Friedrichs, Michael (1996) Auswirkungen von Polychaetenröhren auf die Wasser-Sediment-Grenzschicht. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel, Germany, 83 pp.

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Abstract

In dieser Arbeit wurde der Einfluß von Polychaetenröhren auf die bodennahe Strömung untersucht. Ein besonderer Augenmerk galt dabei der Frage nach Erosion und Partikeldeposition im Einflußbereich dieser Röhren. Es wurde sowohl mit Proben lebender Polychaeten, als auch mit Nachbauten aus PVC in einem Strömungskanal gearbeitet. Ein Vergleich zwischen PVC-Stäben und echten Polychaetenröhren hat gezeigt, daß Struktur und Biegsamkeit der Röhren keinen maßgeblichen Einfluß auf das Strömungsfeld haben. Der Einfluß von drei verschiedenen Faktoren auf das Strömungsregime in Röhrenfeldern wurde genauer betrachtet. Diese Faktoren sind die Strömungsgeschwindigkeit, die Besiedlungsdichte und die Größe der Röhren. Die Strömungsgeschwindigkeit hat in dem Bereich zwischen 1 und 10 cm s-1 keine Auswirkungen auf die Strömungsmuster, die sich um Röhren bilden. In Feldern mit einzelnen Röhren oder geringen Bedeckungsgraden konnte eine Sedimentresuspension an der Röhrenbasis beobachtet werden. Es tritt ein komplexes und turbulentes Strömungsfeld um die Röhren auf. An der strömungsabgewandten Seite der Röhren entwickelt sich ein Wirbel, in dem Partikel zur Röhrenspitze transportiert werden. Im Strömungsschatten der Röhren bildet sich eine beruhigte Zone, in der sich erodiertes Material absetzt. Nimmt die Besiedlungsdichte zu, wird die Strömung innerhalb der Röhrenfelder abgebremst. Je dichter der Rasen, desto geringer die Strömung. Dabei kommt es zu einer zunehmenden Verschiebung des Nullpunktes der logarithmischen Strömungsgrenzschicht auf die Höhe der Röhrenenden. Die Hauptströmung gleitet dann über die Röhren hinweg. Verfolgt man die Strömung entlang eines Polychaetenrasens, tritt ein stark ausgeprägter Geschwindigkeitsgradient in den vordersten Zentimetern hinter der Anstromkante des Rasens auf. Hier wird die kinetische Energie der gerichteten Strömung unter Bildung von ungerichteten Turbulenzen dissipiert. Weiter hinten im Rasen schließt sich eine stark reduzierte, weniger turbulente Strömung an. In diesem Bereich findet keine Sedimentresuspension mehr statt. Es wurden zwei Polychaetenarten untersucht: Melinna cristata und Polyclora ciliata. Die Röhren der ersten ragen mehrere Zentimeter aus dem Sediment hinaus und haben einen mittleren Durchmesser von 5 mm. Die zweite Art baut Röhren, die maximal 2 cm aus dem Boden ragen und einen Durchmesser von 1-2 mm haben. Nach diesen Vorbildern wurden die Maße der PVC-Nachbauten gewählt. In der Simulation wurden einfache und regelmäßige Verteilungsmuster gewählt. Dabei hat sich gezeigt, daß bei Polychaetenrasen der Größenordnung von Melinna der Übergang von erleichterter Erosion zu beruhigten Strömungsverhältnissen bei einem Bedeckungsgrad zwischen 2 und 3% stattfindet. Das entspricht Populationsdichten von 800 bis 1100 Individuen pro Quadratmeter. In Feldern mit mehr als 3 600 Röhren pro m2, d.h. einem Bedeckungsgrad von 8%, ist die Strömung auf weniger als 20% ihres ursprünglichen Wertes reduziert. Bei der Größenordnung von Polyclora setzt dieser Übergang eher ein. Ein Bedeckungsgrad von 0,5 bis 1,0% reicht dafür aus. Dies entspricht Besiedlungsdichten von 1300 bis 2600 Individuen pro Quadratmeter. Die Strömung ist beim Bedeckungsgrad von 1,0% auf 10% reduziert und ab 11400 Individuen pro Quadratmeter, also unter 5% Bedeckungsgrad, gibt es keine Strömung mehr zwischen den Röhren. Für die Nährstoffversorgung der Polychaeten bedeuten die Auswirkungen der Röhre auf das Strömungsregime einen Vorteil. Bei geringen Besiedlungsdichten und einem schlechten Nährstoffangebot wird diese durch die Resuspension an der Röhrenbasis sowie durch den Partikeltransport zur Mundöffnung verbessert. Eine hohe Besiedlungsdichte bewirkt mit der Abnahme der Strömung zwischen den Röhren höhere Verweilzeiten der Nährstoffpartikel und eine erleichterte Partikeldeposition. Letztere kommt besonders depositfressenden Polychaeten zugute. Spionide Polychaeten, zu denen die Art Polyclora ciliata gehört, sind Opportunisten. Sie gehören zu den Erstbesiedler auf gestörten Sedimentflächen. Dort bilden sie dichte Rasen, in denen sich organisches Material ansammelt. So wird der Untergrund für die weitere Besiedlung durch komplexere Lebensgemeinschaften vorbereitet.

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