Langfristige Veränderungen von Gezeiten zählen zu den bemerkenswertesten Facetten der Ozeandynamik. Zur Entschlüsselung dieser Signale wird im vorliegenden Projekt ein mehrschichtiger Modellierungsansatz auf globalen und regionalen Skalen entwickelt, der Meeresspiegelvariationen, Veränderungen der ozeanischen Dichtestruktur und Migrationsbewegungen von antarktischem Schelfeis in klassische Gezeitensimulationen einflechtet. Die Reaktion primärer Partialtiden auf diese Antriebsmechanismen wird in einer ersten Ausbaustufe von ~1970 bis 2015 erarbeitet, wobei hochauflösende barokline (3D) Simulationen im Nordostatlantik und um Australien rigoros in globale barotrope (2D) Vorwärtsläufe eingebettet werden. Die Validierung der Simulationsergebnisse gegenüber robusten und großräumigen Gezeitentrends aus Wasserstandsbeobachtungen legt den Grundstein für konkrete Projektionen von Ozeangezeiten bis zum Jahr 2100 unter Annahme realistischer Emissionsszenarien. Veränderte Randbedingungen in globalen und regionalen Gezeitenläufen einhergehend mit Meeresspiegelanstieg, Ozeanerwärmung und ausdünnendem Schelfeis werden hierzu in konsistenter Weise aus gekoppelten Klimamodellen abgeleitet. Erweiterte barokline und globale Sensitivitätsexperimente liefern einen Überblick über Küstenabschnitte, in denen mit nennenswerten Gezeitenentwicklungen durch großflächige Veränderungen der Dichtestruktur zu rechnen ist. Neben dem reinen Prozessverständnis soll auch Augenmerk auf die Abschätzung von Unsicherheiten der numerisch modellierten Tidenvariabilität in den kommenden Dekaden gelegt werden. Das Projekt ebnet in seiner Gesamtheit den Weg für eine verlässlichere Quantifizierung von säkularen Gezeitensignalen in Anwendungsbereichen (z.B. Küstenschutz) und der Ozeanographie nahestehenden Wissenschaftsdisziplinen.
Die vorgeschlagene Arbeit zielt darauf ab, das Ozeanographen-Toolkit zur Quantifizierung der Skelettniederschlagsraten in Meeresumgebungen zu verbessern und Veränderungen in der Ökosystemstruktur und -funktion über sehr große räumliche Skalen zu bewerten. Dies basiert auf der Analyse von Veränderungen in der Meerwasserchemie, die durch die Aufnahme von wichtigen Elementen durch verschiedene Meeresorganismen während des Biomineralisierungsprozesses hervorgerufen werden, und der Freisetzung dieser Elemente bei der Auflösung von Skeletten. Der Ansatz nutzt die unterschiedlichen Tendenzen verschiedener Skelettbildungsorganismen, um kleinere Bestandteile in ihre Skelette aufzunehmen. Die Analyse der Konzentrationen der Hauptelemente Kalzium, Strontium, Lithium und Fluor erfolgt entlang von vier langen Ozeantransekten im Atlantik und im Pazifischen Ozean, die auf die Konzentrationen und Isotopenverhältnisse einer großen Anzahl von Spurenelementen, Nährstoffen, Karbonatsystemparametern und Hydrographie analysiert wurden oder werden. Das Vorhandensein der Spurenelementdaten neben den Hauptelementdaten ermöglicht die Quantifizierung der wichtigsten Elementeinräge und den Austrag durch Grenzquellen und Senken (wie Flüsse, hydrothermale, Staub und Sedimente), wodurch Korrekturen der Major-Elementdaten zur Berücksichtigung von Flüssen aus dem Ökosystem ermöglicht werden. Dieses Wissen wird zur Beurteilung des Zustands der marinen Ökosysteme genutzt und kann als Grundlage für Veränderungen dienen, die bei zukünftigen Bewertungen beobachtet werden. Die Anwendung dieses Instruments auf wiederholte räumliche oder zeitliche Untersuchungen wird eine groß angelegte Bewertung des Fortschritts der Auswirkungen der Versauerung der Ozeane auf die Häufigkeit von Kalkbildungsorganismen ermöglichen.
Der Orange Fächer stellt ein Archiv der Entwicklung der Sedimentation des südlichen Kapbeckens dar, da er bereits in der frühen Öffnungsphase dieses Beckens angelegt wurde und seither Sedimente aus verschiedenen Quellen erhält. Dieses Gebiet dokumentiert die unterschiedlichen Ablagerungsumgebungen, z.B. Wechsel von Meeresspiegelhoch- zu -niedrigstand oder verschiedene Turbiditsysteme als Liefergebiet, deren Variation vielfach auf Änderungen im Klimasystem (Erwärmung/Abkühlung, Veränderung der Wind- und Strömungssysteme) zurückzuführen ist. Diese Zusammenhänge sind für das Känozoikum bisher weder räumlich erfasst noch verstanden. Von großer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Auswirkung der beginnenden Vereisung der Antarktis, welche aber nur über die Darstellung der Unterschiede in der Sedimentation vor und seit Beginn der Vereisung aufzeigbar wird.1200 km hochauflösende reflexionsseismische Daten, die als Vorerkundung für ODP Leg 175 gewonnen wurden, bieten nun in Kombination mit den Ergebnissen der DSDP Leg 40 Sites 360 und 361 und ODP Leg 175 Sites 1085-1087 die Möglichkeit, detailliert die Sedimentverteilung für das Känozoikum im Bereich des Orange Fächers zu rekonstruieren und so eine Vorstellung über die Sedimentdynamik in diesem Gebiet zu entwickeln.
Ziel des Projektes ist eine Bestandsaufnahme der Wassermassenverteilung und der Zirkulation im Arktischen Ozean. Stabile Sauerstoffisotopen (delta18O) des Wassers ist ein konservativer Tracer und werden zusammen mit hydrochemischen Daten dazu verwendet das vom Schelf stammende Süßwasser (Flusswasser und Meereis-Schmelze oder Bildung) und die aus dem Pazifik stammende Komponente zu untersuchen. Auf diese Weise wird der Einfluss dieser Wassermassen in der arktischen Salzgehaltsschichtung (Halokline), dem Atlantischen Zwischenwasser und dem Tiefen- und Bodenwasser des Arktischen Ozeans quantifiziert werden. Es ist bekannt, dass die Verteilung der Pazifischen Komponente starken Veränderungen auf dekadischen Zeitskalen unterliegt aber auch in den Süßwasserverteilungen im Transpolaren Drift Strom wurden 2007 starke Variationen beobachtet welche somit auf zusätzliche jährliche Variationen hinweisen. Es ist nicht bekannt ob die 2007 beobachteten Variationen ein permanentes Phänomen sind und ob diese mit dem weitgehenden Fehlen des Pazifischen Wassers in diesem Zeitraum zusammenhängen. Die geplante flächendeckende und quantitative Erfassung der Süßwasserverteilung und des Pazifischen Wassers werden daher dazu beitragen, den Einfluss und die möglichen Rückkopplungsmechanismen der arktischen Hydrographie auf den arktischen und globalen Klimawandel weitergehend zu verstehen.
Die Dynamik von Atmosphäre und Ozean in den Tropen stellt ein wichtiges Element des heutigen Erdsystems dar. Wie sich die Tropen jedoch unter anthropogenem Einfluss zukünftig verändern werden, unterliegt großen Unsicherheiten.Daher schlagen wir vor, aus der Paläoperspektive Warmzeiten des Klimas der Vergangenheit mithilfe des iCESM1.2-Erdsystemmodells zu untersuchen, welches explizit Wasserisotope simuliert. Das Design dieser Zeitscheibenexperimente ist auf verschiedene Abschnitte des letzten Interglazials und des mittleren bis späten Holozäns zugeschnitten und erlaubt es, die vom Modell simulierte Saisonalität und interannuelle Variabilität des Hydroklimas mit Daten aus einem einzigartigen Satz fossiler Flachwasserkorallen zu vergleichen. Diese wurden bei Bonaire (Südliche Karibik) gewonnen und liefern Informationen über Meeresoberflächentemperaturen (SST) und Variationen des hydrologischen Kreislaufs in vergangenen Warmzuständen.Die explizite Darstellung von Wasserisotopen im Modell erlaubt einen direkten Vergleich mit den Korallendaten und eine detailliertere Beschreibung des hydrologischen Kreislaufs in vergangen Warmphasen.Im letzten Interglazial folgte die aus Korallen angezeigte Saisonalität der SST in der Karibik der orbital angetriebenen Einstrahlung. Es wurde bisher kaum untersucht, wie interannuelle Variabilität auf unterschiedliche Nuancen interglazialen Antriebs reagiert und ob die Korallensignale auch dekadische Variabilität in der Karibik widerspiegeln. Hier erwarten wir neue Erkenntnisse aus der vom Modell simulierten Variabilität und eine erweiterte Interpretation des Hydroklima-Signals aus fossilen Korallen.Aus dem späten bis mittleren Holozän existieren fossile Korallen für sehr ähnliche Zeitabschnitte sowohl aus der Karibik als auch aus dem tropischen Pazifik, was großes Potential bietet, um die atmosphärische Brücke und die Kovariabilität zwischen den beiden Ozeanbecken aus Korallen- und Modellperspektive zu untersuchen.Die globalen Modellsimulationen werden neue Erkenntnisse zu interannueller Klimavariabilität in der Karibik und ihrer Kopplung mit dem tropischen Atlantik und Pazifik für vergangene Warmzeiten erlauben, was aus Korallendaten allein nicht möglich ist. Wir werden die Hypothese testen, dass das wichtigste Phänomen interannueller Klimavariabilität, das El-Niño/Southern-Oscillation-Phänomen (ENSO), und damit verbundene Fernwirkungen wesentlich zur interannuellen Klimavariabilität in der Karibik beitragen und die unterschiedlichen Ausprägungen von ENSO dabei von Bedeutung sind. Ferner sollen die Modellsimulationen genutzt werden, ENSO-Dynamik und ENSO-Fernwirkungen in vergangenen Warmzeiten zu untersuchen. Dies ist von großer Relevanz in Anbetracht der Unsicherheiten, wie ENSO und das tropische Hydroklima auf den zukünftigen Klimawandel reagieren werden.
Das Fucino Becken ist das größte und vermutlich einzige Becken der Zentral Apenninen, das eine kontinuierliche lakustrine Sedimentabfolge und die sedimentäre Geschichte seit dem frühen Pleistozän bis zu rezenten historischen Zeiten dokumentiert. Die günstige Entfernung zu den peri-tyrrhenischen Vulkanzentren (100-150 km) macht das Fucino Becken zum besten Kandidaten im zentralen Mittelmeerraum, um eine lange und kontinuierliche tephrochronologische Abfolge zu erhalten, die mittels 40Ar/39Ar unabhängig datiert und direkt mit Proxy-Daten der lakustrinen Sedimente in stratigraphischer Ordnung verankert werden kann. In diesem Rahmen bildet der Fucino Paläosee einen Knotenpunkt im Netzwerk langer terrestrischer und mariner mediterraner Archive, inklusive Totem Meer, Van- und Ohridsee, Tenaghi Philippon und das Becken von Korinth. Das Übertragen der chronologischen und stratigraphischen Erkenntnisse auf paläomagnetische Exkursionen und auf orbitale und tausendjährige Klimaveränderungen abgeleitet aus Nordatlantischen Klimaarchiven setzt den Rahmen zu einem besseren Verständnis der raum-zeitlichen Variabilität, der Magnitude, sowie den unterschiedlichen Ausprägungen quartärer Klimaveränderungen.Dieser Antrag konzentriert sich auf eine 86 m lange Sedimentabfolge, welche aus dem zentralen Fucino Becken im Juni 2017 gewonnen wurde und die letzten 430.000 Jahre umfasst. Detaillierte tephrostratigraphische Untersuchungen umfassen Haupt-, Neben- und Spurenelementanalysen, sowie Isotopenanalysen von vulkanischen Gläsern, die auch an national und international kooperierenden Instituten durchgeführt werden. Chronostratigraphische Arbeiten basieren auf der Korrelation mit bekannten Tephrenlagen und auf direkter 40Ar/39Ar Datierung von bisher unbekannten und/oder undatierten Tephren. Die tephro- und chronostratigraphischen Untersuchungen werden es ermöglichen, (i) die Abfolge, die zeitlichen Einordnung, die Dauer und die Dynamik von vergangen Klimaereignissen zu bestimmen, (ii) das Wissen über den italienischen Vulkanismus, die Petrologie und die Geodynamik zu verbessern und (iii) das Verständnis der Chronologie von paläomagnetischen Exkursionen zu verbessern. Des Weiteren sollen im Rahmen des Projektes die Grenzen der 40Ar/39Ar Datierung in Bezug auf die benötigte Minimalgröße von Sanidinen oder Leuciten von unterschiedlich alten Tephren getestet werden.Das hier beantragte Projekt ist ein Verlängerungsantrag, da die Anzahl an Tephren in der Sedimentabfolge des Fucino Sees zwei- bis dreimal höher ist als ursprünglich erwartet. Dies ist eine exzellente Voraussetzung, um die oben genannten Antragsziele zu erfüllen. Die hohe Anzahl an Tephren erfordert jedoch intensivere analytische Arbeit, die in enger Kooperation mit internationalen Partnern durchgeführt wird. Dies setzt den Rahmen, um die überregionale Signifikanz des Fucino Archives hervorzuheben und eine von ICDP geförderte Bohrkampagne im Fucino Becken zu etablieren.
Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.
The data layers provided show current values for seawater temperature, pH, calcite and aragonite saturation (%), oxygen concentration, and particulate organic carbon (POC) flux to the seafloor at different depths (500, 1000, 2000, 3000, and 4000m) at the present day (1951-2000) and changes in these variables expected between 2041-2060 and 2081-2100 under different RCP scenarios. The data layers were generated following the methods described in Levin et al. (2020). In short, in 2019, we obtained the present day and future ocean projections for the different years which were compiled from all available data generated by Earth Systems Models as part of the Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5 (CMIP5) to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Three Earth System Models, including GFDL‐ESM‐2G, IPSL‐CM5A‐MR, and MPI‐ESM‐MR were collected and multi-model averages of temperature, pH, O2 , export production at 100-m depth (epc100), carbonate ion concentration (co3), and carbonate ion concentration for seawater in equilibrium with aragonite (co3satarg) and calcite (co3satcalc) were calculated. The epc100 was converted to export POC flux at the seafloor using the Martin curve (Martin et al., 1987) following the equation: POC flux = export production*(depth/export depth)0.858. The export depth was set to 100 m, and the water depth using the ETOPO1 Global Relief Model (Amante and Eakins, 2008). Seafloor aragonite and calcite saturation were computed by dividing co3 by co3satarg and co3satcalc. All variableswere reported as the inter-annual mean projections between 1951-2000, 2041-2060, and 2081-2100. The data for calcite and aragonite saturation can be found in Morato et al. (2020).
| Origin | Count |
|---|---|
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|---|---|
| Chemische Verbindung | 1 |
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