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Sediment characteristics in the muddy region in southeast of the island of Helgoland (North Sea)

Sediment were sampled on expedition HE625 of the R/V Heincke in July 2023 at 50 stations spread evenly over the muddy sediment region in southeast of the island of Helgoland (southeastern North Sea). At each station, two replicate samples were taken with a van Veen grab with a sampling area of 0.1 m² and a penetration depth of 10 cm. A subsample of the upper 6 cm of sediment was taken using a coring tube from the second grab with a diameter of 4.5 cm. The grain-size distribution was determined based on laser-diffraction granulometry using a CILAS 1180L particle size analyzer. Another sub-sample of 40 g of sediment were dried, weighed, and incinerated at 500 °C for five hours to estimate the organic content (%) as weight loss on combustion. Sediment variables included organic carbon content (OC), sediment composition (percentages of sand, silt, and clay), grain size (d10, d50, d90), and statistical measures of sediment grain size distribution (skewness, sorting, kurtosis).

TrilaWatt: Hydrodynamische Kennwerte 2017 (WMS)

<span><strong>Definitionen:</strong> Hydrodynamik beschreibt die Bewegung von Fluiden und die dabei wirkenden Kräfte. Hydrodynamische Kennwerte sind zeitintegrierte, beschreibende Parameter dieser Prozesse. So tragen bspw. die grundlegenden Tidekenngrößen des Tidehochwassers, des Tideniedrigwassers sowie der damit eng verbundenen Werte für Tidestieg, Tidefall und Tidehub dazu bei, die Dynamik der Tide herauszuarbeiten.</span> <span><strong>Datenerzeugung:</strong> Aus numerischen Simulationsdaten wurden physikalische Größen wie beispielsweise Wasserstand oder Strömungsgeschwindigkeit in festen zeitlichen Intervallen unter Berücksichtigung erreichbarer Genauigkeiten berechnet. Diese Simulationsdaten wurden mit Datenanalysemethoden zu hydrodynamischen Kennwerten wie beispielsweise dem Tidehub zusammengefasst. Es wurden harmonische Analysen des Wasserstandes durchgeführt und Tidekennwerte des Wasserstands bzw. statistische Langzeitkennwerte von Wasserstand, Strömungsgeschwindigkeit, Salzgehalt, Wassertemperatur und Schwebstoffgehalt berechnet. </span> <span><strong>Produkte:</strong> Hydrodynamische Kennwerte aus dem Projekt TrilaWatt basieren auf der Analyse der numerischen Simulation von Tide, Seegang, Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration im Bereich des trilateralen Wattenmeers (Niederlande -nl, Deutschland -de, Dänemark -dk) und der Deutschen Bucht als Jahresmittel für das Jahr 2017. Die Daten werden als regelmäßiges 20 m Raster im GeoTIFF-Format bereitgestellt. Kennwerte werden nur für Berechnungszellen bereitgestellt, die im Analysezeitraum immer überflutet waren. In den Datenäquivalenten (*_no_filter) wurde diese Maskierung nicht angewendet. Nicht-gefilterte Datenäquivalente (no_filter) sind, falls physikalisch sinnvoll, ebenfalls erstellt worden. Bei nicht-gefilterten Datenprodukten ist zu beachten, dass die Anzahl der den Mittelwerten zugrundeliegenden Werte vor allem im Flachwasserbereich durch intertidales Trockenfallen geringer ist und damit die Mittelwertbildung beeinträchtigt ist. Die Anzahl an validen Datenpunkten bzw. Tiden pro Jahr (Anzahl gültiger Datenpunkte bzw. Anzahl Tidehochwasser) wird als Rasterdatei zur Einordnung nicht-gefilterter Produkte mitgeliefert.</span> <span><strong>Produktliste:</strong> - Tidehub und Tidehoch- und Tideniedrigwasser: 5-, 50- und 95% Quantil <br> - Laufzeitverschiebung zur Referenzposition „Leuchtturm Alte Weser“ von Tidehoch- und Tideniedrigwasser: Jahresmittelwerte <br> - Tidemittelwasser: 50% Quantil <br> - M2-Partialtide: Amplitude und Phase <br> - Tidehochwasser und validen Datenpunkte: Anzahl pro Jahr<br> - Wasserstand: 1-, 50- und 99% Quantil, Mittelwert, Minimum, Maximum <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Mittelwert, 99- und 99,9% Quantil des Betrags <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Betrag und x- und y-Komponente des Residuums <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter mittlerer, kubierter Betrag <br> - Bodenschubspannung: 99% Quantil, Mittelwert<br> - Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration: tiefengemitteltes 1- und 99% Quantil und Mittelwert (Schwebstoffkonzentration als Summe aus drei Fraktionen mit einer Sinkgeschwindigkeit ws = 0,25, 1,5 und 7 mm/s) <br> - Signifikante Wellenhöhe des Seegangs: 50-, 95- und 99% Quantil, (Jahres-) Mittelwert und Maximalwert <br> - Mittlere Wellenperiode: Jahresmittelwert bei maximaler signifikanter Wellenhöhe<br> - Seegangsrichtung: x- und y-Komponenten des Residuums </span> <span><strong>English:</strong> This web service contains annual averages and quantiles of tidal characteristics, annual averages and quantiles of hydrographic parameters (e.g., depth-averaged salinity, suspended sediments, or sea water temperature), and tidal constituents from harmonic analyses that were estimated from numerical simulations of the year 2017. Data are distributed on regular 20 m grids as GeoTIFFs. </span> <span><strong>Download:</strong> A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads"). </span>

EasyGSH-DB: Sedimentologie (WMS)

Der Kartendienst EasyGSH-DB: Sediment (WMS), beinhaltet die Petrographischen Karten der Haupt- und Nebenkomponenten, den Median-Korndurchmesser d50, die Schiefe, die Sortierung und die Porosität für die Jahre 1996 (DB/AWZ), 2006 und 2016. Datenerzeugung: Die Basis für sedimentologische Auswertungen bilden Oberflächensedimentproben, die im Rahmen des Projektes EasyGSH mittels anisotroper Interpolationsverfahren und unter Berücksichtigung hydrodynamischer Faktoren und Erosions- und Sedimentationsprozesse von Einzelproben verschiedener Jahre auf ein für ein Jahr gültiges Raster interpoliert wurden. An jedem dieser Rasterknoten liegt die Sedimentverteilung daher als Summenkurve vor. Für die Deutsche Bucht liegt dieses Basisprodukt für die Jahre 1996, 2006 und 2016 im 100 m Raster, für die Ausschließliche Wirtschaftszone Deutschlands für das Jahr 1996 im 250 m Raster vor. Literatur: Sievers, J., Milbradt, P., Ihde, R., Valerius, J., Hagen, R., Plüß, A. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 1: Subaqueous geomorphology and surface sedimentology (1996–2016). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-4053-2021 Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Sievers, J., Rubel, M., Milbradt, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Bathymetrie. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0002

Bottom water data of sediment incubation experiments under anoxic conditions

Enhanced mineral dissolution in the benthic environment is currently discussed as a potential technique for ocean alkalinity enhancement (OAE) to reduce atmospheric carbon dioxide (CO2) levels. This study explores how biogeochemical processes affect the dissolution of alkaline minerals in surface sediments during laboratory incubation experiments. These involved introducing dunite and calcite to organic-rich sediments from the Baltic Sea under controlled conditions in an anoxic to hypoxic environment. The sediment cores were incubated with Baltic Sea bottom water. Eight sediment cores were positioned vertically in a rack. Since the sediment surface was slightly oxidized by the bottom water (∼125 μmol l−1 upon recovery), the cores were left plugged on the top for 13 days to settle after recovery until the sediment surface was anoxic. To achieve chemical conditions that are expected in the natural system, 500l of retrieved sea water were degassed via bubbling with pure dinitrogen gas in batches of 100 l. Afterwards, between 50 and 60 l were transferred into an evacuated gas tight bag. After the transfer, pH and total alkalinity (TA) were measured to determine the dissolved inorganic carbon (DIC) of the water. Afterwards the DIC was increased via adding pure CO2 until a CO2 partial pressure (pCO2 ) of ∼2,300–∼3,300 μatm was established mimicking conditions prevailing in Boknis Eck during summer. Stirring heads were installed on the cores. To prevent the development of oxic conditions, it was ensured that as little gas phase as possible was left in the cores. Elimination of pelagic autotrophs, heterotrophs, and suspended particles was achieved by flushing the cores with modified bottom water for 2 days with a flow rate of 1.5 mml min−1. Afterwards, a continuous throughflow of 700 μl min−1 from the reservoir of modified bottom water was applied, leading to a residence time of ∼2.1 days inside the cores. For the experimental incubations, six cores received additions of alkaline materials, three with calcite (Cal1 - Cal3) and three cores with dunite (Dun1 - Dun3), leading to three replicates per treatment. Two control cores remained untreated (C1, C2). The amount of added substrate was based on the rain rate of particulate organic carbon observed in Boknis Eck (0.5 mmol cm−2 a−). The incubation lasted for 25 days. The volume of water in each core was determined at the end of the experiment via measuring the height of the water column after removing the stirring heads. Bottom water samples were taken from the outflow of each core over a time period of several hours. Thus, samples represent the average outflow over the respective time period. Sampling intervals increased from daily during the first two weeks to every three to four days and weekly towards the end of the experiment. All samples were filtered through a 0.2 µm cellulose membrane filter and refrigerated in 25 ml ZinsserTM scintillation vials. Samples for TA were analyzed directly after sampling by titration of 1 ml of bottom water with 0.02N HCl. Titration was ended when a stable purple color appeared. During titration, the sample was degassed by continuous bubbling with nitrogen to remove any generated CO2 and H2S. The acid was standardized using an IAPSO seawater standard. Acidified sub-samples (30 μl suprapure HNO3- + 3 ml sample) were prepared for analyses of major and trace elements (Si, Na, K, Li, B, Mg, Ca, Sr, Mn, Ni and Fe) by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES, Varian 720-ES).

Hydrobiid mudsnail image dataset: Raw stereomicroscope, processed, and segmented images of abundant brackish snails from a mesocosm experiment with multiple temperature treatments

We examined the growth response of a brackish snail (Hydrobiidae) against multiple temperature treatments in a mesocosm located beside the Alfred Wegener Institute Wadden Sea Station on Sylt (55°01′19.2″N, 8°26′17.7″E). Bulk sediments were collected south of Pellworm (54° 31' 55.83"N, 8° 42' 40.36"E) at low tide on March 22, 2022, transferred to mesh-lined crates and introduced to mesocosm tanks (170 cm × 85 cm × 1800 L). Experimental warming treatments were conducted using three heaters per tank (Titanium heater 500 W, Aqua Medic, Bissendorf, Germany). The full specifications for the mesocosms are already published (Pansch et al., 2016). Throughout the experimental warming period, four sampling events (March 30, April 25, May 24, June 20) were conducted to core sediments. Sediment cores were washed and sieved (1mm mesh size) to disaggregate infauna. Individuals were separated for the common hydrobiid mudsnail, which were subsequently imaged in groups on a typical petri plate under stereomicroscopy. A semi-automatic object segmentation and size measurement approach was developed to rapidly differentiate and measure individuals from images. Segmentation was highly accurate and precise against manual length measurements (end-to-end; mm) collected in ImageJ for 4595 snails. Scaling the segmentation method across the full dataset estimated >40,000 snails and presented a complex species-specific response to warming. The enclosed dataset represents all raw, processed, and segmented images (n= 3201) produced by this study.

Freisetzungspotential, Mobilität und Umwandlungsprozesse von Spurenelementen, PFAS und weiteren organischen Schadstoffen in Spülfeldern

Veranlassung Baggergut das aufgrund erhöhter Nährstoffkonzentrationen für eine Umlagerung in der Ostsee nicht geeignet ist, wird häufig auf Spülfeldern im Küstenbereich abgelagert, um anschließend verwertet zu werden. Gelegentlich kann das Überschreiten von Grenzwerten des Arsens (As) im Eluat dazu führen, dass das Ausleiten des Überstandwassers seitens der zuständigen Landesbehörden nicht genehmigt wird, wodurch das Abtrocknen des Sediments, und somit der wichtigste Prozess der As-Retention, verlangsamt wird. Die Aussagekraft der Eluattests zur Abschätzung der Metall(oid)-Freisetzung aus den Spülfeldsedimenten ist sehr begrenzt, da die an Organik reichen, anaeroben Sedimente der Ostsee nach dem Aufbringen auf ein Spülfeld zeitlichen Änderungen von z.B. Temperatur- und Redoxbedingungen unterliegen. Darüber hinaus ist damit zur rechnen, dass diese Situation klimawandelbedingt durch ein häufigeres Auftreten von Trockenheitsereignissen weiter erschwert wird, da es zu einer Verstärkung vertikaler pH- und Redox-Gradienten und einer beschleunigten Mobilisierung von Cadmium, Nickel oder Zink unter oxischen Bedingungen als Folgewirkung der Sulfid-Oxidation kommt. Es besteht ein hoher Bedarf die Möglichkeiten der Verwertung von Spülfeldsedimenten zu verbessern und die Kapazitäten der Spülfelder für zukünftig anfallendes Baggergut zu erhalten. Kenntnisse über die Zusammenhänge der Metall(oid)mobilität mit zeitlich dynamischen Sedimenteigenschaften können hierzu einen wichtigen Beitrag liefern. Darüber hinaus soll in diesem Projekt untersucht werden inwieweit Unterschiede je nach Alter und Herkunft der Spülfeldsedimente bei der Transformation von PFAS-Vorläufersubstanzen hin zu Perfluorcarbonsäuren bestehen. Dies ist für Spülfeldsedimente der Ostsee bisher nicht bekannt. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass relevante Grenzwerte nicht überschritten werden, da auch andere ubiquitäre Schadstoffe gewöhnlich in unterdurchschnittlichen Mengen auftreten. Vor dem Hintergrund ihrer guten Wasserlöslichkeit sind vertiefte Kenntnisse zur Bildung der Perfluorcarbonsäuren allerdings von hoher Bedeutung. Eine Optimierung der Verwertungsmöglichkeiten des Baggerguts der Ostsee-Spülfelder liefert auch für Wasserstraßen- und Schifffahrtsämter (WSA) der Binnenbereiche eine wichtige theoretische Arbeitsgrundlage. Dies betrifft einerseits die Handhabung des Baggerguts aus WSA-Talsperren, in denen ebenfalls schadstoffarmes, nährstoffreiches und stark organikhaltiges Baggergut anfällt, und welches somit im Beräumungsfall einer Problematik ähnlich den Ostsee-Spülfeldsedimenten unterliegt. Andererseits befinden sich im norddeutschen Raum zahlreiche WSA-Spülfelder deren Betrieb innerhalb der letzten Dekade eingestellt oder stark zurückgefahren wurde. Hier könnten die Projektergebnisse als Orientierung dienen, wenn eine Reaktivierung dieser Spülfelder gewünscht wird. Ziele - Erfassung des Einflusses verschiedener Bearbeitungstechniken auf die Mobilität anorganischer und organischer Schadstoffe in aufgespültem Baggergut - Erarbeitung detaillierter Kenntnisse zur Mobilität verschiedener Arsenspezies und weiterer Metall(oid)e, zu den dabei relevanten mikrobiologischen Prozessen sowie zu Möglichkeiten der Reduzierung der Arsenfreisetzung - Untersuchung des Freisetzungsverhaltens perfluorierter Verbindungen (PFAS) im Kontext des Reifungsprozesses von Baggergut sowie in Abhängigkeit des fluvialen Sedimenttransports - Ableitung und Anwendung geeigneter Remediationstechniken zur Behandlung von anoxischem Überstandwasser.

Multibeam bathymetry processed data (EM 1002 echosounder entire dataset) of RV MARIA S. MERIAN during cruise MSM51/1

Swath sonar bathymetry data used for that dataset was recorded during RV MARIA S. MERIAN cruise MSM51/1 using Kongsberg EM1002 multibeam echosounder. The cruise took place between 01.02.2016 and 27.02.2016 in the Baltic Sea. The cruise aimed to perform seismo- and hydroacoustic surveys, sampling of Holocene sediments and to investigate the water column wintertime mixing close to sea-ice limits. These surveys improved the understanding of variations in the ventilation of the deeper Baltic, considering not only external climate forcing but also the effects of postglacial sealevel rise and isostatic uplift [CSR]. CI Citation: Paul Wintersteller (seafloor-imaging@marum.de) as responsible party for bathymetry raw data ingest and approval. During the MSM51-1 cruise, the moonpooled KONGSBERG EM1002 multibeam echosounder (MBES) was utilized to perform bathymetric mapping in shallow depths. 111 beams are formed for each ping while the seafloor is detected using amplitude and phase information for each beam sounding. For further information on the system, consult https://www.km.kongsberg.com/. Postprocessing and products were conducted by the Seafloor-Imaging & Mapping group of MARUM/FB5, responsible person Paul Wintersteller (seafloor-imaging@marum.de). The open source software MB-System (Caress, D. W., and D. N. Chayes, MB-System: Mapping the Seafloor, https://www.mbari.org/products/research-software/mb-system, 2017) was utilized for this purpose. A sound velocity correction profile was applied to the MSM51-1 data; there were no further corrections for roll, pitch and heave applied during postprocessing. A tide correction was applied, based on the Oregon State University (OSU) tidal prediction software (OTPS) that is retrievable through MB-System. CTD measurements during the cruise were sufficient to represent the changes in the sound velocity throughout the study area. Using Mbeditviz, artefacts were cleaned manually. NetCDF (GMT) grids of the edited data as well as statistics were created with mbgrid. The published bathymetric EM1002 grid of the cruise MSM51-1 has a resolution of 15 m. No total propagated uncertainty (TPU) has been calculated to gather vertical or horizontal accuracy. A higher resolution is, at least partly, achievable. The grid extended with _num represents a raster dataset with the statistical number of beams/depths taken into account to create the depth of the cell. The extended _sd -grid contains the standard deviation for each cell. The DTMs projections are given in Geographic coordinate system Lat/Lon; Geodetic Datum: WGS84.

ADCP current measurements (1200 kHz) during RV SENCKENBERG cruise SE202203-2

Ocean velocities were collected by a Teledyne RDI 1200 kHz Workhorse Sentinel II ADCP that was mounted on RV SENCKENBERG during RV SENCKENBERG cruise SE202203-2. The transducer was located at 1.5 m below the water line. The instrument was operated in single-ping, broadband mode with bin size of 0.25 m and a blanking distance of 0.25 m. The velocity of the ship was calculated from position fixes obtained by the Global Positioning System (GPS) received at a Trimble SPS461 Modular GPS Heading Receiver. Heading was obtained both from the Trimble receiver and the internal ADCP gyro. Heading as well as pitch and roll data from ADCP's internal gyrocompass and the navigation data were used by the data acquisition software ViSea DAS (AquaVision®) internally to convert ADCP velocities into earth coordinates. Accuracy of the ADCP velocities mainly depends on the quality of the position fixes as well as Trimble receiver and internal ADCP heading data. Further errors stem from a misalignment of the transducer with RV SENCKENBERG's centerline.

WMS MSRL: D8-Schadstoffe (sh-llur), Mittelwert 2005-2010

Der WMS umfasst Schadstoffe im Wasser und im Sediment, die an Messstationen des LLUR erfasst werden. Parameter: Quecksilber, Blei, Kupfer, Nickel, Arsen, Cadmium, Chrom, Zink.

Chlorophyll a, extracellular polymeric substance concentration and 16S rRNA gene copy numbers in saltmarsh sediments in response to a storm surge

Samples were taken to study the effect of storm surges on ecosystem functioning of salt marsh microbial communities. Sediment samples were collected from experimental salt marsh islands located in the back-barrier tidal flats of Spiekeroog Island, German North Sea (53°45′N, 7°43′E). The islands consist of three elevation zones (0.7 m, 1.0 m, and 1.3 m above mean sea level), corresponding to pioneer zone, lower salt marsh, and upper salt marsh. Six islands were sampled (three initially bare; three transplanted with lower salt marsh sediment and vegetation). Sampling was conducted in September 2022 (pre-disturbance), March 2023 (post-winter storm surges), and August 2023 (recovery phase). Surface sediments (upper 2 cm) were collected using syringe cores. Pooled samples were analyzed for chlorophyll a as a proxy for microphytobenthos biomass using ethanol extraction and spectrophotometric pigment analysis. Extracellular polymeric substances (EPS) were quantified using EDTA extraction followed by phenol–sulfuric acid carbohydrate analysis. DNA was extracted from sediment subsamples using a Qiagen PowerSoil kit. Prokaryotic abundance was estimated by quantitative PCR targeting the 16S rRNA gene (primers 519F/907R), using an Escherichia coli 16S rRNA gene standard curve. The dataset includes chlorophyll a concentrations (µg g⁻¹ dry sediment), EPS carbohydrate concentrations, and prokaryotic 16S rRNA gene copy numbers for all sampling times, elevations, and treatments.

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