Hvad er status for iltsvind i 2002 Danmarks Miljøundersøgelser Afdeling for Marin Økologi

Disposition Iltsvindet i 2002 Årsager til iltsvind i de indre farvande Langtidsudvikling i iltkoncentrationer N-koncentrationer Langtidsudvikling i N-tilførsler Hvilke kilder er steget?

September 2002 >4 mg/l 2-4 mg/l 0-2 mg/l

Lagdeling Skagerrak Kattegat Bælthavet Østersøen Springlag Overfladelag Let brakvand Tungt saltvand Bundlag

Ilttransport Ilt Ilt Skagerrak Kattegat Bælthavet Østersøen

Sæsonvariation i iltkonc. Middel 1975-97, Dybde >17,5 m 12 Kattegat Lillebælt Storebælt Øresund Femer Bælt 11 Iltkoncentration (mg/l) 10 9 8 7 6 5 4 3 jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec Måned

Lav vindaktivitet i 2002 Data fra DMI 1994-2000 2002 60 Hyppighed af observationer med kulingstyrke % obs >10.8 m/s 40 20 0 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 Uge nr.

Ekstrem nedbør 2002 Data fra DMI 120 Nedbør 2002 Nedbør 1961-90 100 Nedbør, mm 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Måned

Nordsøen Februar 2002, hele vandsøjlen 90 DIN, µm 80 70 60 50 40 30 20 10 0 y = -7,6267x + 268,21 R 2 = 0,9446 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Salinitet

Kattegat-Bælthavet Februar 2002, hele vandsøjlen 12 10 DIN, µm 8 6 4 2 0 5 10 15 20 25 30 35 Salinitet

Iltkoncentration Iltkoncentrationen i bundvandet er primært afhængig af: Mængden af omsætteligt organisk stof bundvandets opholdstid bundvandets temperatur

Modellering af iltkonc. Modelleret forventet iltkonc. ud fra: Bundvandets opholdstid Bundvandets temperatur Gennemsnitlig temperaturafhængig iltforbrugsrate Sammenlignet modelleret og målt iltkonc. Sammenlignet restvariationen, som modellen ikke forklarer, med N-tilførsler

Iltkonc. afh. af N-udledning 1982-2000 Restvariation, % iltmætning 20 15 10 5 0-5 -10-15 1996 1997 1987 1989 R 2 = 0,32, P<0,02 1995 1994 25.000 35.000 45.000 55.000 65.000 75.000 85.000 95.000 1988 TN udledning, tons/hydrologisk år

Udvikling i iltkoncentrationer Spredte iltmålinger fra 1902 til 1960erne tyder på, at faldet i iltindhold først startede i 1960erne En tidsserie fra Kiel Bugt viser et løbende fald over perioden 1957-86 Analyser af tidsserier fra 1970erne og frem fra de indre farvande viser et signifikant fald frem til omkring 1990 Ingen generel udvikling gennem 1990erne

Udvikling i iltkoncentrationer Område Periode Årlig ændring Reference Kattegat 1971-82/90-0.05-0.1 ml l -1 Andersson & Rydberg 1988, 1993 Kattegat NØ 1970-95 -0.2% mætning HELCOM 1996 1975-88 -1.16% mætning Agger & Ærtebjerg 1996 Kattegat S 1975-88 -1.17-1.41% mætning Agger & Ærtebjerg 1996 Øresund 1970-95 -0.5% mætning HELCOM 1996 1975-88 -1.10% mætning Agger & Ærtebjerg 1996 Storebælt 1974-95 - 0.7% mætning HELCOM 1996 Lillebælt S 1976-97 Fald Ærtebjerg et al. 1998 Femer Bælt 1975-97 Fald Ærtebjerg et al. 1998 1979-93 -0.5% mætning HELCOM 1996 1975-88 -2.97% mætning Agger & Ærtebjerg 1996 Kiel Bugt 1957-86 -0.10-0.11 ml l -1 Babenerd 1991 1976-90 -0.15 ml l -1 Weichart 1992

Storebælt Prim.prod. juli-sept. mg C m -2 d -1 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1950 1960 1970 1980 1990 År

Indre farvande 100.000 Total DK Diffus Punktkilder Atmosfære Sverige Tyskland 80.000 TN, t/år 60.000 40.000 20.000 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002

Vintermiddel 1998-2000 µmol/l

Udvikling i N-tilførsler Udledning fra DK i slutningen af 1960erne var ca. 60% af udledningerne i 1980erne Udledninger fra land er ca. fordoblet fra 1950erne til 1980erne Afstrømningskorrigeret udledningen fra DK er faldet ca. 35% fra 1990 til 2000/01 Meget stor variation i udledninger fra år til år pga. variation i nedbør og afstrømning Tilførsler fra atmosfæren steget 80-100% fra 1940erne til 1980erne Tendens til faldende deposition på ca.15% siden 1989

Stigning i tilførsel af biotilgængeligt kvælstof fra 1950erne til 1990erne, 1000 t/år 1000 900 800 700 600 500 Danmark 30 Tyskland 7? Atm. 20 Sverige 13 Østersøen 25

Konklusion Bør istedet for de totale budgetter diskutere hvilke N-kilder, der er steget. Kun de kan være skyld i udviklingen i iltforholdene Her er stigningen i de direkte tilførsler fra DK, SE, DE og atmosfæren vigtigere end stigning i tilførslerne med havstrømme Generelt er det også kun disse kilder, vi kan regulere, da størstedelen af tilførslerne med havstrømme ikke er anthropogent påvirkede

Juli 2002 >4 mg/l 2-4 mg/l 0-2 mg/l

August 2002 >4 mg/l 2-4 mg/l 0-2 mg/l

Oktober 2002 >4 mg/l 2-4 mg/l 0-2 mg/l

Iltkonc. afh. af afstrømning 1982-2000 Restvariation, % iltmætning 20 1997 15 1996 R 2 = 0,26, P<0,03 10 5 1994 0-5 -10 1988 1995-15 4.500 5.500 6.500 7.500 8.500 9.500 10.500 11.500 12.500 Afstrømning, mio. m 3 /hydrologisk år

Et Kvælstofbudget for de indre farvande - hvad er Danmarks andel af kvælstoftilførslen til Kattegat Danmarks Miljøundersøgelser, Afdeling for Marin Økologi

Hvorfor et kvælstofbudget Hvor kommer kvælstoffet fra? Hvad er Danmarks andel af kvælstoftilførslerne til de indre farvande?

De indre farvande Skagerrak Kattegat Bælthavet Østersøen

Struktur og havstrømme Q = ferskvand til Østersøen ~ 500 km 3 / år Atmosfærisk deposition Tilførsel fra land Q Skagerrak 5Q Belyst zone 2Q Østersøen ~8 let 3Q Springlag ca. 13 m ~33 tungt 4Q Bundlag Sedimentation Q Denitrifikation Permanent aflejring

Tilførsler fra Danmark Fra land: 60.000 tons pr.år Via atmosfære: 10.000 tons pr.år I alt: 70.000 tons pr.år Efter tilbageholdelse i fjorde. Samlede tilførsler er 96.000 tons pr. år

Eksterne tilførsler til overfladelag Totalt kvælstof x 1.000 T/år Sverige land+atm. Skagerrak Danmark land+atm. Atm. andre lande 28 70 24 26 Tyskland land+atm. Østersøen Belyst zone 217 Alle transporter er fra Rasmussen et al., under trykning middel for 1989-1996 210 Bundlag

Budget, Total kvælstof X 1000 tons år -1 Danmark 70 12% Sverige 28 5% Tyskland 24 4% Atm. dep. øvrige lande 26 5% Skagerrak 210 37% Østersøen 217 38% I alt 575 Total N

Biologisk aktivt kvælstof? X 1000 tons år -1 Total N Bio. N Total N Bio. N Danmark 60 0,9 54 - atm. del 10 1 10 Sverige 25 0,8 20 - atm. del 3 1 3 Tyskland 11 0,9 10 - atm. del 13 1 13 Atm. dep. øvrige lande 26 1 26 Skagerrak 210?? Østersøen 217?? I alt 575

Kvælstofforbindelser i vand Vandløb Atmosfærisk deposition. Havvand, fx i Kattegat

Biologisk aktivt kvælstof måles Total Kvælstof (TN) måles DIN PON DON beregnes: Tg Chl 2 Tmol N =Chl*50/(6*14) måles Biologisk aktivt kvælstof = BioN Bio-faktor = BioN/TN

Biologisk aktivt kvælstof Østersøen Målte værdier, 1989-2001, Arkona, 0-10 meters dybde, µmol/liter TN DIN PON BioN BioN/TN Dec.-Feb. 24,2 3,5 0,6 4,1 0,17 Maj-Sep. 24,6 0,1 1,4 1,5 0,06 Okt.-Nov. 22,4 0,7 2,0 2,7 0,13 Tidsvægtet middel: 24,0 1,2 1,3 2,5 0,11 Forsøg BioN/TN 0,11-0,18 (forårsperiode mangler) Middel: 0,15 BioN/TN: 0,13

Skagerrak Biologisk aktivt kvælstof Målte værdier, 1989-2001, > 30, µmol/liter TN DIN PON BioN BioN/TN Dec.-Feb. 22 10,3 0,5 10,8 0,49 Maj-Sep. 16 2,1 1,0 3,1 0,19 Okt.-Nov. 18 3,9 1,0 4,8 0,27 Tidsvægtet middel: 18 4,9 0.9 5,8 0,30 Forsøg BioN/TN 0,32-0,54 Middel: 0,43 BioN/TN: 0,40 Tillæg for DON nedbrydning: 10% af 0,7=0,07

Budget, Bio. N, Eksterne X 1000 tons år -1 Total N Bio. N Danmark 60 0,9 54 - atm. del 10 1 10 Sverige 25 0,8 20 - atm. del 3 1 3 Tyskland 11 0,9 10 - atm. del 13 1 13 Atm. dep. øvrige lande 26 1 26 Skagerrak 210 0,4 84 Østersøen 217 0,13 28 I alt 575 248

Budget, Eksterne X 1000 tons år -1 Total N Bio. N Danmark 70 12% 64 26% Sverige 28 5% 23 9% Tyskland 24 4% 23 9% Atm. dep. øvrige lande 26 5% 26 10% Skagerrak 210 37% 84 34% Østersøen 217 38% 28 11% I alt 575 248

Recirkulering? Biotilgængeligt kvælstof x 1.000 T/år Sverige land+atm. Skagerrak Danmark land+atm. Atm. andre lande 23 64 26 23 Tyskland land+atm. Østersøen Belyst zone 28? 84 Bundlag

Sedimentation mg N m -2 d -1 Sydlige Kattegat april - okt. 1989 37 marts - sep. 1990 29 Nordlige Kattegat august 2000 15 maj 2001 16 maj 2001 42 august 2001 37 Århus Bugt maj 90 - maj 91 33 Middel 30 = 184.000 tons N år -1

Denitrifikation og begravelse af N Denitrifikation (nitrat omdannes til N 2 ) tons år -1 14 målinger i Skagerrak og Kattegat (DMU) -baseret på dybder 41.000 - baseret på bundtyper 31.000 Middel 36.000 Permanent begravelse 42.000 (68 målinger, C. Christiansen, K.U.) I alt 78.000

Frontzone Skagerrak Kattegat 3% af arealet og 2 X sedimentation 11.000 tons N Bælthavet Østersøen

Vandmasser i Skagerrak Antagelser: 20% af vandet ved 30 salinitet stammer fra Kattegats overfladevand (Højerslev 1998) 13% af kvælstoffet i bundvandet som strømmer ind i Kattegat stammer fra sedimention af partikler fra Kattegats overfladelag Dvs. 33% af det kvælstof som strømmer fra Skagerrak og ind i Kattegat kommer fra overfladelaget i Kattegat via recirkuering i Skagerrak

Kvælstoftilførsler, havstrømme Biologisk aktivt kvælstof x 1.000 T/år Sverige land+atm. Skagerrak Danmark land+atm. Atm. andre lande 23 64 26 23 Tyskland land+atm. Østersøen 81 Belyst zone 28 80 62 16 48 32 36 Dybvand 42 55 36

Budget efter recirkulering X 1000 tons år -1 Total N Bio. N Bio. N efter recirkulering Danmark 70 12% 64 26% 64 33% Sverige 28 5% 23 9% 23 12% Tyskland 24 4% 23 9% 23 12% Atm. dep. øv. lande 26 5% 26 11% 26 13% Skagerrak 210 37% 84 34% 32 16% Østersøen 217 38% 28 11% 28 14% I alt 575 247 196

Lokale tilførsler X 1000 tons år -1 Total N Bio. N Bio. N efter recirkulering Danmark 70 12% 64 26% 64 33% Sverige 28 5% 23 9% 23 12% Tyskland 24 4% 23 9% 23 12% Atm. dep. øv. lande 26 5% 26 11% 26 13% Skagerrak 210 37% 84 34% 32 16% Østersøen 217 38% 28 11% 28 14% I alt 575 247 196

Lokale tilførsler X 1000 tons år -1 Total N Bio. N Bio. N efter recirkulering Danmark 70 12% 64 26% 64 33% Sverige 28 5% 23 9% 23 12% Tyskland 24 4% 23 9% 23 12% Atm. dep. øv. lande 26 5% 26 11% 26 13% Lokale tilførsler 148 26% 136 55% 136 69% Skagerrak 210 37% 84 34% 32 16% Østersøen 217 38% 28 11% 28 14% I alt 575 247 196

Lokale tilførsler X 1000 tons år -1 Total N Bio. N Bio. N efter recirkulering Danmark 70 12% 64 26% 64 33% 48% Sverige 28 5% 23 9% 23 12% 17% Tyskland 24 4% 23 9% 23 12% 17% Atm. dep. øv. lande 26 5% 26 11% 26 13% 19% Lokale tilførsler 148 26% 136 55% 136 69% Skagerrak 210 37% 84 34% 32 16% Østersøen 217 38% 28 11% 28 14% I alt 575 247 196

Delkonklusion Danmark bidrager med ca. 1/10 af de totale kvælstoftilførsler til de indre farvande Danmark bidrager med ca. 1/3 af det biologisk aktive kvælstof til de indre farvande Danmark bidrager med ca. 1/2 af de lokale tilførsler

Horisontal variation i DK-%? Dybder Iltsvind, 16-27 september

Sigtdybde - dansk N-tilførsel 130 120 110 100 90 80 r 2 =0.71, ** -0.24%/1000 tons N 0 40000 80000 120000 160000 N load (Metric tons/year)

Effekt af havstrømme? Østersøen bidrager med 28.000 tons bioaktivt kvælstof pr. år ~ 14%. Skagerrak bidrager med 32.000 tons bioaktivt kvælstof pr. år ~ 16% Østersøen bidrager også med vand ~ 1000 km 3 år -1 Skagerrak bidrager med ~ 2000 km 3 år -1 I alt ca 3000 km 3 år -1

Effekt af havstrømme? Brutto tilførsel = T land + Q * C ind Netto tilførsel = T land + Q * C ind - Q * C = T land + Q*(C ind - C) Hvis nettotilførsel =0 (steady state), gælder C = T land /Q + C ind T land Q C C C ind

Effekter af ændring i T, Q og C ind T land Større T T land Q Q C C C ind C C C ind Større Q T land Større C ind T land Q Q C C C ind C C C ind

Effekt af havstrømme X 1000 tons år -1 Total N BioN BioN efter recirkulering Danmark 70 12% 64 26% 64 33% Sverige 28 5% 23 9% 23 12% Tyskland 24 4% 23 9% 23 12% Atm. dep. øv. lande 26 5% 26 11% 26 13% Skagerrak 210 37% 84 34% 32 16% Østersøen 217 38% 28 11% 28 14% I alt 575 247 196 Tilfører 32.000+28.000=60.000 tons, men vandbidraget fjerner 101.000 tons, dvs. at nettoeffekten af havstrømme er positiv.

Konklusion Danmark bidrager med ca. 1/3 del af de biologisk aktive kvælstoftilførsler. Danmark er den største enkelt kilde til de biologisk aktive vælstoftilførsler til de indre farvande. Det danske bidrag er 3 gange større end Sverige og Tysklands og dobbelt så stort som henholdsvis Østersøen og Skagerrak. I mange områder med hyppige iltsvind er Danmark den helt dominerende kilde til de biologisk aktive kvælstoftilførsler. De danske kvælstoftilførsler har signifikante effekter på det biologisk system. Nettoeffekten af havstrømme er positiv

Betydningen af iltforbruget i fjordbunden og vandsøjlen for iltsvind i bundvandet på Mariager Fjords lavvandede områder 1 Notat til Nordjyllands Amt og Aarhus Amt udarbejdet af Henrik Fossing, Afd. Sø- og Fjordøkologi, Danmarks Miljøundersøgelser, marts 2001 Notatet diskuterer betydningen af iltforbruget i vandsøjlen og fjordbunden for iltsvind i bundvandet på fjordens lavvandede områder. Notatet er udarbejdet på baggrund af undersøgelser i fjorden udført i samarbejde mellem Nordjyllands Amt, Århus Amt og Danmarks Miljøundersøgelser (Afd. Sø- og Fjordøkologi). 1 Tak til Uffe Frisenette (Aarhus Amt) for godt sømandsskab og stor hjælp i forbindelse med prøveindsamling. Også tak til Tanja Quottrup, Kitte Gerlich Lauridsen, Marlene Venø Skjærbæk og Egon R. Frandsen (alle DMU) for assistance på fjorden og for veludført analysearbejde i laboratoriet.

Baggrund I Mariager Fjord er der et konstant iltforbrug i fjordvandet pga. iltforbrugende processer både i fjordbunden og i selve vandsøjlen. Hvis der ikke før eller siden skal opstå iltsvind i fjorden, er det derfor nødvendigt, at iltforbruget balanceres af en tilsvarende ilttilførsel fra atmosfæren eller ved O 2 -produktion i vandsøjlen gennem algernes fotosyntese. Fjordbunden optager ilt fra vandsøjlen ved respirationsprocesser på sedimentoverfladen (muslinger og bundlevende dyr), ved aerob mikrobiel nedbrydning af organisk stof og ved oxidation af H 2 S, der dannes i sedimentets iltfrie lag. Også i selve vandsøjlen bruges ilt, dels til omsætningen af organisk stof i vandsøjlen (døde alger mm.) og i mindre omfang gennem alger og planktons respiration. I dagtimerne overstiger iltproduktionen (dvs. primærproduktionen) i den fotiske zone oftest egenrespirationen, og der observeres en netto O 2 -produktion. I nattetimerne og under den fotiske zone er der derimod et netto O 2 -forbrug i vandsøjlen. Med kendskab til vandsøjlens eget iltforbrug og iltoptaget i fjordbunden vil vi vurdere den relative betydning af de to iltforbrugende processer for iltsvind i fjorden. Samtidig vil vi vurdere, hvor hurtigt fjordbundens iltoptag kan føre til iltsvind i fjordens lavvandede områder. Metoder En gang i foråret og 4 gange i sommerhalvåret år 2000 målte vi iltforbruget i fjorden, som det fordelte sig mellem bundvandets eget iltforbrug, og det iltoptag der var i sedimentet. Målingerne blev udført på 2 forskellige vanddybder, hhv. 2 og 12 m. Før hver måleserie indsamlede vi på de to vanddybder 5 sedimentkerner vha. HAPS 8 vandprøver ved brug af Edderkoppen, hhv. 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 og 120 cm over fjordbunden. Sedimentets iltforbrug eller iltoptag, om man vil, blev målt i mørke ved in situ temperatur. De fem indsamlede sedimentrør blev tilproppet, og ændringen af iltindholdet i vandet over sedimentet blev målt efter 1-6 timers inkubation. Sedimentkernerne fra 2 m vand blev typisk inkuberet 1 time, mens sedimentet fra 12 meter blev inkuberet 5-6 timer. Sammen med sedimentker- 2

med sedimentkernerne inkuberede vi også tre rør, som kun indeholdt bundvand (dvs. kontrolrør). Efter at inkubationen var afsluttet, brugte vi iltkoncentrationen i kontrolrørene som startværdi for iltkoncentrationen i bundvandet over sedimentet. På den måde kunne vi korrigere for bundvandets eget iltforbrug i løbet af inkubationen. I løbet af den relativt korte inkubationstid målte vi dog ikke nogen betydende ændring af iltindholdet i kontrolrørene i forhold til bundvandets in situ iltindhold. Iltforbruget i bundvandet blev derfor bestemt på otte vandprøver, der blev indsamlet med Edderkoppen. Disse prøver blev inkuberet ved in situ temperatur og i mørke typisk mere end en uge, før vi kunne måle et signifikant fald i iltindholdet. Iltkoncentrationen i vandprøverne blev bestemt ved Winklertitrering af 5 ml prøve inden for 24 timer, efter inkubationen var afsluttet. Resultater og diskussion Fjordbundens iltforbrug er udtrykt efter endt inkubation ved gennemsnitsværdien af de tre kontrolrørs iltkoncentration fratrukket O 2 -koncentrationen i vandet over de 5 sedimentkerner (Tabel 1). Fjordbunden på 2 meters dybde indeholdt et stort antal levende muslinger, hvis iltforbrug (respiration) er inkluderet i beregningen af fjordbundens O 2 -optagelse. Den relativt store standardfejl på iltoptaget skyldes netop, at muslingerne ikke var homogent fordelt over fjordbunden og derfor ikke var ligeligt fordelt i de fem sedimentkerner. På 12 meters dybde var der ingen muslinger, og fjordbundens iltoptag blev derfor bestemt med en væsentlig mindre standardfejl (Figur 1 og Tabel 1). Tabel 1. Iltforbruget i sediment og vandsøjle - Mariager Fjord 2000 mmol O 2 m -2 døgn -1 2mstation 12mstation dato sediment 1 m vandsøjle sediment 1 m vandsøjle std.fejl std.fejl std.fejl std.fejl 14-mar 103.70 ± 6.07 6.77 ± 0.17 17.51 ± 2.86 6.02 ± 0.95 19-jun 449.68 ± 34.90 17.18 ± 4.01 22.88 ± 3.66 19.30 ± 3.53 08-aug 332.77 ± 91.59 20.22 ± 2.41 25.07 ± 2.26 16.35 ± 0.48 22-aug 420.23 ± 99.49 16.04 21.70 ± 2.39 19.10 ± 4.17 19-sep 25.57 ± 2.22 29.74 ± 3.13 10-okt 74.02 ± 31.88 20.86 ± 0.55 17.71 ± 5.15 3

600 500 400 2 meter station 600 500 400 12 meter station fjordbund 1m bundvand 300 300 iltforbrug, mmol O 2 m -2 døgn -1 100 100 0 14-mar 19-jun 08-aug 22-aug 19-sep 10-okt 0 14-mar 19-jun 08-aug 22-aug 19-sep 10-okt Figur 1. Iltforbruget (mmol O 2 m -2 døgn -1 ) i bundvandet på hhv. 2 og 12 meters dybde fordelt mellem fjordbundens iltoptag og vandets eget iltoptag i den nederste meter af vandsøjlen. Bemærk, at der mangler et stykke af aksen vedr. iltforbruget mellem 150 og 250 mmol m -2 døgn -1, og at akseinddelingen varierer før og efter bruddet. På 2 meters vanddybde var der statistisk set ingen signifikant forskel (p < 0,01) på sedimentets iltoptagelse i sommermånederne (juni-august). I denne periode er der derfor beregnet et iltoptag i fjordbunden på 400,89 ± 58,22 mmol O 2 m -2 døgn -1 (n = 9). På 12 meter vand var iltoptaget statistisk set det samme ved samtlige målinger: 21,70 ± 1,37 mmol O 2 m -2 døgn -1 (middelværdi, n = 28). Til sammenligning bør nævnes, at i 1999 var iltoptaget på 12 meters vanddybde omkring 12 mmol O 2 m -2 døgn -1*. Vandsøjlens eget iltforbrug er udtrykt ved at vægte iltforbruget i hver af de 8 vanddybder i forhold til det vandvolumen, som målingen repræsenterer (Figur 2). Vandsøjlens eget iltforbrug over bunden på 2 meter viste ingen signifikant forskel i perioden juni-oktober, og derfor er en (sommer)rate på 18,58 ± 1,16 mmol O 2 m -2 døgn -1 (n = 4) brugt i forbindelse med nedenstående beregninger. På 12 meter vand er (sommer)raten: 18,25 ± 0,95 O 2 m -2 døgn -1 (n = 3) beregnet som det gennemsnitlige iltforbrug i vandsøjlens nederste meter for perioden juni-august. Til sammenligning nævnes, at vandsøjlens eget iltforbrug i den nederste meter af vandsøjlen i Aarhus Bugt midlet over et år var 3,8 mmol O 2 m -2 døgn -1 (målt i Hav90-Forskningsprogrammet 1990-91). * se tidligere tilsendt rapport: Sedimentprocesser og næringsstofudveksling i Mariger Fjord 1999 (Henrik Fossing, Afd. Sø- og Fjordøkologi, Danmarks Miljøundersøgelser). 4

Højde over bunden, cm 150 120 90 60 30 15 10 5 0 92-100 cm 48-92 cm 24-48 cm 12-24 cm 6-12 cm 3-6 cm 1½-3 cm 0-1½ cm 0 10 20 30 40 50 60 Iltforbrug, µmol O 2 liter -1 døgn -1 Figur 2. Bundvandets eget iltforbrug (µmol O 2 liter -1 døgn -1 ) i de nederste 120 cm af vandsøjlen på 12 meter vand (19/6 2000). Iltforbruget blev målt i flg. højder over fjordbunden: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 og 120 cm. Ved beregningen af vandsøjlens iltforbrug (0-1 m) vægtes det målte iltforbrug i forhold til de intervaller, der er vist på figuren. Den 19/6 var vandsøjlens eget iltforbrug i den nederste meter af bundvandet: 19.30 ± 3.53 mmol O 2 m -2 døgn -1 (se Tabel 1). Sedimentets vs. vandsøjlens andel i iltsvind i Mariager Fjord. Bundvandets eget iltforbrug var ens på både 2 og 12 meters vanddybde, 6 og 18 mmol O 2 m -2 døgn -1 hhv. forår og sommer (Tabel 2). Derimod afhang fjordbundens iltforbrug af vanddybden, hvor iltoptaget var højest på den laveste dybde (2 meter). I foråret var iltforbruget ca. 3 gange større på denne vanddybde relativt til 12 meter, og denne forskel blev markant forøget i løbet af sommeren, hvor fjordbundens iltoptag på 2 meters vanddybde var (401/22 =) næsten 20 gange højere end iltoptaget på 12 meter. Med andre ord var fjordbunden på 2 meters vanddybde fuldstændig dominerende for det totale iltforbrug i bundvandet (0-1 m), dvs. bundvandets eget iltforbrug + fjordbundens iltforbrug (Figur 3). En del af forklaringen på det høje iltforbrug på 2 meters vanddybde kan være det store antal af muslinger, der fandtes på fjordbunden, men en egentlig vurdering af muslingernes andel i fjordbundens samlede iltoptag er ikke omfattet af denne undersøgelse. 5

Tabel 2. Iltforbruget i sediment og vandsøjle i Mariager Fjord hhv. forår og sommer vises sammen med beregninger af antallet af dage, hvor bundvandet i fjordens lavvandede områder kan modstå totalt iltsvind, hvis O 2 -tilførslen til bunden afbrydes. O 2 indhold i bundvand O forbrug Antal dage inden iltsvind i bundvandet * 2 mmol O 2 m -2 mmol O 2 m -2 døgn -1 iltforbrug alene ved total bundvand sediment i alt bundvand sediment bundvand +sediment 2m forår 14-mar 360 6.77 103.70 110.47 53.2 3.5 3.3 sommer 19-jun 396 21.3 1.0 0.9 8-aug 171 18.58 400.89 419.47 9.2 0.4 0.4 22-aug 294 15.8 0.7 0.7 12 m forår 14-mar 356 6.02 21.70 27.72 59.1 16.4 12.8 sommer 19-jun 308 16.9 14.2 7.7 8-aug 152 18.25 21.70 39.95 8.3 7.0 3.8 22-aug 228 12.5 10.5 5.7 *bundvandet svarer til vandsøjlen fra 0-1 meter over fjordbunden 2 meter - forår 12 meter - forår 6% 22% 94% 110.5 mmol O 2 m -2 døgn -1 2 meter - sommer 78% 27.7 mmol O 2 m -2 døgn -1 12 meter - sommer 4% 46% 54% 96% 419.5 mmol O 2 m -2 døgn -1 40.0 mmol O 2 m -2 døgn -1 Figur 3. Bunden vs. vandsøjlens andel i fjordens iltforbrug i bundvandet (0-1 m) på 2 og 12 meters dybde hhv. forår og sommer. Det blå udsnit viser vandsøjlens eget iltoptag i % af det totale iltforbrug i bundvandet. Det grå stykke repræsenterer fjordbundens iltoptag. Det totale iltforbrug (mmol O 2 m -2 døgn -1 ) i bundvandet er vist under hver af de fire figurer (se Tabel 2). Til sammenligning viste tilsvarende undersøgelser i Aarhus Bugt (1990-91), at bundvandets eget iltoptag på 3.8 mmol O 2 m -2 døgn -1 svarede til 5.5% af det totale iltforbrug i den nederste meter af vandsøjlen. 6

Iltsvind i Mariager Fjord. I 2000 fulgte Danmarks Miljøundersøgelser sammen med Nordjyllands Amt og Aarhus Amt iltindholdet i den lavvandede del af fjorden gennem hele sommeren. Til trods for det høje iltforbrug i fjorden (Tabel 1) blev der ikke på noget tidspunkt i 2000 observeret alvorligt iltsvind hverken på 2 eller 12 meter vand. Grunden hertil må skyldes den kraftige omrøring af fjordvandet især i sommerperioden, som har ført tilstrækkeligt med luft (dvs. O 2 ) ned til bunden. Denne ilttilførsel har altså været i stand til at balancere det store iltforbrug i bundvandet, som var domineret af fjordbundens iltoptag, især på 2 meters vanddybde. Forestiller vi os, at der ikke hele tiden bliver tilført frisk luft til bunden, f.eks. i forbindelse med en vindstille periode og eventuel lagdeling af vandsøjlen, er der i fjordbunden et stort potentiale for meget hurtigt at optage al ilten fra bundvandet. Tabel 2 viser iltindholdet i den nederste meter af bundvandet (mmol O 2 m -2 ) forår (14. marts) og sommer (19. juni, 8. august og 22. august) på hhv. 2 og 12 meter vand, som det blev målt i tilknytning til nærværende projekt. Vi kender også iltoptaget i fjordbunden og vandsøjlens eget iltforbrug i bundvandet (0-1 m) både forår og sommer (Tabel 1 og 2), så det er let at forudse, at der om sommeren på 2 meter vand (teoretisk set og i værste fald) kan optræde totalt iltsvind i løbet af mindre end et døgn, hvis forsyningen af iltet overfladevand til bunden ophører. Med andre ord er der potentiel mulighed for, at der kan opstå iltsvind i bundvandet på de lavvandede områder så at sige fra den ene dag til den anden, og som derefter meget hurtigt kan udvikle sig til et massivt iltsvind i hele vandsøjlen á la Mariager Fjord sommeren 1997. Selv om vi følger iltindholdet i bundvandet på de lavvandede områder ved ugentlige målinger, har vi pga. af fjordbundens enorme iltoptag altså kun en lille chance for at forudse og varsle et kommende alvorligt iltsvind i fjorden. I bestræbelserne på at forudse et kommende iltsvind i fjorden vil et værdifuldt supplement til iltmålingerne i vandsøjlen være at bestemme fjordbundens iltoptag f.eks. ved inkubation af intakte sedimentkerner. Ved at gennemføre sådanne målinger et par gange i løbet af sommerhalvåret vil det være muligt at kende fjordbundens iltoptag og derfor beregne en worst case tidshorisont for et evt. iltsvind i bundvandet i Mariager Fjord. Resultatet af vores undersøgelser underbygger lignende konklusioner fra andre undersøgelser i Mariager Fjord gennemført inden for de senere år: Iltsvind i fjorden bliver ikke importeret fra Dybet ved, at iltfrit/iltfattigt vand herfra breder sig ind over bunden på de lavvandede områder. Alvorlige iltsvind, som senest ramte fjorden i 1997, har deres oprindelse på de lavvandede 7

på de lavvandede områder og kan opstå uden varsel, hvis 1) transporten af ilt til bunden pludselig ophører, og 2) iltoptaget i fjordbunden i øvrigt er højt (f.eks. af samme størrelse, som det blev målt på 2 meters vanddybde i sommeren 2000). 8

Bilag 5 til brev til Forskningsstyrelsen dateret 27. april 2003