Marine pollution network euromar-mermaid: Results of the experimental operation

Summary

The need for automated systems to monitor chemical and biochemical variables led to the definition of the EUREKA-EUROMAR project MERMAID. It was realized by several international scientific and industrial partners.

Important components were automatic nutrient analyzers and remote-controlled samplers for toxic trace substances in addition to a high-performance data management system with bi-directional telemetry units for remote-controlled network operation. These modules were implemented in the MERMAID network consisting of three sea stations, two of them set up in the Elbe estuary, and one in the Elbe-influenced coastal zone. The latter was at the same time part of the BSH-network. The data were transmitted to shore and processed at GKSS and BSH.

While in the preceding project phase the marine pollution network was established and tested, the last MERMAID phase covered its experimental operation. For this purpose, different modules were installed at the three stations. They incorporated meteorological, oceanographic, physical and chemical sensors in addition to automatic analyzers for phosphate, nitrite/nitrate and ammonium as well as specialized samplers for heavy metals and organic micropollutants. Variables were determined directly either continuously by in situ sensors or at variable time intervals by remote-controlled in situ analyzers, or they were determined indirectly by samplers allowing phase-separated multiple sampling with remote or event control of the sampling frequency.

In this contribution, the results of nutrient and heavy metal concentration time series measured in 1995 and 1996 are presented together with corresponding meteorological and oceanographic variables. The examples indicate that the transfer of nutrients and contaminants in the estuary and in the coastal zone is strongly influenced by different short- and long-term events, i.e. freshwater discharge rates and wind action. Additionally, in summer, chemical and biological processes influence the fate of these substances on their way from the river to the coastal zone to a high degree.

The present results and some earlier findings allow the conclusion that the existing monitoring procedures should be supplemented by new measuring methods. This can be accomplished by means of strategically placed fixed stations at which continuous, short-interval measurements of chemically and biologically relevant parameters are carried out. To cut down laboratory costs for trace analyses, the automated sampling should be ‘intelligent’ and event-controlled.

Zusam-menfassung

Das Fehlen von Me\systemen zur automatischen überwachung chemischer und biochemischer Stoffe führte zur Definition des EUREKA-EUROMAR Projektes MERMAID, an dessen Realisierung mehrere internationale Partner aus Wissenschaft und Industrie beteiligt waren.

Wichtige Entwicklungskomponenten waren automatische NÄhrstoffanalysatoren und fernsteuerbare Probenehmer für toxische Spurensubstanzen. Systemtechnisch wurde ein modular aufgebautes Datenmanagementsystem mit bidirektionaler Telemetrie entwickelt, das u.a. einen fernsteuerbaren Me\netzbetrieb ermöglicht.

Die neuen Module wurden in das aus drei Stationen bestehende MERMAID-Me\netz implementiert. Zwei Stationen liegen im inneren und Äu\eren ElbeÄstuar, die dritte, die gleichzeitig Station im BSH-Me\netz ist, liegt im elbebeeinflu\ten Küstenbereich. Me\daten von den Stationen wurden an die Landstationen bei GKSS und BSH übertragen und dort bearbeitet.

WÄhrend in den ersten beiden Projektphasen das Me\netz entwickelt, aufgebaut und getestet wurde, umfa\te die letze Phase den experimentell-operationellen Betrieb. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Module auf den drei Stationen installiert: meteorologische, ozeanographische, physikalisch-chemische Sensoren, automatische in-situ-Analysatoren für o-Phosphat, Nitrit/Nitrat, Ammonium und spezielle Probenehmer für Schwermetalle und organische Mikroverunreinigungen. Die Variablen wurden kontinuierlich mit Hilfe von in-situ-Sensoren bestimmt und in variablen Zeitschritten durch fernsteuerbare Analysatoren. Mit Mehrfach-Probenehmern wurden Wasserproben fernoder ereignisgesteuert gezogen, in Fluid- und Feststoffphase aufgetrennt, konserviert und spÄter im Landlabor analysiert.

In diesem Beitrag werden in den Jahren 1995 und 1996 erhaltene Ergebnisse von NÄhrstoff-Zeitreihenmessungen und von Schwermetallmessungen zusammen mit zeitgleich aufgenommenen METOCVa-riablen vorgestellt und diskutiert. Die Beispiele zeigen, da\ der Transfer von NÄhr- und Schadstoffen im Ästuar- und Küstenbereich sehr stark von Kurz- und Langzeitereignissen geprÄgt wird. Im wesentlichen sind dies unterschiedlich starke Oberwasserabflüsse und Windereignisse. ZusÄtzlich beeinflussen im Sommer chemische und biologische Prozesse die Konzentrationsverteilungen dieser Substanzen im Flu\- und Küstenbereich wesentlich.

Die hier vorgestellten Ergebnisse und die Befunde einiger vorangegangener Arbeiten führen zu der Schlu\folgerung, da\ die bislang angewendeten Monitoringverfahren durch neue Me\methoden ergÄnzt werden sollten. Dies lÄ\t sich erreichen mittels strategisch plazierter Feststationen, auf denen kurzzeitaufgelöste chemische und biologische Variablen über lÄngere ZeitrÄume gemessen werden. Um Laborkosten zu verringern, sollten Spurenstoffe intelligent, d. h. ereignisgesteuert genommen werden.