Die Ostsee als Quelle für atmosphärisches Quecksilber
Final Report Abstract
Für die Ostsee konnte mit einer neuen Methode gezeigt werden, dass das Meer eine räumlich und zeitlich variable Quelle für atmosphärisches Quecksilber darstellt. Auf vier Forschungskampagnen zu verschiedenen Jahreszeiten in die Ostsee wurden etwa im Stundentakt Messungen der Gleichgewichtskonzentration von elementarem Quecksilber im Meerwasser (Hg°eq) und der Hg° Konzentration in der Atmosphäre (Hg°atm) durchgeführt. So wurde im Winter in etwa ein Gleichgewicht zwischen Meer und Atmosphäre vorgefunden. Im weiteren Jahresverlauf wurde eine leichte Abnahme der atmosphärischen Konzentration beobachtet, wesentlicher war aber eine deutlich Zunahme der Konzentration von Hg° im Oberflächenwasser mit einem Maximum im Hochsommer und einem abnehmenden Verlauf zum Herbst. Der Fluss von Hg° wurde mit der Gasaustausch-Transfergeschwindigkeit, die von der Windgeschwindigkeit abhängt, und der gemessenen Konzentrationsdifferenz berechnet. So wurden für den Winter niedrige Flüsse mit wechselnden Richtungen von ± 10 ng/m2d, für das Frühjahr Emissionen von 25-40 ng/m2d, die im Hochsommer weiter auf 80- 150 ng/m2d zunahmen und im Herbst wieder auf ein Mittelwert von 40 ng/m2d zurückgingen, bestimmt. Das Gesamtbudget der Hg° Emissionen des Untersuchungsgebiets (etwa 60% der gesamten Ostsee) betrug 4300 ± 1600 kg im Jahr 2006. Das entspricht einer mittleren, flächenbezogenen Emission von 18 ± 7 ug/m2yr die über den atmosphärischen Depositionsabschätzungen von Gesamt-Quecksilber für das Gebiet liegt (4-15 ug/m2yr). Durch die hohe Auflösung der Daten wurde eine ausgeprägte räumliche Variabilität besonders im Sommer erkennbar. So stand diese in Einklang mit der typischen Biomasseverteilungen der Ostsee zu dieser Jahreszeit, die eine Zunahme von Südwest nach Nordost aufweist. Dies spricht für eine durch biologische Prozesse induzierten Bildung von Hg° und macht einen rein physikalischen Prozess unwahrscheinlich. Ein direkter Zusammenhang mit dominanten Cyanobakterienblüten im Sommer ist aufgrund der räumlichen Verteilungsmuster von Hg° und der genetischen Voraussetzung von Bakterien, reaktives Quecksilber (HgR) in Hg° umzuwandeln, nicht auszuschließen. Die bestimmten Konzentrationen von Hg° im Oberflächenwasser der Ostsee lagen deutlich unter denen, die für andere Meeresgebiete veröffentlicht sind, konnten aber durch ebenfalls niedrigere Konzentrationen von HgR in der Ostsee im Vergleich zum Atlantik untermauert werden. Eine Erklärung bietet das anoxische Tiefenwasser der Ostsee, das eine effiziente Senke für Quecksilber darstellt. Weiterhin wurde im Rahmen des Projekts eine Verbesserung der Hg°- Flussberechnung erzielt. Mit Hilfe von „Molekulardynamischer Simulation" konnte gezeigt werden, dass der Diffusionskoeffizient von Hg° zwischen dem von zwei bisher verwendeten empirischen Nährungsverfahren bestimmten Werten liegt und dem Diffusionskoeffizienten von CO2 sehr nahe kommt.
Publications
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2007. Variability of the gaseous elemental mercury sea-air flux of the Baltic Sea. Environmental Science and Technology, 41(23): 8018-8023
Kuss, J. and Schneider, B.
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Baltic Sea Science Congress 2007, 19.-23. März 2007: "Seasonal variability of elemental mercury emission by the Baltic Sea"
Kuss, J., Kubsch, H., Schneider, B.
