I Acta hydrochim. hydrobiol. 16 I 1978 I 1 1 3-14 I

W. MATTHAUS

Akademie der Wissenschaften der DDR, Institut fur Meereskunde, Rostock-Warnemiinde

Grundziige der Hydrographie der Ostseel

Zusammenfassung : Wegen der okonomischen Bedeutung der Ostsee und der verqtiirkten Nutzung ihrer Ressourcen wird ein zusammenfassender Uberblick der hydrographischen Verhiiltnisse ge- geben. Ausgehend von der Morphologie dieses Seegebietes werden Angaben eum Wasserhaushalt gemacht und die Grundzuge des horizontalen und vertikalen Austausches sowie sein EinfluB auf die Temperatur, den Salzgehalt und die Sauerstoffkonzentration erliiutert. Die regionalen Unter- schiede der thermohalinen Schichtung sowie die Langzeitvariationen von Temperatur, Salzgehalt und Sauerstoffgehalt werden kurz skizziert.

Einfiihrung

Die Ostsee ist eines der groaten Brackwassergebiete der Erde mit erheblicher okonomischer Bedeutung. Alle sieben Ostseeanlieger Bind hochentwickelte Industriestaaten, die zusammen etwa, 150/, aller Industrieprodukte der Erde erzeugen. Eine groBe Anzahl von Stadten ist an ihren Ufern gelegen ; viele Kiistenabschnitte sind stark industrialisiert. Dies zwingt zum Neu- und Ausbau von Hafen, fur den die Ostsee mit ihren Meerbusen, zahlreichen Inseln, FluBmiindungen und Buchten sehr geeignet ist. Geschbtzt wird, daB nahezu 20 Mio Menschen allein in den Kiistenge- bieten leben; fur das gesamte Einzugsgebiet der Ostsee (ca. 1,6B Mio km2) wird gegenwiirtig mit 140 Mio Menschen gerechnet.

Belte und Sund haben den dichtesten Schiffsverkehr der Erde. Die uber die Ostsee transportier- ten Handelsgiiter machten Anfang der 70er Jahre knapp 10% des geamten Weltseehandels aus. Der Fischfang in der Ostsee betriigt gegenwiirtig iiber 800000 t/a. Ihre Kustenregion dient in stei- gendem MaBe als Ferien- und Erholungsgebiet.

Durch verstarkte industrielle und kommunale Aktivitlten nimmt der Eintrag von Abfiillen aller Art zu. Zusiitzlich geIangen zahlreiche Abstoffe auf indirektem Wege, z. B. uber die Atmo- sphiire, in die Ostsee. A l s Folge der verstarkten Nutzung des Meeres und Meeresgrundes (Er- schlieBung des Fostlandssockels, Rohstoffgewinnung aus Meerwasser, Nutzung der marinen Ressourcen fur die menschliche Erniihrung, Meerwasser als Kiihlmittel fur Kraftwerke) er- geben sich weitere Verunreinigungsquellen. Ein Uberschreiten der Belastbarkeitsgrenze der Ost- see, das bei bedenkenloser unkontrollierter Abfalleinleitung moglicb ist, kann zu irreversiblen, ungiinstigen Veriinderungen der marinen Umwelt fuhren, wie sie aus vielen Binnengewassern bekannt sind.

Seit der letzten Eiszeit besaB das in der Ostseemulde vorhandene Wasserreservoir wechselnd marinen und limnischen Charakter. Die seit Beginn dieses Jahrhunderts zu beobachtende Entwicklung kann zu einem Teil auf derartige naturliche Langzeitvariationen zuriickgefiihrt werden. Die heutigen Kenntnisse iiber den Wasser- und Stoffhaushalt der Ostsee, die Zirkulation

1 Vortrsg, geiialterr auf clerri Syniposiurir , , \~ns~~~i i i l ia l t s f i tof fe nnd \Vasfierfichadstoffe in der Ostsee, in den Kilstengewiis- scrrr und dereii Einzugsgebirte”, ltostock, Mu1 1976.

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der Wassermassen, den horizontalen und vertikalen Austausch, die chemischen und biologischen Vorgiinge sowie ihre komplexen Wechselwirkungen gestatten noch keine Aussage, in welchem MaSe die Ostsee mit Abprodukten belastbar ist. Di: vor allem in den letzten Jahrzehnten be- obacliteten Veranderungen sind moglicherweise bereits Signale einer erheblichen Verunreini- gung. Deshalb sind grodere Anstrengungen auch Bur Erforschung der physikalischen Charak- teristika der Ostsee zur Interpretation der chemischen und biologischen Vorgiinge und ihrer kom- plexen Wechselwirkungen erforderlich.

Norphologie

Die Ostsee ist ein relativ stark gegliedertes flaches Nebenmeer (intrakontinen- tales Mittelnieer) des Atlantischen Ozeans. Bei einer GesanitflEche (einsehliefllich Kattegat) von rd. 415 100 kni2, einem Wasserinhalt von etwa 21 700 h i 3 iind einer niittleren Tiefe von 52 m vollzieht sich der Austausch mit der Nordsee nur uber die verhaltnismiiflig engen und flachen Belte und den Sund (Gesamtquerschnitt ca. 0,35 kmz).

Die regionale Gliederung der OberflSiche umfaflt nach morphologischen und hydro- grephischen Gesichtspunkten funf Teilgebiete : das Uhergangsgebiet zur Nordsee, die eigentliche Ostsee, den Rigaer Meerbusen, den Finnischen iind den Bottnisclien Meer- busen. Ostlich der Darner Schwelle iind sudlich der Drogden-Schwelle, die mit Sattel- tiefen von 17 bzw. 7 m die flachsten Stellen zwischen Nord- und Ostsee bilden, be- ginnt die eigentliche Ostsee. Rigaer und Bottnischer Meerbusen sind drirch Inseln und submarine Schwellen und Riicken weitgehend von der eigentlichen Ostsee abge-

Arkono- Bornholrn - I s e e I see I Gstliche Go t londsee I westliche Gotlondsee

Abb. 1. (jeneralisiertes Profil des Meeresgrundes entlang des Talweges durch die zentrale Ostsee sowie Grenzen der Seegebiete und Tiefenbecken (nach MATTHAUS 197813)

Tech n isc he Hat hocha J 8 \. a - 3 h 0 8 e,nrner"

B,bliothek

Grundziige der Hydrographie der Ostsee 5

riegelt. Nur der Finnische Meerbusen hat ungehinderte Verbindungen zu den zentra- len Teilen.

Bei der Erliiuternng einiger Grundzuge der Hydrographie ist besonders die eigent- liche Ostsee (auch als ,,zentrale Ostsee" bezeichnet) von lnteresse, die aus vier groSen Seegebieten besteht (Abb. 1). Die einzelnen Seegebiete besitzen auf Grund des Boden- reliefs ein oder mehrere Tiefenbecken. Sowohl die Satteltiefen zwischen den Becken als auch die maximalen Tiefen, die fur die Schichtung in den Becken und den Wasser- austausch zwischen ihnen von besonderer Bedeutung sind, nehmen von den diinischen Meerengen in Richtung auf die zentralen Teile der Ostsee zu. Abbildung 1 gibt ein generalisiertes Profil entlang des Talweges durch die zentrale Ostsee.

Das westlichste Teilgebiet der zentralen Ostsee ist die Arkonasee (Abb. 1). Rund ein Viertel der Gesamtflache dieses Seegebietes weist Tiefen von mehr als 40 m auf. Die Schwelle zwischen Schonen und der Insel Bornholm gestattet mit einer maxi- malen Tiefe von 45 m einen nahezu ungehinderten Austausch mit der Bornholmsee, die ostlich von Christians0 im Bornholmtief 105 m Tiefe erreicht. Den Wasseraustausch niit der Gotlandsee ermoglicht vor allem die 60 m Satteltiefe aufweisende Slupsker Schwelle, die in die Slupsker Rinne eingebettet ist.

Durch die lnsel Gotland und ihre untermeerischen Fortsetzungen wird die Got- landsee, das ausgedehnteste Teilgebiet der zentralen Ostsee, in einen sehr vie1 grooeren ostlichen und einen westlichen Teil getrennt. Beide Teilgebiete gliedern sich in mehrere Tiefenbecken (Abb. 1). Das ostliche Gotlandbecken, eines der markantesten Tiefenbecken der gesamten Ostsee, erreicht im Gotlandtief auf 57" 20' N und 20" 03' E (BY 15 A) mit 249 m seine groSte Tiefe. Die grol3te Tiefe der Ostsee wird niit 459 m auf 58" 35' N und 18' 14' E im Landsorttief (BY 31 A) gelotet, einer schmalen Rinne niit nordost-siidwestlicher Erstreckung in der westlichen Gotlandsee.

Wasserhaushalt und Austausch

Die Ostsee liegt im Ubergangsgebiet zwischen ozeanischem und kontinentalem Klima. Die betrachtliche SiiBwasserzufuhr zur Ostsee ist verantwortlich fur eine po- sitive Wasserbilanz. Nach Untersuchungen von BROGMUS betragt die langjahrige mittlere Wasserzufiihrung (einschlielllich Beltsee) durch Festlandsabfliisse 479 km3/a. Niederschlag und Verdunstung halten sich mit 183 km3 im Jahre die Waage. Dabei nehmen Bottnischer, Finnischer und Rigaer Meerbusen, etwa 42% der Gesamtober- flache der Ostsee, fast 720/, der gesamten StiBwasserzufuhr auf. Aus dem UberschuS an SiiSwasser resultiert in den oberflachennahen Schichten im Mittel ein Ausstrom von salziirmerein Wasser aus der Ostsee, der sich auf 1216 km"a beliiuft. Der Einstrom unter der Voraussetzung anniihernd konstanter Wasserfiillung des Ostseebeckens betragt nach BROGMUS im langjahrigen Mittel 737 km3/a.

In den Einzeljahren kann der Wasserhaushalt vorrangig durch Variation der SiiSwasserzufuhr betrachtlichen Schwankungen unterliegen. Im Rahmen eines inter- nationalen Projektes der Ostseestaaten ist die priizisierte Bestimmung der Wasser- massenbilanz der Ostsee Gegenstand intensiver Untersuchungen.

Wiihrend der Zustrom von SiiBwasser eine permanente Erscheinung darstellt, ist der Einstroin von salzreichem Wasser uber die diinischen Meerengen sporadischer Natur. Das bei gewohnlichen Einstromlagen haufiger hervorgerufene und in kleinen

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Mengen vor sich gehende, quantenweise Eindringen salzreichen Wassers - als Intrusion bezeichnet - ist nur ortlich begrenzt von Bedeutung. Extreme Einstrom- lagen bringen unter besonderen meteorologischen und ozeanologischen Bedingungen (DICKSON ; HUPFER) groBere Wassermengen hohen Salzgehaltes in die Ostsee, so- genannte Salzwassereinbriiche (WYRTKI ; B'ONSELIUS 1969 ; FRANCKE und NEHRING ; WOLF), die fiir die hydrographischen Verhaltnisse im Tiefenwasser von entscheiden- der Bedeutung sind.

Der FestlandsabfluB entwickelt eine perinanente, salzarrne und spezifisch leichtere OberflSichenschicht (Abb. 2), die charakteristische JahresgLnge vcrschiedener ozeanolo-

25 5A 3c 9A .15A 20A 2 8 8 25A 23B 0

100

200

rn

kono- Bornholm- Gdonsker cken becken

3. 10. - 24.10.1969

I G o t k n d t i e f I 300 ' 1

Abb. 2. Verteilung des Salzgehaltes in der zentralen Ostsee in %o im Oktober 1969 pach NERRING und FRANCKE 1973)

gischer Parameter aufweist. Das iiber Belte und Sund eindringende salzreichere Kattegat- bzw. Nordseewasser breitet aich entsprechend seiner Dichte in tieferen Wasserschichten aus (Abb. 2). Dadurch ist die Ostsee ganzjiihrig halin geschichtet. Eine Salzgehalts- und Dichtesprungschicht unterschiedlicher Intensitllt trennt beide Schichten. Sie wird meist noch durch eine .Thermokline verstarkt. Im Sommer ent- steht dariiber hinaus in 10 . . . 30 in Tiefe eine weitere scharfe Thermokline. Ein Aus- tausch zwischen Oberflachen- und Tiefenwasser ist dadurch ganz jilhrig weitgehend unterbunden.

0 6erfMchenxasser

Das gut durchliiftete OberflSichenwasser ist anniihernd hoinohalin und hat im Mittel einen Salzgehalt von etwa 16 g/l in der westlichen Beltsee, 8 . . , 6 g/l in der zentralen Ostsee (Abb. 2) und geht von den Eingangen bis zu den inneren Teilen des Finnischen und Bottnischen Meerbusens von 6 auf 2 g/l zuriick. Die Starke der nahezu homo- halinen Schicht ist regional. verschieden und unterliegt zeitlichen dnderungen. Sie ninimt von 2 5 . . .35 m in der Arkonasee auf 50. . .60 in in der Gotlandsee zu (Abb. 2 ) .

Grundziige der Hydrographie der Ostsee 7

Ihre Stlirke variiert sowohl in Abhiingigkeit von Salzwassereinbriichen als auch von slkularen Einfliissen.

Die Oberfllchenschicht unterliegt einem Jahresgang von Temperatur und Salz-

Monate J F M A M J J A S O N D -

A r k o n a t i e f T OC

8

4

0

Born h bl mt ie f

8 ::! 4 0

-

Abb. 3. Mittlere Jahresgiinge der Tem- peratur in der Arkona-(BY 2 A), Born- holm- (BY 5 A) und ostlichen Gotland- see (BY 15 A) (nach MATTHAUS 1977)

16

12

8

4

0

Abb. 4. Mittlerer Jahresgang des Gehalts an gelostem Sauerstoff im Oberfliichenbereich des Gotlandtiefs (BY 15 A) (nach MATTHAUS 1978 a) , ( I ml O2/1G1,43 mg 02/1)

G o f l and t ie f

60 rn

Monate J F M A M J J A S O N D

' 1 3 ' 1 3 ' 13 ' 18 '201Y3 ' 3 0 ' 2 8 ' 11 ' 1 5 ' 1 9 ' 1 0 ' 02 m l / /

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gehalt, der von der Meeresoberfliiche ausgeht und durch den jiihrlichen Gang einer Reihe meteorologischer Elemente bestimmt wird. Diese Jahresgiinge sind eine fur das Seegebiet charakteristische Erscheinung (Abb. 3). Der im wesentlichen durch den jiihrlichen Gang der Strahlung hervorgerufene Temperaturgang beeinfluBt eine Reihe weiterer Parameter, wie z. B. den Sauerstoffgehalt (Abb. 4), die je nach dem Grad der Abhiingigkeit von der Temperatur entsprechende periodische Variationen zeigen. Der Jahresgang des Salzgehaltes, der durch die jahreszeitliche h d e r u n g des Fest- landsabflusses, der Bildung und des Schmelzens des Ekes sowie der Verdunstung und des Niederschlages gepriigt wird, hat nur eine kleine Jahresamplitude. Die jahr- lichen Variationen bleiben aber nicht auf die Meeresoberfliiche beschriinkt, sondern beeinflussen in regional verschiedenem MaBe je nach Konvektion, Turbulenz und advektivem Austausch die tieferen Wasserschichten und bestirnrnen so den jahres- zeitlichen Gang im thermohalinen Aufbau des Oberfliichenwassers.

Gegenuber anderen Meeren ist die vertikale und horizontale Durchmischung in der Ostsee wegen der fehlenden Gezeitenstrome erschwert. Die im Herbst und Winter niit der Abkiihlung der oberflachennahen Schichten einsetzende Konvektion sowie die Durchmischung infolge des Seegangs, die durch die regelmiifiige Vereisung einiger Teilgebiete behindert wird, reichen nur bis in den Bereich oberhalb der Halokline. Das salz- und niihrstoffreiche Tiefenwasser ist weitgehend vom Austausch mit dem gut durchliifteten Oberfliichenwasser ausgeschlossen.

Tie f enwasser

Die hydrographischen Bedingungen im Tiefenwasser variieren in Abhangigkeit von der Region der Ostsee. Das eingestromte Wasser unterliegt auf dem Wege in die zentralen Teile neben der Vermischung mit dem umgebenden Wasser auch che- misch-biologischen Einfliissen. Die Ausbreitung salzreichen Tiefenwassers wird durch die nicht einheitliche Tiefe verzogert (Abb. 1). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist aul3erdem von der Dichte und Menge des eingestromten Wassers abhiingig. Die zeitliche Verschiebung zwischen den Salzwassereinbriichen in die Ostsee und ihren Auswirkungen in den zentralen Becken betriigt einige Monate bis iiber ein Jahr.

Weitgehend gegen den offenen Ozean abgeschlossene Seegebiete niit einer stabilen Dichteschichtung werden als stagnierende Becken bezeichnet. Sie weisen hinsicht- lich ihrer Zirkulation sowie der physikalischen, chemischen und biologischen Ver- hiiltnisse Besonderheiten auf (RICHARDS ; FONSELIUS 1970; SCHULZ ; GRASSHOFF). Das Tiefenwasser besitzt nur einen begrenzten Sauerstoffvorrat, der durch biochemi- sche Oxydationsprozesse zu einem standigen Sauerstoffdefizit fuhrt. Zeitweise bildet sich in den Becken sogar Schwefelwasserstoff (Abb. 5 ) , der vom Meeresgrund bis in die Bereiche unterhalb der Halokline eindringt (NEHRING und FRANCKE 1973). Die Halokline macht das Tiefenwasser auch zu einer Niihrstoffalle, die hohe Konzentra- tionen organischer Abbauprodukte akkumuliert. Nur der sporadische Einstrom salzreichen Wassers aus dem Kattegat ermoglicht eine wirksame Erneuerung des Tiefenwassers und die Verbesserung der Sauerstoffverhiiltnisse. Bei groBriiuniigen Umschichtungen wahrend der Salzwassereinbruche werden die im Tiefenwasser ak- kumulierten Niihrstoffe reaktiviert und teilweise den1 Niihrstoffkreislauf der Ostsee wieder zugefiihrt.

Da eine effektive Erneuerung nur durch advektive Vorgiinge moglich ist, ergibt

-

Grundziige der Hydrographie der Ostsee 9

12 18 24 H 2 S : 2 m i 02/1 :

ganzjahrig ---- April 1975

April und Oktober /November 1975

Oktober / November 1975

Abb. 5. Verteilung der Gebiete mit Schwefelwasserstoff in der grund- nahen Schioht der zentralen Ostsee 1975 (nach NEHRING und FRANCKE 1976), (1 ml 02/1&1,43 mg 02/1)

sich fur die regionale Verteilung des Salzgehaltes im Tiefenwasser eine Abnahme mit der Entfernung des Beckens von den Ostseezuglingen (Abb. 2). Salzwasserintru- sionen erreichen nur das Arkona- oder Bornholmbecken. Bei stlirkeren Einstromen gelangt das salz- und aauerstoffreiche Wasser entweder direkt iiber die Slupsker Rinne ins Gotlandbecken oder verdriingt das vorhandene Wasser aus dem Bornholm- becken in ostliche Richtung. Salzwassereinbruche machen sich uber Arkona- und Born- holmbecken hinaus im allgemeinen nacheinander in allen Teilen des Gotlandbeckens bemerkbar und verursachen durchgreifende Bnderungen. Beispielsweise brachte der grol3te bisher beobachtete Salzwassereinbruch Ende 1951 - bei dem etwa 200 km3 Wasser mit einem mittleren Salzgehalt von 22 g/l in die Ostsee einstromten - im Bornholmbecken in 80 m eine Erhohung des Salzgehaltes und der Temperatur um etwa 4 g/1 bzw. 2,5 Grad, im Gotlandtief Mitte 1952 in 200 m noch eine Erhohung von rund 1 g/1 bzw. knapp 1 Grad und im Landsorttief in 400 m nur noch ein Anstei- gen urn etwa 0,5 g/l bzw. wenige Dezigrad.

Den Wassererneuerungen folgen kiirzere oder langere Stagnationsperioden, wobei zum Teil ein betrachtlicher Ruckgang des Salz- uhd Sauerstoffgehalts sowie die Bildung von Schwefelwasserstoff stattfinden (Abb. 5). Dieser Ruckgang ist im Tiefen- wasser der westlichen Becken stiirker, erreicht aber im Gotlandtief in 200 m noch mittlere Werte bis zu 0,4 g/l bzw. 2,O mg 02/1 im Jahr (MATTH~US 1973).

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Thermohaline Schichtung

Die komplexen hydrographischen Verhiiltnisse resultieren in einer in Rauin und Zeit veriinderlichen thermohalinen Schichtung des Ostseewassers mit Extrema im Win- ter und im Sommer. Dazwischen existieren Ubergangssituationen, die im Oberflachen- wasser insbesondere durch den Jahresgang der Temperatur beeinfluBt werden.

Im Winter ist ini allgemeinen eine einfache Schichtung vorhanden. Eine schwache Thermokline und die Halokline trennen das salzarme baltische Winterwasser vom salzreichen Tiefenwasser. Dabei ist in den flachen westlichen Gebieten der Ostsee eine thermische Schichtung im Wechsel mit homogenen Verhiiltnissen zu erwarten, in den flachen Randgebieten der zentralen Ostsee entsteht dagegen kaum eine Schichtung. Mit fortschreitender Erwiirmung des Oberflkchenwassers im Fruhjahr wird das Winterwasser in der Tiefe der zentralen Ostsee konserviert, und es stellt sich die sommerliche Schichtung ein.

Zwei Haupttypen der sommerlichen Schichtung der Ostsee konnen unterschieden werden. Beim Typ der engen und flachen Gewiisser (Beltsee, DarBer Schwelle, west- liche Randgebiete der Arkonasee), der durch zwei Wasserarten gekennzeichnet ist, fallen thermische, haline und Dichtesprungschicht praktisch zusammen. Der Typ der relativ grol3en und tiefen Becken (Arkona-, Bornholm-, Gotlandbecken) ist durch eine dreifache, oft sogar vierfac'he Schichtung gekennzeichnet. Bei diesem Typ existieren zwei Sprungschichten, die sehr scharfe Thermokline in ca. 10. . .30 m Tiefe und die haline bzw. Dichtesprungschicht in 40.. . 70 m Tiefe. Zwischen sommerlicher Thermokline und permanenter Halokline lagert das kalte Zwischenwasser, in dem die thermischen Friihjahrsverhiiltnisse den ganzen Sommer uber nahzu unveriindert erhalten bleiben.

Die kompliziertesten Schichtungsverhiiltnisse herrschen im Arkonabecken, der ,,hauptsachlichsten Mischpfanne der ganzen Ostsee". Unter der warmen Deckschicht, die im Sommer bis in 20 . . . 25 m Tiefe reicht, liegt durch die teilweise sehr scharfe Thermokline getrennt, das kalte Zwischenwasser, das offenbar betrachtlichen advek- tiven Verschiebudgen unterliegt und sich mit dem umgebenden Wasser vermischt. Das im Hochsonimer beobachtete kalte salzarme Wasser gelangt durch Schwingungs- vorgiinge aus dem Bornholmbecken uber die Bornholmschwelle ins Arkonabecken und weist in1 allgeineinen ,,hopfen- oder ballenformige" Strukturen auf. Unterhalb der salzarmen Deckschicht bzw. des Zwischenwassers sind haufig quantenartige Einschube schmaler wiirnierer Wasserkorper zu beobachten, die von Westen uber die DarBer Schwelle vordringen. Diese Warmwasserintrusionen mit nur geringen vertikalen Machtigkeiten lagern sich entsprechend ihrer Dichte innerhalb der Salz- gehalts- und Dichtesprungschicht untereinander und verursachen mehrere inter- mediiire Temperaturmaxima und -minima. Salzreiches Tiefenwasser liegt nur in einer dunnen Schicht am Boden des Arkonabeckens.

In1 Bornholmbecken lagert unterhalb der Thermokline stiindig das kalte Zwischen- wasser. Die im Arkonabecken auftretenden Warmwasserintrusionen konnen bis ins Bornholmbecken vordringen und sich dort entsprechend ihrer Dichte einschichten. Unterhalb der halinen iind Dichtesprungschicht in 50.. .60m liegt das salzreiche und wiirmere Tiefenwasser, dessen Salzgehalt im allgemeinen zum Boden hin zunimmt .

Im Gotlandbecken treten weniger komplizierte Schichtungsverhiiltnisse auf. In

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dem unterhalb der sommerlich warmen Deckschicht liegenden kalten Zwischenwas- ser wurden im ostlichen Gotlandbecken schwache und schmale Temperaturinversionen mit intermediliren Temperaturmaxima beobtwhtet. Auch die oberhalb der Halo- kline in 50 . . . 60 m liegende Kernschicht des intermediiiren Temperaturminimums ist keine einheitliche Kaltwasserschicht, sondern weist eine geringe thermische Struk- tur auf. Nach unten wird dieses kalte Winterwasser durch eine sekundiire Thermo- kline begrenzt, die sich mit der Salzgehalts- und Dichtesprungschicht "deckt. Im Tie- fen- und Bodenwasser nehmen Temperatur und Salzgehalt mit der Tiefe kontinuier- lich zu.

der Temperatur im Tiefenwasser des Got- landtiefs (BY 15 A) (nach MATTHAUS

4

Siikulare Variationon

Neben den jahreszeitlichen Verlnderungen unterliegen die ozeanologischen Para- meter und auch der thermohaline Aufbau der Ostsee sowohl im Oberfliichenbereich als auch besonders im Tiefenwasser, sakularen Variationen. So haben Salzgehalt

*. - * L 2'' - - :

T OC

1880 I900 1920 1940 1960 1980 s o j o o I I I I 1

O m

.- . 50 m

. . nen des Salzgehaltes im Gotlandtief IoLEl 2oom;*..:.- ;--$ -? I Abb. 7. Mittlere langjiihrige Variatio-

(BY 15 A) (nach MATTHAUS 1978b) 1880 1900 1920 1940 1960 1980

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und Temperatur seit Beginn diesee Jahrhunderts im Mittel in der gesamten Ostsee zugenommen (Abb. 6, 7). Dieser Anstieg setzte in den zentralen Teilen friiher ein als in den durch submarine Schwellen abgetrennten nordlichen Teilgebieten der Ostsee und erfaBte die gesamte Wassermasse. Nach dem groBen Salzeinbruch Ende 1951 ist im Tiefenwasser der zentralen Becken jedoch wieder ein Ruckgang zu verzeichnen (Abb. 6, 7 ) .

Diese Veriirfderungen und ihre Ursachen sind seit Jahren Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Es zeigt sich eine enge Wechselwirkung zwischen langzeitigen Ver- anderungen des Salzgehaltes einerseits und dem Wasaeraustausch durch die diini- schen Meerengen, den langjahrigen Schwankungen des Festlandsabflusses zur Ost- see, der Tiefenstromung und den Zuflussen salzreichen Kattegatwassers anderer- seits, die wiederum insgesamt auf Schwankungen der atmospharischen Zirkulation zuruckgefiihrt werden.

Die Sauerstoffverhaltnisse im Tiefenwasser haben sich im Laufe der letzten 70 Jahre zunehmend verschlechtert (Abb. 8), wobei sich aeit Anfang der sechziger Jahre

* .. .* .. . . f .: .r * . . .

! Abb. 8. Mittlere langjiihrige Variationen des Sauerstoffgehalts im Tiefenwasser des Gotlandtiefs (BY 15 A) (nach MATT- HAUS 1078b), (1 ml 0,/1 &1,43 rng 02/l; -2

I I I I I - 1 nil 02/1 e 0 , 7 7 mg H2S/1) 7990 7920 1940 7960 4980

eine Tendenz zu groBeren mittleren jiihrlichen Abnahmen abzuzeichnen scheint (MAT- THAUS 1973). Bemerkenbwert ist ein verstarktes Auftreten betrachtlicher Konzentra- tionen von Schwefelwasserstoff in den einzelnen Becken ( FONSELIUS 1969 ; NEHRING und PRANCKE 1973).

Analysen an Sedimentkernen aus dem Gotlandtief (NIEMISTO und VOIPIO) deuten zwar auf Stagnationsperioden der Ostsee wiihrend der vergangenen drei Jahrhunderte hin. Im Gegensatz zu fruheren Perioden muB heute der zunehmenden Einleitung industrieller und kommunaler Abprodukte Beachtung geschenkt werden, zunial neben oxydierbarer organischer Substanz in verstiirktem MaBe auch Mikronahrstoffe in die Ostsee eingebracht werden (VOIPIO). Selbst das in die Ostsee einstromende salzreiche Wasser kann zeitweilig stark mit organischen Stoffen belastet sein (NEH- RING), die wahrend des Vordringens in die zentralen Becken abgebaut werden.

Zur Zeit ist ungekliirt, ob die gegenwartige Verschlechterung der Sauerstoff- verhiilt,nisse im Tiefenwasser ein natiirlicher Vorgang oder eine Folge der zunehmen- den Ahwassereinleitung in die Ostsee ist. Zunachst wiire die h d e r u n g der hydro-

Grundzuge der Hydrographie der Ostsee 13

graphischen Faktoren (Zunahme von Salzgehalt und Temperatur) als primiire Ur- sache anzusehen. Andererseits wird durch die erhohte Zufuhr von Niihrstoffen und organischen Substanzen die Bildung von Schwefelwasserstoff gefordert, was die Ver- schlechterung des Sauerstoffregimes im Tiefenwasser beschleunigt. In flacheren Seegebieten der Ostsee wurden bereits Zusammenhange zwischen Abwasserbelastung, Eutrophierung iind Sauerstoffverhaltnissen nachgewiesen.

SchluSbetrachtungen

Zur Reinhaltung der Ostsee durch alle Ostseeanliegerstaaten iet eine koordinierte niultinationale Zueammenarbeit bei der Untersuchung der physikalisch-dynamischen und cheiiiisch-biologischen Vorgange sowie der Verminderung des gegenwiirtigen Abprodukteintrages notwendig. Alle Regionen der Ostsee sind mehr oder weniger bedroht, so daB ein Schutz von Teilgebieten bei Fortbestehen der Verschmutzung auf lange Sicht nicht gewahrleistet ist. Diesem Bemuhen dienen nationale gesetz- liche MaBnahmen und internationale Abkommen, wie die ,,Convention on Fishing and Conservation of the Living Resources in the Baltic Sea and the Belts" (Gdansk 1973) und die ,,Convention on the Protection of the Marine Environment of the Baltic Sea Area" (Helsinki 1974).

Eine im Jahre 1971 vom International Council for the Exploration of the Sea (ICES) und den1 Scientific Committee on Oceanic Research (SCOR) gemeinsam geschaffene Arbeitsgruppe Zuni Studium der Verunreinigung der Ostsee, in der Vertreter aller Ostseestaaten mitwirken, legte 1973 einen Bericht vor, in dem ein genieinsames Aktionsprogramm fur das weitere Studium und den Schutz der Ostsee vorgeschlagen wird. Hierin wurde ein mehrjahriges internationales Programm zur Untersuchung der Verunreinigung unter der Bezeichnung ,,International Baltic Pollution Studies (IBPS)" formiert, dessen erster Abschnitt im September 1977 als BOSEX-77 (Baltic Open Sea Experiment) in Angriff genommen wurde.

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Anschrift des Verfassers: Dr. so. nat. W. MATTHAUS, Akademie der Wissenschaften der DDR, Institut fiir Mcereskunde, DDR-253 Rostock-Warnemiinde, Seestr. 15.