Concepts for conventional marine munition remediation in the German North and Baltic Sea - CONMAR; Teilprojekt CONMAR-Habitat: Raum-zeitliche Variabilität der Benthosgemeinschaften und abiotischen Parameter in Munitionsversenkungs- und Referenzgebieten in Nordsee und Ostsee

Abstract

Ziel von CONMAR-Habitat ist es, detaillierte Informationen über die Biodiversität und funktionelle Diversität von benthischen Makrofaunagemeinschaften in Munitionsversenkungs- und Referenzgebieten zu liefern. Diese werden zusammen mit hydroakustischen Backscatterdaten und verschiedenen Umweltparametern wie geografische Lage (Falshöft vs. Kolberger Heide vs. Lübecker Bucht), Tiefe (sogar im Bereich von 15–19 m wie im Haffkrug), Sedimentgehalt (Schlick vs. Sand), Konzentration an Sprengstoffen in den Sedimenten (TNT und seine Derivate – 2-ADNT und 4-ADNT) und die Nähe zu den Munitionsobjekte statistisch analysiert, um detaillierte Habitatkarten zum Vorkommen der Benthosarten in den Munitionsversenkungs- und Referenzgebieten zu generieren. CONMAR-Habitat wird die Ergebnisse im Rahmen von CONMAR nutzen, um auf der Grundlage ökologischer und sozioökonomischer Überlegungen Bewertungen von Sanierungsansätzen vorzunehmen. CONMAR-Habitat beteiligt sich auch an der transdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Interessenvertretern aus der Industrie, von Regierungsorganisationen, NGOs, ökologischen und politischen Organisationen und Forschern, um Forschungsergebnisse während der Co-Entwicklungsphase zu diskutieren, die CONMAR-Ergebnisse in der Endphase mit zu bewerten und Folgeaktionen, -prozesse und -initiativen nach dem Projekt mit zu entwickeln. Arbeitsplan, Zeitplan und Kostenplan wurden eingehalten, alle Meilensteine wurden erreicht. Ergebnisse: Im Zeitraum 2022–2024 wurden in der deutschen Ostsee während vier Expeditionen insgesamt drei Munitionsverklappungsgebiete untersucht, darunter die Kolberger Heide, Haffkrug (Lübecker Bucht) und Falshöft. Insgesamt wurden mit dem 0.1 m 2 van-Veen Greifer 553 Makrofaunaproben genommen, die in Transekten angeordnet waren, mit einem relativen Abstand von 50–100 m zwischen den Stationen. Jede Probe wurde durch ein 1-mm-Sieb gewaschen und mit 4 % gepuffertem Formalin fixiert. Im Labor wurden alle Organismen bis zur niedrigstmöglichen taxonomischen Ebene identifiziert, gezählt und gewogen (Nassgewicht). In den verarbeiteten Proben aus der Ostsee wurden insgesamt 260 Arten identifiziert. Die meisten davon waren in der Ostsee weit verbreitete und bereits mehrfach gefundene Taxa. Zu diesen Arten gehörten die dominanten Polychaeten Scoloplos armiger, Pygospio elegans und Polydora cornuta sowie die Mollusken Peringia ulvae, Kurtiella bidentata und Mytilus edulis. In den tieferen östlichen Teilen des Haffkrugs waren die Abundanzen jedoch mit einigen Dutzend Individuen aus 2–7 Taxa und schlickigen Sedimenten (Schlickgehalt >95 %) extrem niedrig. Die Sauerstoffmessungen zeigten in Tiefen über 18 m deutlich niedrigere Sauerstoffkonzentrationen, die das bekannte Phänomen des regelmäßigen Sauerstoffmangels widerspiegeln, der in tieferen Teilen der südwestlichen Ostsee aufgrund des eingeschränkten Wasseraustauschs auftritt. Zu den untersuchten Umweltvariablen, die die Struktur und Verteilung der Makrofauna-Gemeinschaften beeinflussen, zählten: geografische Lage (Falshöft vs. Kolberger Heide vs. Lübecker Bucht), Tiefe, Sedimentgehalt (Schlick vs.Sand), Konzentration an Sprengstoffen in den Sedimenten (TNT und seine Derivate – 2-ADNT und 4-ADNT) und die Nähe zu Munitionsobjekten. Die geografische Lage spiegelt wahrscheinlich andere Variablen wie Salzgehalt, Temperatur, Strömungen und andere physikalische Parameter wider. Die Abhängigkeit der benthischen Makrofauna von der Tiefe ist sowohl in der Ostsee als auch weltweit bekannt. In unseren Proben ist die Tiefenspanne jedoch sehr gering und variiert innerhalb des Gebiets um wenige Meter. Der Effekt sollte gering sein. Die Abundanz- und Biomasseabnahmen sind dennoch stark, wie für Haffkrug gezeigt wurde. Ein autokorrelierter Parameter mit der Tiefe könnte, wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, ein regelmäßiger Sauerstoffmangel sein. Die Sedimentzusammensetzung, die von nahezu reinem Grobsand in Falshöft bis zu sehr feinem Schlick im östlichen Haffkrug reichte, korrelierte mit der Tiefe und den Sauerstoffkonzentrationen. Daher ist es schwierig, die Auswirkungen der Sedimentstruktur von Sauerstoffschwankungen zu trennen. Der toxische Einfluss der explosiven Verbindungen, einschließlich TNT, wurde in keiner der untersuchten Sedimentproben aus den Munitionsdeponien auf der Ebene der benthischen Makrofauna-Gemeinschaft nachgewiesen. Einige Arten zeigten jedoch signifikante positive Korrelationen mit den TNT-Konzentrationen, vor allem der Polychaet Spio goniocephala. Diese Art ist recht gut erforscht, obwohl ihre Biologie keine Hinweise auf die analysierten Korrelationen liefert. Diese könnten entweder auf ihre höhere Toleranz gegenüber erhöhten TNT-Konzentrationen zurückzuführen sein oder komplexere interspezifische Beziehungen im benthischen Ökosystem widerspiegeln. Die analysierte Korrelation von Abundanz, Biomasse und Diversität der Makrofauna mit der Nähe zu den Munitionsgegenständen wurde nicht erwartet. In Haffkrug wurde festgestellt, dass Abundanz und Biomasse der Makrofauna in einer Distanz von 10–20 m zu den Munitionsgegenständen signifikant zunahmen. Ein vermuteter Grund für dieses Ergebnis ist, dass das harte Substrat in der südwestlichen Ostsee selten vorkommt. Es ist bekannt, dass verschiedene Arten harten Untergrund bevorzugen. Nachdem die verklappte Munition im Rahmen künftiger Sanierungsmaßnahmen vom Meeresboden entfernt wird, sollte erwogen werden, sie durch andere, umweltfreundliche harte Substrate zu ersetzen. Datei-Upload durch TIB The aim of CONMAR-Habitat is to provide detailed information on the biodiversity and functional diversity of benthic macrofauna communities in munitions sinking and reference areas. This will be combined with hydroacoustic backscatter data and various environmental parameters such as geographical location (Falshöft vs. Kolberger Heide vs. Lübeck Bay), depth (even in the range of 15-19 m as in Haffkrug), sediment content (silt vs. sand), concentration of explosives in the sediments (TNT and its derivatives - 2-ADNT and 4-ADNT) and proximity to the munitions objects were statistically analyzed to generate detailed habitat maps on the occurrence of benthic species in the munitions sinking and reference areas. CONMAR-Habitat will use the results within CONMAR to assess restoration approaches based on ecological and socio-economic considerations. CONMAR-Habitat also participates in transdisciplinary collaboration between stakeholders from industry, governmental organizations, NGOs, environmental and political organizations and researchers to discuss research results during the co-development phase, to co-evaluate CONMAR results in the final phase and to co-develop follow-up actions, processes and initiatives after the project. Work plan, schedule and cost plan were adhered to, all milestones were achieved. Results: In the period 2022-2024, a total of three munitions dumping areas were investigated in the German Baltic Sea during four expeditions, including Kolberger Heide, Haffkrug (Lübeck Bay) and Falshöft. A total of 553 macrofauna samples were taken with the 0.1 m 2 van Veen grab, arranged in transects with a relative distance of 50-100 m between stations. Each sample was washed through a 1 mm sieve and fixed with 4 % buffered formalin. In the laboratory, all organisms were identified to the lowest possible taxonomic level, counted and weighed (wet weight). A total of 260 species were identified in the processed samples from the Baltic Sea. Most of these were taxa that were widespread in the Baltic Sea and had already been found several times. These species included the dominant polychaetes Scoloplos armiger, Pygospio elegans and Polydora cornuta as well as the molluscs Peringia ulvae, Kurtiella bidentata and Mytilus edulis. In the deeper eastern parts of the lagoon, however, the abundances were extremely low with a few dozen individuals of 2-7 taxa and silty sediments (silt content >95 %). Oxygen measurements showed significantly lower oxygen concentrations at depths above 18 m, reflecting the well-known phenomenon of regular oxygen deficiency that occurs in deeper parts of the southwestern Baltic Sea due to restricted water exchange. The environmental variables investigated that influence the structure and distribution of the macrofauna communities included: geographical location (Falshöft vs. Kolberg Heide vs. Lübeck Bay), depth, sediment content (mud vs. sand), concentration of explosives in the sediments (TNT and its derivatives - 2-ADNT and 4-ADNT) and proximity to munitions objects. The geographical location probably reflects other variables such as salinity, temperature, currents and other physical parameters. The dependence of benthic macrofauna on depth is known both in the Baltic Sea and worldwide. In our samples, however, the depth range is very small and varies by a few meters within the area. The effect should be small. The decreases in abundance and biomass are nevertheless strong, as was shown for Haffkrug. An autocorrelated parameter with depth could be a regular lack of oxygen, as mentioned in the previous section. The sediment composition, which ranged from almost pure coarse sand in Falshöft to very fine silt in eastern Haffkrug, correlated with depth and oxygen concentrations. It is therefore difficult to separate the effects of sediment structure from oxygen fluctuations. The toxic influence of explosive compounds, including TNT, was not detected at the benthic macrofauna community level in any of the sediment samples analyzed from the munitions dumps. However, some species showed significant positive correlations with TNT concentrations, most notably the polychaet Spio goniocephala. This species is quite well studied, although its biology does not provide evidence for the analyzed correlations. These could either be due to their higher tolerance to increased TNT concentrations or reflect more complex interspecific relationships in the benthic ecosystem. The analyzed correlation of abundance, biomass and diversity of macrofauna with proximity to the munitions was not expected. In Haffkrug, it was found that the abundance and biomass of macrofauna increased significantly at a distance of 10-20 m from the munitions. One suspected reason for this result is that the hard substrate is rare in the south-western Baltic Sea. It is known that various species prefer hard substrates. After the dumped munitions are removed from the seabed as part of future remediation measures, consideration should be given to replacing them with other, environmentally friendly hard substrates.