.. Lebensräume polare On the ecology of racteristics, se other aquatic habi Marina Car Ber. Polarforsch. Meeresforsch. 40 ISSN 1618 - 3193 Marina Carstens c/o Institut füPolarökologi der UniversitäKiel Wischhofstraß 1-3, Geb. 12 D-24148 Kiel Germany E-mail: [email protected] Diese Arbeit ist die leicht verändert Fassung einer Dissertation, die der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultäder Christian-Albrechts- UniversitäKiel im Juni 2001 vorgelegt wurde. Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Summary Einleitung Lebensräum im Ökosyste Meereis Ökologi der Meereistümpe- Erkenntnisse anderer Autoren Ziel der Untersuchungen Terminologie Untersuchungsgebiet Hydrographie Eisbedeckung Eisverhältnissin den Untersuchungsjahren 1993 und 1994 Material und Methoden Untersuchungsmaterial Meereistümpe Vergleichsstationen: Landtümpeund -Seen, Tümpeauf Gletschern und Eisbergen, Proben aus dem marinen Milieu 3.1.2.1 Schmelzwassertümpeauf Gletschern und Eisbergen 3.1.2.2Landtümpe und -Seen 3.1.2.3Proben aus dem marinen Milieu Untersuchungsmethoden Probennahme und in situ-Messungen (Tem eratur, pH-Wert, Leitfähigkeit Sauerstoffkonzentration, PAR, Dimensionen) Bestimmung der Nährstoffkonzentratione Bestimmung der Salinitä Bestimmung der Chlorophyll a-Konzentrationen Bestimmung der Konzentration des partikuläre organischen Materials (CIN-Analyse) Fixierung und Probenaufbereitung füdie mikroskopische Auswertung Quantitative mikroskopische Auswertung Mikroskopische Analyse, Identifizierung und systematische Einordnung der Organismen Statistische Auswertung und graphische Darstellung Ergebnisse Generelle Beobachtungen Häufigkeider Meereistümpe Farbe und Besonderheiten der Meereistümpe Farbe und Besonderheiten der vergleichend untersuchten Gewässe Meereistümpeals Lebensraum und Vergleich mit anderen polaren Habitaten Abiotische Parameter 4.2.1.I Flächenausdehnun und Wassertiefen 4.2.1.2Temperatur, pH-Wert, SalinitätLeitfähigkei und Sauerstoffkonzentration 4.2.1.3Nährstoffkonzentratione 4.2.1.4Lichtverhältniss (PAR) 4.2.2 Biomasse-Summenparameter 4.2.2.1 Chlorophyll-, POC- und PON-Konzentrationen Inhaltsverzeichnis Beziehungen zwischen den Biomasseparametern Chlorophyll, POC und PON Statistische Analysen Korrelationen zwischen abiotischen Parametern und Biomasse-Summen- Parametern Zusammenhang zwischen Farbe und Eigenschaften der Meereistümpe Vergleich des Lebensraums Meereistümpemit anderen aquatischen Habitaten: Clusteranalyse Zusammensetzung der mikrobiellen Planktongemeinschaften Qualitative Zusammensetzung Gesamtabundanzen und dominierende Taxa Größenstruktder Lebensgemeinschaften Unterschiede in der Besiedlung von SüÃund Brackwassertumpeln Saisonale und regionale Variabilitäder Meereistümpe Visuelle Beobachtungen zur saisonalen Entwicklung der Meereistumpel Zeitliche Entwicklung der wiederbesuchten Station 15 Saisonale und regionale Variabilitäder Meereistümpe Diskussion Charakteristika der Meereistumpel und Konsequenzen füihre Besiedlung HäufigkeitMorphometrie, Farbe und Besonderheiten der Meereis- tümpe Meereistümpel-Bedeckungsgraund Ursachen seiner Variabilitä Variabilitäder Flächenausdehnun und Tiefe der Meereistumpel Farbe und Besonderheiten der Meereistumpel Konsequenzen füden Lebensraum Meereistumpel Temperatur, pH-Wert, SalinitätLeitfähigkei und Sauerstoffgehalt Variabilitäund Unterschiede zwischen SüÃund Brackwassertümpel Konsequenzen füdie Besiedlung der Meereistumpel Nährstoffkonzentrationeund Lichtverhältniss Nährstoffangeboin den Meereistümpel Lichtangebot in den Meereistümpel Konsequenzen füden Lebensraum Meereistumpel Die Lebensgemeinschaften der Meereistümpe Biomasse der Lebensgemeinschaft (Chlorophyll, POC, PON) Zusammensetzung und Sukzession der Lebensgemeinschaft Vergleich des Lebensraums *MeereistümpelWianderen polaren Habitaten Meereistürnpeim Vergleich mit Süßwasserhabitatpolarer und alpiner Regio- nen Meereistümpeim Vergleich mit arktischen Süßwasserhabitat Meereistümpeim Vergleich mit antarktischen Süßwasserhabitat Meereistümpeim Vergleich mit nivalen Lebensräumepolarer und alpiner Regionen Vergleich der Meereistümpemit dem Meereis-Solekanalsystem Vergleich der Meereistumpel mit meerwassergeprägteLebensräume und Diskussion der Frage nach der Herkunft der Meereistümpelgemeinschaf Vergleich der Meereistumpel mit meerwassergeprägteLebensräume Herkunft der Meereistümpelgemeinschaf Bedeutung der Meereistumpel füdas System Meereis Physikalische Aspekte Inhaltsverzeichnis Biologische Aspekte 258 Kritische Würdigunder eingesetzten Methoden und Gerät 266 Bestimmung abiotischer Parameter 266 Bestimmung der Farbe von Meereistümpel 267 Bestimmung der Chlorophyllkonzentration 267 Biomasse-Umrechnungsfaktorenund Differenzierungzwischen POC und Detritus 269 Identifizierung und systematische Einordnung der Organismen Statistische Methoden Probenmaterial aus dem marinen Milieu Ausblick Literaturverzeichnis Danksagung Tabellenanhang Tab. A-1: Liste der beprobten Meereistümpeund Vergleichsstationen Tab. A-2.a: Morphometrische Daten der Meereistumpel Tab. A-2.b: Morphometrische Daten der Vergleichsstationen Tab. A-3.a: Temperaturen, pH-Werte und Salzgehalte der Meereistümpe Tab. A-3.b: Temperaturen, pH-Werte und Salzgehalte der Vergleichsstationen Tab. A-4.a: Leitfähigkeite und Sauerstoffgehalte der Meereistümpe Tab. A-4.b: Leitfähigkeite und Sauerstoffgehalte der Vergleichsstationen Tab. A-5.a: pH-Werte, Salzgehalte und Leitfähigkeivon Schneeproben Tab. A-5.b: pH-Werte, Salzgehalte und Leitfähigkeiin Eiskernen Tab. A-6.a: Nährstoffkonzentratione der Meereistümpe Tab. A-6.b: Nährstoffkonzentratione der Vergleichsstationen Tab. A-6.c: Nährstoffkonzentrationevon Schneeproben Tab. A-6.d: Nährstoffkonzentratione von Schneeproben Tab. A-7.a: Chlorophyll-, POC- und PON-Gehalte der Meereistümpe Tab. A-7.b: Chlorophyll-, POC- und PON-Gehalte der Vergleichsstationen Tab. A-7.c: Chlorophyll-, POC- und PON-Gehalte von Eiskernen Tab. A-8: Quantitative Zusammensetzung des mikrobiellen Planktons Tab. A-9.a: Organismische Biomasse an Station 15 Tab. A-9.b: Organismische Biomasse an Station 45 Tab. A-10: Abundanzen in einer Eisprobe aus dem Tümpelbodevon Station 9 325 Zusammenfassuna 34 ps/cm und 1200 pS/cm festgestellt wurden, währen die Brackwassertumpel bis zu 33700 pS1cm erreichten. Mit einem mittleren Sauerstoffgehalt von 13,2 mgll liegt in den Meereistümpeleine gute Sauerstoffversorgung vor. Die geringe Salinitäund lonen- armut in den reinen Süßwasseund schwach brackigen Tümpelist als begrenzender Faktor füdie Besiedlung dieses Lebensraums anzusehen, der Sußwasser"inselnin einem rein marinen Milieu bildet und völli andere Anforderungen an die osmoregula- torischen Fähigkeite der Organismen stellt als das marine Milieu. Hinzu kommt, da die Salinitäkeinen konstanten Faktor darstellt, sondern wie auch die meisten anderen abiotischen Parameter einer saisonalen Dynamik unterliegt. Im Laufe des Sommers nehmen die Salinitäund Leitfähigkeides Meereistümpelwassersignifikant zu. Die Veränderunge der aufgrund der abiotischen Parameter gegebenen Lebensbedin- gungen sind ein zusätzliche Erschwernis füdie Bewohner dieses Lebensraums und gleichzeitig Auslöse von saisonalen Veränderunge der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft, Meereistümpesind nährstoffarmLebensräum (Nitrat: 0,3pmol/l; Phosphat: 0,05pmol/l Silikat: 0,2pmol/l, Medianwerte) und als ultraoligotroph einzustufen. Aufgrund der starken Sonneneinstrahlung währen des arktischen Sommers, verbunden mit hoher Lichtreflektion durch das Eis des Tümpelbodensgeringer Wassertiefe bei sehr klarem Wasser und fehlenden Schattenbereichen, herrschen in den Meereistumpeln extreme Lichtverhältnissedie besondere Anforderungen an ihre Bewohner stellen. Der Maxi- malwert der in den Meereistumpeln gemessenen Lichtmenge (PAR) betrug 2805 pmol/s/m2, gemessen in Bodennäh mit einem sphärische Unterwassersensor (4 n- Sensor). Zur gleichen Zeit wurde am Ufer die einfallende Lichtstrahlung mit einem her- kömmliche 2 n-Sensor mit 966 pmol/s/m2 bestimmt. Das Verhältni zwischen Ergeb- nissen der Lichtmessungen in der Wassersäul und der gleichzeitigen Messung der einfallenden Strahlung am Ufer war in den Meereistümpelmit einem mittleren Wert von 2,5 deutlich höheals in den Landtümpelund -Seen (1 ,I). Die Farbe der Meereistumpel gibt erste Hinweise auf ihre Salinität Die im Untersu- chungsgebiet dominierenden, charakteristischen hellblauen Tumpel (69 %) sind Süà wasserhabitate, wahrend grünlichTümpe (7 %) im allgemeinen brackige Lebensräum darstellen. Graue Meereistümpesind schwerer einzuordnen. Obwohl grune Meereis- tümpehöher Chlorophyllkonzentrationen als blaue Tumpel aufweisen, ist die grune Färbun nicht auf eine Phytoplanktonblute zurückzuführeda die Chlorophyllkonzen- trationen insgesamt sehr niedrig waren. Es werden verschiedene Ursachen füdie Aus- prägun der unterschiedlichen Tümpelfarbedargestellt und diskutiert. Physikalische Faktoren, die Kombination der Lichtbrechungs- und -absorptionseigenschaften des Tumpelwassers, des Tümpelbodenund der in beiden enthaltenen Partikel bzw. Zellen scheinen eine wesentliche Rolle zu spielen. Das charakteristische Hellblau der Meer- eistümpeläà sich analog zur blauen "Wustenfarbe" des Meeres als Hinweis auf eine geringe Produktivitädes Gewässer deuten. Die Algenbiomasse in den Meereistümpelngemessen an der mittleren Chlorophyll- Konzentration von 0,04pg/l (Spannweite 0,01 - 0,40 pgll), war sehr gering