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Continuous current observations near DynaCom experimental islands in the back-barrier tidal flat, Spiekeroog, Germany, 2019-11 to 2023-09

Data presented here were collected between November 2019 to September 2023 within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). A recording current meter (RCM; SEAGUARD® Recording Current Meter, Aanderaa Data Instruments AS, Bergen/Norway) was installed in the back-barrier tidal flat near the experimental islands. The sensor was bottom-mounted in a shallow tidal creek (0.59 m NHN) using a steel girder buried in the sediment, which caused the sensor to be exposed during low tide. All low-tide data have been removed from the dataset. The system was equipped with a ZPulse Doppler Current Sensor (DCS), a conductivity sensor, an oxygen optode, and two analogue sensors for chlorophyll-a and turbidity (16445). All sensors were pre-calibrated by the manufacturer. Recorded data were internally logged until readout with the SeaGuard Studio software (V1.5.23). Salinity was derived in the SeaGuard Studio software using temperature-dependent, nonlinear seawater conductivity compensation following the Practical Salinity Scale (PSS-78). Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Turbidity and chlorophyll-a data were excluded from the final dataset, as the recorded signals show implausible values and did not pass quality-control criteria. Post-processing and quality control included (a) the removal of low tide data, data covering maintenance activities, and data affected by biofouling, (b) the removal of implausible values, c) an outlier detection using the Hampel filter method, and (d) visual checks. Identified outlier were removed and synchronously removed across all associated parameters of the respective sensor.

Continuous wave and tide observations at DynaCom artificial islands in the back-barrier tidal flat, Spiekeroog, Germany, 2019-01 to 2019-12

Data presented here were collected between January 2019 to December 2019 within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) of the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were created in the back barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog. Local tide and wave conditions were recorded with a RBRduo TDǀwave sensor (RBR Ltd., Ontario/Canada). The sensor was bottom mounted in a shallow tidal creek (0.78 m NHN) through a steel girder (buried 0.3m deep in the sediment) and was positioned 10 cm above sediment surface, as was determined by using a portable differential GPS. This resulted in the sensor falling dry during low tide. For accurate depth calculations, raw pressure data were manually corrected for atmospheric pressure derived from a locally installed weather station. The sensor was pre-calibrated by the manufacturer and the sampling rate was 3 Hz with 1024 samples per burst at a sample interval of 10 min. Recorded data were internally logged until the readout with the Ruskin (V1.13.13) software. Date and time is given in UTC. Data handling was performed according to Zielinski et al. (2018): Post-processing of collected data was done using MATLAB (R2018a). Quality control was performed by (a) erasing data covering maintenance activities, (b) removing outliers, and (c) visually checks. Low-tide data is not removed, but were easily identified through the manually calculated water depth data, where all depths < 0.05m represented low tide data.

Geologische Übersichtskarte der Bundesrepublik Deutschland 1:200.000 (GÜK200) - CC 2310 Helgoland

Blatt Helgoland erfasst zum großen Teil den rezenten Meeresboden der Nordsee, wobei Helgoland und Helgoländer Bucht im zentralen Teil des Kartenausschnitts liegen. Nach Süden sind das Niedersächsische Wattenmeer und die Küste Ostfrieslands mit den Inseln Baltrum, Langeoog, Spiekeroog, Wangerooge und Mellum abgebildet. Im Südosten werden die Buchten des Jadebusens und der Wesermündung sowie die Küstenregion zwischen Bremerhaven und Cuxhaven erfasst, während sich im Nordosten das Schleswig-Holsteinische Wattenmeer erstreckt. Bei der quartären Sedimentdecke, die das Kartenblatt überzieht, nimmt das Holozän eine Vormachtstellung ein. Verschiedene Faziesbereiche werden dabei unterschieden: rezenter Meeresboden, Insel- und Strandbereich mit marinen, litoralen oder äolischen Feinsanden, Watt- und Marschgebiete mit marin-brackischen Ablagerungen, terrestrische Nieder- und Hochmoore. Pleistozäne Sedimente sind im Kartenausschnitt nur geringfügig verbreitet, dennoch sind Relikte aller drei Eiszeiten zu finden: glazilimnische Tone der Elsterkaltzeit, glazifluviatile Ablagerungen und Geschiebelehm/-mergel (Grundmoräne) der Saalekaltzeit, fluviatile und äolische Sande der Weichselkaltzeit. Neben der Legende, die über Alter, Petrographie und Genese der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein geologischer Schnitt entlang der ostfriesischen Nordseeküste zusätzliche Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Im dem West-Ost-Profil sind mehrere Salzstrukturen (Salzstöcke von Westdorf, Barkholt, Eversand und Spieka) angeschnitten, die unter einer mächtigen Deckschicht aus quartären und tertiären Sedimenten (bis 1000 m Tiefe) lagern.

Continuous salinity observations at station BEFmate_S4low, 2019-09 to 2023-09

Data presented here were collected between 2019-09 and 2023-09 at station BEFmate_S4low within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems, https://uol.de/dynacom/ ) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). Salinity at different elevation zones was measured using conductivity loggers deployed in dip wells within experimental islands as well as in the saltmarsh enclosed plots. Measurements were obtained using HOBO U24 Conductivity Logger U24-002-C (Onset Computer Corporation, Bourne, MA/USA). All devices were pre-calibrated by the manufacturer. Logged data were retrieved in the field using a Hobo Underwater Shuttle (U-DTW-1) and were read out with the HOBOware Pro (V3.7.28) software. Salinity was derived in HOBOware Pro using temperature-dependent, nonlinear seawater conductivity compensation following the Practical Salinity Scale (PSS-78). Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Post-processing and quality control included (a) the removal of data covering maintenance activities, (b) the removal of implausible values using fixe thresholds (salinity > 40 psu and < 5 psu; temperature > 35 °C and < -5 °C), c) an outlier detection using the Hampel filter method, and (d) visual checks. Identified outliers were removed and synchronously removed across all associated parameters (temperature and salinity).

Meteorological data of Time Series Station Spiekeroog for 2009

The Time Series Station Spiekeroog (TSS) was setup in 2002, in the tidal inlet between the East Frisian Islands of Langeoog and Spiekeroog in the Southern German Bight, at position 53°45′01.0″ N, 007°40′16.3″ E. The aim was to ensure the continuous measurement of physical, biological, chemical and meteorological parameters, even under extreme weather conditions such as storms, ice, and storm surges. The TSS was financed as part of the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) research unit BioGeoChemistry of Tidal Flats and the Ministry for Science and Culture of the Land of Lower Saxony (MWK). Here, air temperature, air pressure, relative humidity, wind speed and wind direction were measured in the year 2009. All raw data were revised and corrected for steps as range, outliers and stationarity checks. A detailed description of the Time Series Station Spiekeroog, its structure and instrumentation can be found in Zielinski et al. (2022) and in Reuter et al. (2009).

Turbulenzgesteuerte sedimentäre Prozesse entlang eines hydrodynamischen Gradienten im Ostfriesischen Wattenmeer: Labor- und Geländeuntersuchungen

Dieses Forschungsvorhaben soll in Zusammenarbeit mit der Abteilung Meeresforschung des Forschungsinstitutes Senckenberg, mit Hilfe methodisch neuer sedimenthydraulischer Messungen einen Beitrag zum Grundlagenverständnis des Stoffhaushaltes im System Wattenmeer leisten und physikalische Eingangsparameter und Grenzwerte für den Beginn von Erosion und Sedimenttransport für die Modellierung dieser Küstenzone liefern. In der beabsichtigten Kombination von Labor- und Feldmessungen sollen jene hydraulischen Grenzzustände erfasst werden, in deren Bereich das Watt den weitgehend stabilen Zustand verlässt. Weiterführende und hierauf aufbauende Modelluntersuchungen werden dem geplanten Sonderforschungsbereich 1739 an der Universität Oldenburg vorbehalten. Der Einsatz der Turbulenzsonde (ADV, Acoustic Doppler Velocimeter, Fa. SONTEC) bietet zum ersten Mal die Möglichkeit, sohlnahe turbulente Strömungen im Labor und im Gelände quantitativ und standardisiert zu erfassen. Im Marburger Strömungs- und Wellenkanal sollen zunächst an natürlichen, aber sterilisierten Wattsedimenten die Wechselwirkungen zwischen dem Turbulenzmuster in der bodennahen Strömung unter einfachen monochromatischen Wellen und dem Sediment untersucht werden. Zugleich soll damit das Messverfahren kalibriert und standardisiert werden. In einem zweiten Schritt soll vergleichend über unterschiedlichen, auch kohäsiven und biogenen fixierten natürlichen Sedimenten der kritische Strömungszustand beim Bewegungsbeginn erfasst werden. In sechs aus dem Rückseitenwatt der Nordsee-Insel Spiekeroog ausgewählten und bereits eingemessenen Meßfeldern mit für den Ablagerungsraum typischen faziellen Mustern wird unter verschiedenen Strömungs- und Wellenbedingungen (Ebb- und Flutstrom, verschiedene Wassertiefen, Seegang, Wellenklima) die ADV-Sonde für dreidimensionale Strömungsmessungen eingesetzt. Parallel zu den bodennahen turbulenten Strömungsverhältnissen soll das Einsetzen von Erosion und Suspensionsentwicklung aufgezeichnet werden. Der Einfluss von Mikroorganismen auf Textur und Stabilität der Sedimentoberfläche soll parallel zu den Messungen verfolgt werden.

Biogeochemische Prozesse in sandigen Strandsedimenten von Spiekeroog und Majorca

Wellen- und tidebeeinflusste sandige Strände machen einen Großteil der weltweiten Küstenlinie aus und spielen eine wichtige Rolle für Kohlenstoff-, Nährstoff- und Metallkreisläufe. Während Flut strömt Meerwasser in den Sedimentkörper, ebenso wird organisches Material eingetragen. Im Sediment wird dieses von Mikroorganismen abgebaut, sodass bei Ebbe an Nährstoffen angereichertes Wasser zurück in den Küstenozean strömt, wo die rezirkulierten Nährstoffe zur Primärproduktion genutzt werden. Durch mikrobielle Abbauprozesse entwickeln sich Redoxgradienten, die den Porenwasser-Chemismus prägen. Strände können sich außerdem in einer Mischzone zwischen süßem Grundwasser und Salzwasser befinden (subterranes Ästuar), sodass Salinitätsgradienten die Sediment-Porenwasser-Interaktion beeinflussen. Süßwasser ist zudem eine Quelle für terrestrische gelöste Stoffe. Um die globale Rolle von Strandsystemen in Bezug auf Kohlenstoff-, Nährstoff- und Metallzyklen verstehen zu können, ist es notwendig, biogeochemische Prozesse in Strandsedimenten detailliert und an verschiedenen Stränden weltweit zu untersuchen. Da in diesem Forschungsbereich nur wenige Studien existieren und insbesondere die Quellen- oder Senkenfunktion dieser Systeme bezüglich redoxsensitiver Metalle noch weitgehend unbekannt ist, wird dieses Projekt einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der Metallzyklen in solchen Systemen liefern. Wir planen, biogeochemische Prozesse in den subterranen Ästuaren von zwei kontrastierenden Strandsystemen auf den Inseln Spiekeroog (NW Deutschland, mesotidal, siliziklastisch) und Mallorca (Spanien, mikrotidal, carbonatisch) zu untersuchen. Es sollen Hauptionen, DOC, O2, H2S, Nährstoffe (N, P, C, Si) und Spurenmetalle (Mn, Fe, U, Mo, V, Re) sowie Fe-Isotopenverhältnisse im Strandporenwasser analysiert werden. Wir planen ebenfalls die Sedimentzusammensetzung zu charakterisieren, da diese die Porenwasserzusammensetzung maßgeblich beeinflusst. An beiden Standorten sollen Transekte zwischen Düne und Niedrigwasserlinie bis in 5 m (Spiekeroog) bzw. 2 m (Mallorca) Tiefe hochaufgelöst beprobt werden. Der Fokus des Projekts liegt darin, Redox- und Salinitätsgradienten zu identifizieren sowie deren Auswirkungen auf die Porenwasserzusammensetzung zu interpretieren. Hydrochemische Modellierung anhand der erhobenen Daten soll zu einem besseren Verständnis der Effekte der Mischung von Grundwässern unterschiedlicher Zusammensetzung beitragen. Es sollen quantitative Aussagen zur Quellen- oder Senkenfunktion der Strände bezüglich essentieller Nährstoffe und redoxsensitiver Metalle erarbeitet werden. Fe-Isotopenverhältnisse dienen dazu, das limitierte Wissen über den Fe-Kreislauf in subterranen Ästuaren zu erweitern und die Fe-Isotopensignatur des Porenwasserflusses aus diesen Systemen besser zu definieren. Weiterhin wird diese Studie eine solide Datenbasis für die Modellierung des Porenwasser-Austroms von einzelnen Elementspezies aus permeablen Sedimenten in den Küstenozean liefern.

Forschergruppe (FOR) 5094: Dynamik des tiefen Untergrundes von Hochenergiestränden

Continuous turbidity observations near DynaCom experimental in the back-barrier tidal flat, Spiekeroog, Germany, 2018-09 to 2023-09

Data presented here were collected between September 2018 to September 2023 within the research unit DynaCom (Spatial community ecology in highly dynamic landscapes: From island biogeography to metaecosystems) involving the Universities of Oldenburg, Göttingen, and Münster, the iDiv Leipzig and the Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). To measure local turbidity, a turbidity recorder equipped with a Seapoint® turbidity meter (RBRsolo Tu, RBR Ltd., Ontario/Canada) was installed in the back-barrier tidal flat near the experimental islands in a shallow tidal creek (0.9 m NHN). Another one was installed at the saltmarsh edge (1.2 m NHN). Both loggers were bottom mounted through a steel girder (buried 0.3 m deep in the sediment) and were positioned 15 cm above sediment surface, as was determined by using a portable differential GPS. This resulted in the sensor falling dry during low tide. The turbidity recorders were pre-calibrated by the manufacturer (Seapoint Sensors, Inc., NH/USA). Recorded data were internally logged and exported using Ruskin software V2.24.3.x (RBR Ltd., Ontario/Canada). Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Post-processing and quality control included the removal of (a) low tide data (sensors exposed to air), (b) data covering maintenance activities, (c) data affected by biofouling, and (d) implausible values, i.e. negative values and values exceeding the linear response range of the sensor (1250 NTU). According to manufacturer specifications, the linear measurement range extends up to 1250 NTU, while 750 NTU represent a more conservative estimate of linearity. Therefore, 1250 NTU was adopted as the upper threshold for valid measurements in this dataset.

Continuous salinity observations at station BEFmate_I3pio, 2017-04 to 2017-12

Data presented here were collected between April 2017 to December 2017 in the BEFmate project (Biodiversity - Ecosystem Functioning across marine and terrestrial ecosystems) of the Universities of Oldenburg and Göttingen and the Nationalparkverwaltung Niedersächsisches Wattenmeer. Experimental islands and saltmarsh enclosed plots were established in the back-barrier tidal flat and in the saltmarsh zone of the island of Spiekeroog (Germany). Salinity at different elevation zones was measured using conductivity loggers deployed in dip wells within experimental islands as well as in the saltmarsh enclosed plots. Measurements were obtained using HOBO U24 Conductivity Logger U24-002-C (Onset Computer Corporation, Bourne, MA/USA). All devices were pre-calibrated by the manufacturer. Logged data were retrieved in the field using a Hobo Underwater Shuttle (U-DTW-1) and were read out with the HOBOware Pro (V3.7.28) software. Salinity was derived in HOBOware Pro using temperature-dependent, nonlinear seawater conductivity compensation following the Practical Salinity Scale (PSS-78). Subsequent data processing was done using MATLAB (R2024b). Post-processing and quality control included (a) the removal of data covering maintenance activities, (b) the removal of implausible values using fixe thresholds (salinity > 40 psu and < 5 psu; temperature > 35 °C and < -5 °C), c) an outlier detection using the Hampel filter method, and (d) visual checks. Identified outliers were removed and synchronously removed across all associated parameters (temperature and salinity).

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