre nicht unbedeutend bleiben. Ein anthropogener Beitrag zur Gletscherschmelze ist in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts eindeutig feststellbar, und in den vergangenen Jahrzehnten sind anthropogene zu den Hauptursachen der Gletscherschmelze geworden. Die Reaktion der Gletscher auf Treibhausgasemissionen hängt jedoch von der zeitlichen Abfolge der Emissionen ab. Das zentrale Ziel des beantragten Projekts ist es, die Zuordnung von Verantwortlichkeiten für durch Gletscher verursachte, regionale Meeresspiegeländerungen zu spezifischen Emissionspfaden der Vergangenheit zu ermöglichen. Im Einzelnen werden wir- die Klimasensitivität der globalen Gletschermasse unter Berücksichtigung ihrer Abhängigkeit vom Grundzustand des Klimasystems quantifizieren;- die räumliche Verteilung dieser Sensitivität berechnen, wobei zwischen verschiedenen Strahlungsantriebsmechanismen unterschieden wird (d. h. CO2 und andere langlebige Treibhausgase, Aerosole und Landnutzungsänderung);- regionale Meeresspiegeländerungen ermitteln, die durch die Reaktion der Gletscher auf den Strahlungsantrieb des Klimasystems verursacht werden, wieder mit Unterscheidung verschiedener Mechanismen;- die Informationen über regionale Meeresspiegelmuster mit bestimmten realen, historischen Emissionspfaden (z. B. denen individueller Länder) verbinden, um Verantwortlichkeiten für durch Geltscher verursachte regionale Meeresspiegeländerungen Verursachern zuzuordnen;- die zeitliche Entwicklung von durch Gletscher verursachter Meeresspiegeländerungen ermitteln, die von einem bestimmten Emissionspfad verursacht wurden;- den Ansatz validieren durch Anwendung des globalen Gesamtstrahlungsantriebs, um entsprechende globale Gletschermassenverluste zu rekonstruieren, sowie durch Vergleiche mit Beobachtungsdaten von Gletschern. Mithilfe dieser Schritte wird es uns beispielsweise möglich, Fragen wie die folgenden zu beantworten:- Wie gestaltet sich die Verantwortlichkeit Deutschlands - angesichts seines historischen Emissionspfades - für durch Gletscher verursachte Meeresspiegeländerungen in Indonesien?- Wie viel dieser Meeresspiegeländerungen ist bereits erfolgt, und wie war der zeitliche Ablauf?- Wie viel Meeresspiegeländerung wird in Zukunft erfolgen, und wie wird zeitliche Ablauf sein?- Was sind die Unsicherheiten bei dieser Zuordnung von Verantwortlichkeit?

Vegetation-corrected plant-wax reconstruction of precipitation δ²H at Rotsee, Switzerland, over the past 12.9 ka

This dataset contains a vegetation-corrected reconstruction of the hydrogen isotope composition of precipitation (δ2Hprc) from sediment core ROT21, collected from Rotsee in central Switzerland in October 2021. The record covers 0.0567–12.8696 ka BP and comprises 63 observations reported with sediment depth and calibrated age. Reconstructed δ2Hprc values were calculated from measured n-C29 alkane δ2H values. Changes in the relative contributions of grasses and woody plants were accounted for using the relative abundances of long-chain n-alkanes and vegetation-specific apparent hydrogen isotope fractionation factors derived from a compilation of modern European plant-wax measurements. Uncertainty was propagated using 10,000 Monte Carlo simulations per sample; the dataset reports the central reconstructed values and the lower and upper limits of the 68% confidence interval in per mil relative to Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW). The reconstruction was produced to separate variation in precipitation isotope composition from changes in sedimentary plant-wax δ2H caused by shifts in vegetation. The vegetation correction and uncertainty propagation were implemented using the R scripts by Santos (2026) archived at Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.18694984); the development repository is available at https://github.com/RicardoANSantos/Rotsee_d2Hprc. The underlying measured plant-wax data are archived in PANGAEA under doi:10.1594/PANGAEA.987812, and the complete methodology is described by Santos et al. (2026).

Stabile Isotope mit Barium und Cadmium als Tracer für Kohlenstoffexport, Remineralisierungsstärke und Diagenese nach Deposition in der Peruanischen Sauerstoffminimumzone

Sauerstoffminimumzonen (SMZs) sind mit den Auftriebsgebieten der östlichen Kontinentalränder assoziiert. In diesen wichtigen Wirtschaftsgebieten fördert der intensive Auftrieb von nährstoffreichem Tiefenwasser eine hohe Primärproduktion im Oberflächenozean und unterstützt dadurch mehr als 50% der weltweiten Fischerei. Als Folge des Klimawandels wird eine vertikale Ausdehnung und Intensivierung von SMZs prognostiziert, da sich in wärmeren Gewässern weniger Sauerstoff auflöst und eine stärkere Schichtung des Ozeans die Sauerstoffzufuhr zum Ozeaninneren verringert. Diese Veränderungen der SMZs beschränken Fischlebensräume unmittelbar auf die oberen Wasserschichten der Meere, erhöhen das Risiko des Überfischens und können zu künftigen Massensterben in Küstenökosystemen führen. Die Variabilität von SMZs beeinflusst auch die Nährstoffverfügbarkeit für den Oberflächenozean und den von ihm unterstützten marinen Kohlenstoffkreislauf. Jedoch sind die genauen Mechanismen dafür nicht vollständig entschlüsselt. Rückschlüsse darüber, wie marine Kohlenstoff- und biogeochemische Zyklen auf den zukünftigen Sauerstoffverlust in Ozeanen reagieren, kann man gewinnen, indem man erfasst, wie Nährstoffzufuhr und Meeresumwelt auf vergangene Änderungen der SMZ-Intensitäten reagiert haben. In dieser vorgeschlagenen Studie werde ich zwei neuartige Proxys verwenden: stabile Cadmium (Cd) - und Barium (Ba)-Isotope von der peruanischen SMZ um 1) einzugrenzen welche Prozesse die Produktivität des Oberflächenozeanes und die Remineralisierung innerhalb der SMZs beeinflussen, und 2) herauszufinden wie die zukünftige Sauerstoffabnahme der Ozeane den globalen Kohlenstoffkreislauf beeinflussen wird. Sowohl gelöste Cd- als auch Ba-Isotope sind im Meerwasser eng mit biologischen Prozessen und der Wassermassenmischung gekoppelt. In marinen Sedimenten werden Cd- und Ba-Isotope auch durch die authigene Ausfällung dieser Elemente und die Diagenese nach der Ablagerung beeinflusst, wohingegen das Ausmaß der Isotopenfraktionierung während dieser Prozesse bislang kaum quantifiziert wurde. Ich werde Cd- und Ba-Isotopenverhältnisse im Meerwasser, in sinkenden Partikeln, Sedimenten und Porenwasser messen, um deren Isotopenfraktionierungseffekte während verschiedener biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse einzugrenzen. Mit diesen Ergebnissen werde ich die Quellen und Senken quantifizieren, die beide Isotopensysteme im modernen Ozean fraktionieren, und einschätzen, wie sich die Diagenese nach der Ablagerung auf die Fraktionierung von Cd- und Ba-Isotopen auswirkt. Das ultimative Ziel dieser vorgeschlagenen Arbeit ist die Entwicklung sedimentärer Cd- und Ba-Isotope als verlässliche Proxys für vergangene Änderungen der Exportproduktion und der Remineralisierungsstärke.

Oyster mortality and physicochemical parameters in the exposure mesocosms of a chronic Ostrea edulis alkalinity-enhancement exposure experiment

This dataset contains oyster mortality records and the main physicochemical parameters monitored in the exposure mesocosms, the tanks holding 60 oysters per treatment (unamended control, dissolved alkalinity addition with NaOH and CaCl2 at +250 or +500 µmol/kg, and olivine-based coastal enhanced silicate weathering at +250 or +500 µmol/kg). Mortality is reported as the number of oysters alive, the interval and cumulative number of oysters found dead, and the relative cumulative mortality (a proportion of the initial 60 individuals per tank). Physicochemical parameters include water temperature, dissolved oxygen, conductivity, salinity, total chlorophyll a, suspended particulate matter and ammonia concentration. Measurements span 17 April to 10 July 2024, covering the alkalinization period and the subsequent 63-day chronic exposure. Water temperature, oxygen and conductivity/salinity were recorded with a multi-probe (Xylem Analytics Germany). Total chlorophyll a was measured by fluorescence on unfiltered seawater with a bbe fluorimeter. Suspended particulate matter was determined gravimetrically from filtered seawater. Ammonia was quantified fluorometrically with a microplate reader assay kit.

Seawater carbonate chemistry and physiological performance parameters of Carcinus maenas under respective incubation conditions

Ocean acidification causes an accumulation of CO2 in marine organisms and leads to shifts in acid-base parameters. Acid-base regulation in gill breathers involves a net increase of internal bicarbonate levels through transmembrane ion exchange with the surrounding water. Successful maintenance of body fluid pH depends on the functional capacity of ion-exchange mechanisms and associated energy budget. For a detailed understanding of the dependence of acid-base regulation on water parameters, we investigated the physiological responses of the shore crab Carcinus maenas to 4 weeks of ocean acidification [OA, P(CO2)w = 1800 µatm], at variable water bicarbonate levels, paralleled by changes in water pH. Cardiovascular performance was determined together with extra-(pHe) and intracellular pH (pHi), oxygen consumption, haemolymph CO2 parameters, and ion composition. High water P(CO2) caused haemolymph P(CO2) to rise, but pHe and pHi remained constant due to increased haemolymph and cellular [HCO3-]. This process was effective even under reduced seawater pH and bicarbonate concentrations. While extracellular cation concentrations increased throughout, anion levels remained constant or decreased. Despite similar levels of haemolymph pH and ion concentrations under OA, metabolic rates, and haemolymph flow were significantly depressed by 40 and 30%, respectively, when OA was combined with reduced seawater [HCO3-] and pH. Our findings suggest an influence of water bicarbonate levels on metabolic rates as well as on correlations between blood flow and pHe. This previously unknown phenomenon should direct attention to pathways of acid-base regulation and their potential feedback on whole-animal energy demand, in relation with changing seawater carbonate parameters.

Surface seawater carbonate chemistry, nutrients and phytoplankton community composition on a transect between North Sea and Arctic Ocean, 2008

This data was collected during the 'ICE CHASER' cruise from the southern North Sea to the Arctic (Svalbard) in July-Aug 2008. This data consists of coccolithophore abundance, calcification and primary production rates, carbonate chemistry parameters and ancillary data of macronutrients, chlorophyll-a, average mixed layer irradiance, daily irradiance above the sea surface, euphotic and mixed layer depth, temperature and salinity.

Hydrogeologische Übersichtskarte von Niedersachsen 1 : 200 000 - Versalzung des Grundwassers

Die Karte zeigt die mögliche Grundwasserversalzung im Maßstab 1:200 000. Süßwassererfüllte Grundwasserleiter sind in Niedersachsen nur bis zu einer Tiefe von maximal 300 m anzutreffen. Ihr Vorkommen ist auf die Bereiche beschränkt, in denen ein ständiger Wasseraustausch durch versickerndes Niederschlagswasser erfolgt (Zone des aktiven Wasseraustausches). Darunter ist eine zunehmende Versalzung des Grundwassers zu beobachten (Zone des verzögerten Wasseraustausches). In größeren Tiefen schließt sich ein Bereich mit weitgehend stagnierendem Grundwasser an. Der enge Zusammenhang zwischen Süßwasservorkommen und aktivem Wasseraustausch macht die Grundwasserdynamik zu einem zentralen Kriterium bei der Bewertung der Nutzbarkeit der Grundwasserleiter sowie auch bei der Abgrenzung von Grundwasserkörpern. Die Tiefenlage der versalzten Wässer, dass heißt, der Tiefgang des aktiven Wasseraustausches, wird wesentlich durch die hydraulischen Eigenschaften der Gesteinsschichten und das Potenzial der durchflossenen Süßwasserkörper gesteuert. Sie variiert demzufolge sehr stark. In großflächigen Vorflutbereichen ( z.B. Elbe-, Weser-, und Allerniederung), in denen der hydrostatische Druck infolge des Übertrittes großer Grundwassermengen in die Vorfluter abrupt abgebaut wird, können großräumige Druckgefälle auftreten, die ein Aufdringen von tiefen versalzten Wässern bis in den oberflächennahen Grundwasserbereich bewirken ( Binnenländische Versalzung ). Die Versalzungsbereiche im Tiefengrundwasser sind oft an die in den älteren Untergrund eingeschnittenen quartären Schmelzwasserrinnen gebunden. Die Tiefenlage der Versalzung liegt dort in einem Niveau, in dem außerhalb der Rinnen keine Grundwasserleiter mehr ausgebildet sind. Im Binnenland sind ferner rund 400 km2 als Grundwasserversalzungsbereiche einzustufen, die durch Ablaugungsvorgänge an hoch liegenden Salzstöcken verursacht sind ( Salzstockablaugung, Subrosion, vgl. Salzstrukturen Norddeutschlands 1 : 500 000, © BGR, 2008). An der Nordseeküste ist als Folge des allgemeinen Meeresspiegelanstieges nach der letzten Eiszeit auf breiter Front Meerwasser in die binnenländischen Grundwasserleiter eingedrungen ( Küstenversalzung ), wobei das in ihnen befindliche Süßwasser verdrängt wurde. Betroffen von dieser Art der Grundwasserversalzung ist ein bis zu 20 km breiter, insgesamt 2500 km2 großer Küstenstreifen, der somit für die Grundwassernutzung weitgehend ausfällt. Nur auf den Küsteninseln haben sich unter den Dünengebieten durch versickernde Niederschläge Süßwasserlinsen gebildet, die in begrenztem Umfang eine Trinkwasserförderung erlauben. Insgesamt sind in Niedersachsen Gebiete mit einer Gesamtfläche von rd. 6500 km2 von Grundwasserversalzungen betroffen, die dort eine Grundwassernutzung erschweren oder unmöglich machen. Zur Abgrenzung der Gebiete mit versalztem Grundwasser wurden die Ergebnisse von Wasseranalysen, geoelektrischen Sondierungen und Aufschlussbohrungen mit geophysikalischen Bohrlochmessungen ausgewertet. Ein Wasser wird als versalzt bezeichnet, wenn sein Chloridgehalt 250 mg/l übersteigt, was in etwa der menschlichen Geschmacksgrenze entspricht. In der Karte wird im Lockergestein unterschieden, ob der gesamte Grundwasserkörper versalzt ist oder ob Salzwasser nur in einem Teil des Grundwassers angetroffen wurde. Im Festgestein werden nur oberflächennahe Versalzungen, auch im Bereich von Salzhalden, dargestellt.

Sulfatsaure Böden in niedersächsischen Küstengebieten 1 : 50 000 - unterhalb von 2 m Tiefe

In dieser Karte wird das Risiko für die Verbreitung von potenziell sulfatsauren Böden unterhalb von 2 m Tiefe bis zur Basis der holozänen Sedimente dargestellt. Wichtig: Diese Karte wurde im Gegensatz zu der Karte für den Tiefenbereich 0-2 m in 2018 nicht neu überarbeitet, aber es werden auch hier die gleichen, neuen Legenden verwendet. Die erläuternden Geofakten 24 befinden sich derzeit noch in Überarbeitung. Für diese Karte gibt es keine Werte östlich von Cuxhaven und Bremerhaven, da deren Datengrundlage, die Geologische Küstenkarte von Niedersachsen, dort ebenfalls endet. Sogenannte „Sulfatsaure Böden“ kommen in Niedersachsen vor allem im Bereich der Küstengebiete vor. Diese Bezeichnung umfasst sowohl Böden als auch tiefergelegene Sedimente sowie Torfe. Charakteristisch für die verschiedenen sulfatsauren Materialien (SSM) sind hohe, geogen bedingte Gehalte an reduzierten anorganischen Schwefelverbindungen. Ursprünglich gelangte der Schwefel in Form von Sulfationen aus dem Meerwasser in die holozänen Ablagerungen. Aufgrund wassergesättigter, anaerober Bedingungen wurden die Sulfationen zu Sulfid reduziert und vor allem als Pyrit und FeS über lange Zeit wegen konstant hoher Grundwasserstände konserviert. Typische SSM sind tonreiche Materialien mit höheren Gehalten an organischer Substanz und/oder groben Pflanzenresten sowie über- und durchschlickte Niedermoortorfe. Bei Entwässerung und Belüftung dieser Materialien kommt es zur Oxidation der Sulfide und zur Bildung von Schwefelsäure, wenn sie z. B. im Rahmen von Bauvorhaben entwässert oder aus dem natürlichen Verbund herausgenommen werden. Aus potenziell sulfatsauren Böden können so aktuell sulfatsaure Böden werden. Das hohe Gefährdungspotenzial ergibt sich durch: • extreme Versauerung (pH < 4,0) des Baggergutes mit der Folge von Pflanzenschäden, • deutlich erhöhte Sulfatkonzentrationen im Bodenwasser bzw. Sickerwasser, • erhöhte Schwermetallverfügbarkeit bzw. -löslichkeit und erhöhte Konzentrationen im Sickerwasser; • hohe Korrosionsgefahr für Beton- und Stahlkonstruktionen. Zur Gefahrenabwehr bzw. -minimierung bedürfen in den betroffenen Gebieten alle Baumaßnahmen mit Bodenaushub oder Grundwasserabsenkungen einer eingehenden fachlichen Planung und Begleitung. Dabei ist zu beachten, dass die Verbreitung der Eisensulfide in der Fläche und in der Tiefe oft eher fleckenhaft ist. Daher sollten die Identifikation von aktuell und potenziell SSM sowie Bauplanung und -begleitung nur durch qualifiziertes bodenkundliches Fachpersonal vorgenommen werden. Aufgrund der oft geringen Tragfähigkeit dieser Böden und insbesondere der Torfe müssen bei Baumaßnahmen relativ große Baugruben ausgehoben werden, so dass in kurzer Zeit viel SSM als Aushubmaterial anfällt. Zudem laufen Oxidation und Versauerung oft sehr schnell ab. Diese Auswertungskarte kann schon bei Planung und Ausweisung von Gebieten, z. B. im Rahmen von Trassenplanungen, Flächennutzungs- und Bebauungsplänen etc., genutzt werden. Konkrete Handlungsanweisungen zu Bauplanung und -begleitung sowie zu Beprobung und Laboranalyse des umzulagernden SSM finden sich in den Geofakten 25. Achtung: Die Karte ist nur die Grundlage für eine konkrete Erkundung am Ort der Baumaßnahme.

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