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Deutsche Hydrografische Zeitschrift

, Volume 45, Issue 5, pp 313–336 | Cite as

Heavy metal distribution in different compartments of the northern North Sea and adjacent areas

  • Michael Haarich
  • Wolfgang Kienz
  • Michael Krause
  • Gerd-Peter Zauke
  • Diether Schmidt
Article

Summary

From 17.9. to 8.10.1990, the first cruise of the PRISMA interdisciplinary research project was undertaken by the RVValdivia in the northern North Sea, adjacent parts of the northeastern Atlantic Ocean and the Celtic Sea (Cruise No. 103; PRISMA= Processes in the Pollutant Transfer between the Sea and Atmosphere).

Hydrographic data were obtained at 47 stations on seven transects and samples were taken for the determination of phytoplankton, zooplankton, benthos, nutrients, dissolved heavy metals and particulate matter. Concentrations of heavy metals (nickel, copper, zinc, lead, cadmium, partly manganese and iron) were determined in different zooplankton species, in suspended particulate matter and in water. Distribution patterns and first calculations of correlations between heavy metals in the different compartments are presented.

For zooplankton in general, distinct differences are noted for cadmium, with lowest concentrations in fish larvae and highest concentrations in Hyperiids. Calanus samples and other mixed Copepod samples are found in a mean range of 3–5 mg/kg. In comparison with cadmium, copper and zinc reveal a different pattern, whereas nickel and lead show no group formation. Sufficient samples for a comparison of accumulated heavy metals at various stations could only be prepared using Calanus.

For heavy metals in suspended particulate matter in the surface layer, the distribution patterns of the specific concentrations are approximately comparable for copper and zinc; manganese and iron; nickel and cadmium. Whereas in general higher concentrations of copper and zinc are measured in the northwestern North Sea and at single sites along the transects in the Atlantic Ocean, and manganese and iron are elevated west of the Pentland Firth, the concentrations of nickel and cadmium are distinctly higher in the Atlantic Ocean at sites with water depths greater than 150 m.

For presentation and statistical purposes, a summary is given of the results for dissolved heavy metals from the depth horizons at 10 m, 50–75 m and 100 m and below. Similar patterns occur along some transects for copper and zinc, and lead to an extent, and for manganese and iron in the deeper horizons. The distribution of nickel is homogeneous at all depths with concentrations around 4.5 nmol/kg (RSD:±3%). There are parallels between dissolved cadmium concentrations and the distribution pattern of copper. Whereas copper concentrations in the Atlantic Ocean result in a lower median value (1.2 nmol/kg), the median for cadmium does not differ from that calculated for the eastern part which is elevated by a factor of two compared with earlier results (median 0.29 nmol/kg).

The enrichment factors of heavy metals in Calanus range from 7·103 for nickel to 2·105 for zinc and cadmium, and in SPM, from 1.3·105 for cadmium to 3·106 for lead.

Keywords

Heavy Metal Cadmium Phytoplankton Suspended Particulate Matter Northeastern Atlantic Ocean 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Verteilung von Schwermetallen in verschiedenen Gebieten der nördlichen Nordsee und angrenzenden Gewässern

Zusammenfassung

Die erste Fahrt des interdisziplinären Forschungsprojekts „Prozesse im Schadstoffkreislauf Meer-Atmosphäre” (PRISMA) fand im Herbst 1990 (17. September bis 8. Oktober) mit FSValdivia in die nördliche Nordsee, angrenzende Gebiete des Nordostatlantiks und in die Keltische See statt.

Auf sieben Schnitten mit insgesamt 47 Stationen wurden hydrographische Daten aufgenommen und Proben für Bestimmungen von Phytoplankton, Zooplankton, Benthos, Nährstoff-, Schwermetall- und Schwebstoffkonzentrationen gesammelt. Schwermetallkonzentrationen wurden in verschiedenen Arten des Zooplanktons, im Schwebstoff und im Meerwasser bestimmt. Die erhaltenen räumlichen Verteilungsmuster werden in Kartenform dargestellt und erste Korrelationen für die Konzentrationen ausgewählter, Schwermetalle (Ni, Cu, Zn, Cd und Pb) in den oben erwähnten Kompartimenten berechnet.

Im Zooplankton werden deutliche Unterschiede besonders für die Cadmiumkonzentrationen gefunden. Die niedrigsten Konzentrationen wurden in Fischlarven gemessen, die höchsten in Hyperiiden. In den Proben vonCalanus finmarchicus und auch in Mischproben verschiedener Copepodenarten lagen die Cadmiumkonzentrationen im mittleren Bereich (3–5 mg/kg). Ein anderes Muster der Schwermetallkonzentrationen in den verschiedenen Zooplanktonarten als beim Cadmium ergab sich für Kupfer und Zink, während für Nickel und Blei keine signifikant unterschiedlichen Gruppen gebildet werden konnten. Leider war es nur möglich, vonCalanus finmarchicus an genügend vielen Stationen ausreichendes Probenmaterial für einen räumlichen Vergleich zu gewinnen.

Die Verteilungsmuster von Schwermetallen im Schwebstoff der Oberflächenschicht sind in etwa vergleichbar jeweils für die Paare Kupfer und Zink, Mangan und Eisen, Nickel und Cadmium. Generall werden im Untersuchungsgebiet die höheren Konzentrationen von Kupfer und Zink in der nordwestlichen Nordsee und an einzelnen Stationen auf dem Schnitt in den Atlantik hinein gefunden. Mangan- und Eisenkonzentrationen sind westlich des Pentland Firth erhöht, Nickel und Cadmium zeigen höhere Werte an Stationen im Atlantischen Ozean, an denen die Wassertiefe über 150 m liegt.

Für die gelösten Schwermetalle sind die Messungen in verschiedenen Tiefen für statistische Auswertungen zu drei Gruppen (10 m, 50–75 m und ab 100 m) zusammengefaßt worden. Vergleichbare Gradienten sind auf einigen Schnitten für Kupfer und Zink, teilweise auch für Blei und für Mangan und Eisen in den tieferen Wasserschichten zu erkennen. Nickel zeigt eine recht homogene Verteilung der gemessenen Konzentrationen über alle Wassertiefen um 4,5 nmol/kg Wasser (RSD: ±3% über das gesamte Untersuchungsgebiet und alle gemessenen Tiefen). Ähnlichkeiten ergeben sich im Muster auch für gelöstes Cadmium und Kupfer. Während aber für Kupfer im Atlantik vergleichsweise zur nordwestlichen Nordsee erkennbar niedrigere Konzentrationen gemessen wurden (Median: 1,2 nmol/kg Wasser im Atlantik), unterscheiden sich die Mediane der Cadmiumkonzentrationen in beiden Bereichen kaum. Im Vergleich zu früheren Messungen lagen die Cadmiumkonzentrationen im Herbst 1990 aber etwa doppelt so hoch (Median: 0,29 nmol/kg).

Die Anreicherungsfaktoren in Calanus wurden bestimmt im Bereich von 7·103 für Nickel bis 2·105 für Zink und Cadmium, für den Schwebstoff von 1,3·105 für Cadmium bis 3·106 für Blei.

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Copyright information

© Deutsches Hydrographisches Institut 1993

Authors and Affiliations

  • Michael Haarich
    • 1
    • 5
  • Wolfgang Kienz
    • 2
  • Michael Krause
    • 3
  • Gerd-Peter Zauke
    • 4
  • Diether Schmidt
    • 1
  1. 1.Bundesamt für Seeschiffahrt und HydrographieHamburg
  2. 2.Technische Universität Hamburg-HarburgHamburg
  3. 3.Institut für Allgemeine Botanik an der Universität HamburgHamburg
  4. 4.Fachbereich BiologieUniversität OldenburgOldenburg
  5. 5.Bundesforschungsanstalt für Fischerei Institut für FischereiökologieHamburg

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