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Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Interhemisphärische Konkurrenz AtlantischerTiefenwässer seit der Mittel Pleistozänen Klimakrise (ODP 1063 versus ODP 1094/1090)

Nach Pena und Goldstein (2014) und Dausmann et al. (2017) ist die grundlegende Änderung der glazial-interglazialen Periodizität nach der Mittelpleistozänen - Klimakrise (MPT) durch eine erhebliche Abnahme der thermohalinen Zirkulation gekennzeichnet. Diese wurde mittels Nd-Isotopen Analysen mariner Sedimente nachgewiesen. Darauffolgend tritt die Reduktion der Tiefenwasserbildung während der Eiszeiten stetig wieder auf. Die MPT markiert eindeutig einen Wechsel von geringen Unterschieden im Tiefenwasser EpsilonNd (143Nd/144Nd - Verhältnis) zwischen Kaltzeiten und Warmzeiten. In den untersuchten ODP Kernen 1088/90 tritt diese Änderung in Wassertiefen von 2082 m und 3702 m auf. Weitere Studien im Nordatlantik bestätigen eine systematische Warmzeit - Kaltzeit Zyklizität der Nd-Isotopie, die einen Wettbewerb zwischen stärker radiogenen südlichen Wassermassen und weniger radiogenen nördlichen Wassermassen widerspiegelt. Hier definieren wir delta Epsilon als die Sensitivität von Wassermassen gegenüber der Veränderung der Nd-Isotopie entlang der Fließstrecke, d. h. den interhemisphärischen Gradienten pro Breitengrad. Die Nord-Süd-EpsilonNd-Differenz pro 10 Grad Breitengrad (delta Epsilon) ändert sich im Laufe der Zeit mit einer höheren Sensitivität in den Warmzeiten im Vergleich zu den Kaltzeiten. Bei bekannten Störungen der Nordatlantik-Zirkulation während des Heinrich Event 1 halbiert sich gar die Nd-Sensitivität im Vergleich zu Phasen starker Tiefenwasserbildung. Folglich verschwindet die Fähigkeit von EpsilonNd, die Wassermassenmischung zu verfolgen. Die Sensitivität nimmt dagegen in warmen Klimaphasen mit starker Tiefenzirkulation zu. Um Änderungen in der Wassermassenherkunft und der Stärke des Tiefenzirkulation durch kombinierte Untersuchungen von EpsilonNd und zum Beispiel delta 13C vollständig erfassen zu können, sind sowohl der ortsspezifische EpsilonNd Wert als auch der interhemisphärische Gradient oder die Nd-Sensitivität (delta Epsilon) erforderlich. Erste hochauflösende und bis zu 800 ka lange Nd-Isotopendatensätze zeigen die Dynamik der interhemisphärischen Nd-Sensitivitätsänderungen, für die es derzeit keine vergleichbaren Analysen im Südatlantik gibt. Ziel ist es daher, einerseits die Analysetechnik zu verbessern, um dann eine 1 Ma überspannende Zeitreihe der Nd-Isotopie im Südatlantik, südlich der Polarfront, zu generieren. Dies ermöglicht die Einflüsse von Wassermassen südlicher Herkunft zu quantifizieren. Wir haben ODP 1094 für diese Studie ausgewählt, da es eine direkte Verbindung zu Zirkumpolaren Wassermassen gibt und hohe Sedimentationsraten bestehen, die eine zeitliche Auflösung von Jahrtausenden ermöglicht. Alternativ werden wir den ODP-Kern 1090 weiter nördlich ergänzen. Wir planen eine große Anzahl von Nd-Analysen über die Projektdauer von zwei Jahren. Im dritten Jahr (Folgeantrag) sollen die Beobachtungen verfeinert werden, um die Auswirkungen der sich ändernden Sensitivität für die Entkopplung von Ozeanzirkulation und globalem

Gekoppelte Land-Ozean-Prozesse als Ursache der paläoklimatischen Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles (SO-Pazifik), Vorhaben: Paläoklimatische Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Einfluss von Jet-Front Systemen in der oberen Troposphäre auf die mesoskalige Struktur der Tropopauseninversionsschicht und Stratosphären-Troposphären Austausch (MESO-TIL)

Der vorliegende Antrag ist der HALO Mission WISE zuzuordnen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Bildung der Tropopauseninversionsschicht (TIL) und deren Einfluss auf Stratosphären-Troposphären Austausch (STE) auf der Mesoskala. Diesem Projekt dienen idealisierte Studien der TIL in baroklinen Lebenszyklen als Grundlage. Die Hauptziele sind dabei die Überprüfung der Ergebnisse der idealisierten Studien zur TIL Bildung genauso wie ein erweitertes Verständnis der Prozesse, die zum STE auf der Mesoskala beitragen. Dabei soll auf drei wissenschaftliche Fragestellungen genauer eingegangen werden: (1) Wie stark schwankt die TIL in ihrem Auftreten über dem Nordatlantik, vor allem im Bereich barokliner Lebenszyklen und im Bereich von STE? (2) Welche Prozesse liefern den größten Beitrag zur TIL auf der Mesoskala und welchen Einfluss hat dies auf STE? (3) Wie groß ist der Beitrag von klein-skaligen Wellen in der unteren Stratosphäre auf die TIL Bildung und die Ausdehnung der extratropischen Mischungsschicht? Eine Kombination von Methoden wird verwendet werden um diese Fragen zu beantworten. Analysedaten des EZMW werden zusammen mit Lagrangeschen Methoden benutzt, um die TIL und STE über dem Nordatlantik zu untersuchen. Der Nordatlantik ist das Gebiet, das auch während WISE untersucht werden soll. Darüber hinaus sollen für WISE hoch aufgelöste Modellsimulationen mit dem neuen numerischen Wettervorhersagemodell ICON durchgeführt werden. Dabei sollen zum einen die Beiträge diverser Prozesse auf die Bildung der TIL am Beispiel von realen Zyklonen und Antizyklonen untersucht werden. Des Weiteren sollen die Modelldaten zusammen mit Beobachtungsdaten verwendet werden um den Einfluss der TIL und von klein-skaligen Wellen auf die vertikale Ausdehnung der extratropischen Mischungsschicht zu bestimmen.

Kurzfristige Variabilität von Klima und Ozeanographie des subtropischen Nordwest-Atlantik

Mit detaillierten paläo-ozeanographischen Zeitserien soll das Wechselspiel zwischen nord- und südatlantischen Wassermassen und die Veränderlichkeit des transäquatorialen Wärmestromes rekonstruiert werden. Über Passagen in den Kleinen Antillen fließt warmes Oberflächenwasser aus dem Nordatlantik durch das Tobago Becken in die Karibik. Dieses Wasser fließt weiter in den Golf von Mexiko, dem Ursprungsgebiet des warmen Golfstromes. Das hier beantragte Vorhaben konzentriert sich auf die mikropaläontologische Auswertung von Sedimentmaterial, das im Rahmen der fünften Expedition des internationalen IMAGES Projektes im Juni 1999 im Tobago Becken gewonnen wurde. Feinskalige Paläo-Oberflächentemperaturprofile sollen für die letzten 150.000 bis 200.000 Jahre mit Hilfe der statistischen Bearbeitung der Vergesellschaftung planktonischer Foraminiferen entlang eines 38 m langen Sedimentkernes erstellt werden. Damit sollen kurzfristige Variabilitäten im Warmwasserpool des subtropischen Nordatlantik nachgezeichnet und versucht werden, zeitliche und mechanistische Querbezüge zu den raschen Klimawechsel im nördlichen Nordatlantik abzuleiten.

Gekoppelte Land-Ozean-Prozesse als Ursache der paläoklimatischen Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles (SO-Pazifik), Vorhaben: Räumliche und zeitliche Variabilität des küstennahen Auftriebsgebiets vor Nord-Chile

Forschergruppe (FOR) 1740: Ein neuer Ansatz für verbesserte Abschätzungen des atlantischen Frischwasserhaushalts und von Frischwassertransporten als Teil des globalen Wasserkreislaufs, Amplitude, mechanism, and dynamical significance of salinity variability in the Atlantic and Nordic Seas, analyzed from satellite data and ocean syntheses

The goal of this project is to quantify freshwater fluxes in the ocean, and improve our understanding of their temporal and spatial changes in terms of the interaction between ocean transport processes, surface net freshwater fluxes and river run-off, as well as mixing processes in the ocean. In particular, we aim at combining all available ocean salinity/freshwater data (including novel satellite-based salinity retrievals and ARGO data), surface freshwater fluxes (including HOAPS and NCEP net surface freshwater fluxes) and river discharge with a numerical model to improve our understanding of net surface sources of freshwater, near-surface freshwater budgets, and full-depth ocean freshwater transports. Respective sub-goals entail: -Improving the quality of SMOS and Aquarius surface salinity data and estimating respective error information required for their subsequent analysis and assimilation. - Expansion of the GECCO data assimilation system to incorporate surface salinity fields. - Evaluation of the sensitivity of subsurface salinity to freshwater fluxes (incl. run-off), surface salinity fields and subsurface salinity changes. - Estimates of surface and subsurface salinity fields, ocean transports of freshwater (including surface freshwater fluxes) from monthly mean SMOS and Aquarius fields, ARGO salinities and underway salinity measurements. - Quantifying the role of surface forcing (E-P-R) versus lateral transports and mixing of freshwater in modulating the freshwater content as function of depths and geographical position. Providing a best possible description of salinity changes and underlying processes in the Atlantic Ocean.

Trophische Interaktionen in tropischen Waldfragmenten

In diesem Forschungsvorhaben sollen die Effekte von Habitatfragmentierung auf Nahrungsnetze untersucht werden. Als Modellsystem dient die trophische Kaskade 'Pflanze - Pilz/Blattschneiderameise - Prädator/Parasit' im Atlantischen Regenwald Brasiliens, eines der weltweit am stärksten gefährdeten Waldökosysteme. Seit langem wird eine Zunahme der Dichte und Diversität von Blattschneiderameisen (BSA) in gestörten Habitaten beobachtet. Die Gründe hierfür sind jedoch weitgehend ungeklärt. Die diesem Projekt zugrunde liegenden Arbeitshypothesen basieren auf der Annahme, dass sowohl die Kontrolle durch Resourcenqualität als auch durch Prädation und Parasitismus in fragmentierten Wäldern weniger effizient sind als in geschlossenen Waldsystemen. Zur Beurteilung der bottom-up-Kontrolle wird daher untersucht, ob (1) pflanzliche Abwehr, (2) BSA Nahrungsbreite, (3) -Aktionsradius und (4) -Herbivorierate in Waldfragmenten zunehmen. Die Effizienz der top-down Kontrolle wird darüber bestimmt ob (1) Prädationsrate sowie (2) Ameisen- und Pilzparasitierung in kontinuierlichen Wäldern zunehmen und (3) der Koloniegründungserfolg abnimmt. Die Evaluierung der einzelnen Parameter und ihrer relativen Bedeutung soll das Verständnis der funktionellen Rolle trophischer Interaktionen am Beispiel dieser Schlüsselarten neotropischer Ökosysteme verbessern

Gekoppelte Land-Ozean-Prozesse als Ursache der paläoklimatischen Variabilität in der Atacama-Wüste im Norden Chiles (SO-Pazifik), Vorhaben: Paläoozeanographische Variabilität im SO-Pazifik vor Nord-Chile

Ostracodenfaunen und ihre Klappenchemie in hohen Breiten: Paläozeanographische Eichung über benthische Foraminiferenfaunen und deren Gehäusechemie

Vorrangiges Ziel des Projekts ist die Erfahrung der modernen benthischen Ostracodenfauna des Südatlantiks und angrenzenden Sektors des zirkumpolaren Ringozeans sowie die Kartierung ökologischer Präferenzen einzelner Arten im Ver- und Abgleich mit bereits untersuchten Umweltansprüchen benthischen Foraminiferenfaunen. Weiterhin werden die Verhältnisse der stabilen Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope der Gehäuseklappen ausgewählter Ostracodenarten mit denen benthischer Foraminiferengehäuse aus denselben Proben und mit den entsprechenden Sauerstoffisotropenwerten Werten des Wassers sowie den Kohlenstoffisotopenwerten des gelösten anorganischen Kohlenstoffs des Bodenwassers verglichen. Ebenso werden die Mg- und Sr-Gehalte von benthischen Ostracodenklappen bestimmt und wieder mit denen benthischer Foraminiferen aus denselben Proben verglichen. Während Faunenzusammensetzungen im Nordatlantik uns Spurenelementverteilungen von Ostracoden bereits erfolgreich zur paläozeanographischen Rekonstruktion und zur Paläotemperaturbestimmung eingesetzt wurden, steht die Interpretation der Isotopenverhältnisse und deren Nutzung als paläozeanographische Proxies noch am Anfang. Die Ergebnisse aller Analysen aus Südatlantik und Weddellmeer sollen mit den Ergebnissen aus Nordatlantik und Nordpolarmeer verglichen werden. Aus der Faunenzusammensetzung und Gehäusechemie mariner benthischer Ostracoden abgeleitete Proxyparameter müssen dann vermutlich nachgereicht werden. Auch eine umgekehrte Anpassung etablierter Proxies aus benthischen Foraminiferen ist möglichl. In jedem Falle wird die Aussagekraft und Vertrauenswürdigkeit paläoozeanographischer und -klimatischer Rekontstruktionen entscheidend verbessert.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Die Öffnung der Fram-Straße und ihr Einfluss auf Sedimenttransport, Klima und Ozeanzirkulation zwischen Arktis und Nordatlantik

Die Öffnung im frühen Neogen und anschließende Verbreiterung und Vertiefung der Fram-Straße, der einzigen Tiefenwasserverbindung zwischen Arktischem und Atlantischem Ozean, stellt ein grundlegendes tektonisches Ereignis dar, das weitreichende Konsequenzen fuer die globale Ozeanzirkulation und die Klimaentwicklung sowie fuer Sedimentationsprozesse in den angrenzenden Ozeanbecken und entlang der Kontinentalränder hatte. Die entstandenen Sedimentarchive erlauben es in der Kombination von seismischen Kartierungen mit stratigraphischen Untersuchungen an existierenden DSDP/ODP-Bohrkernen, Rueckschluesse auf die Entwicklungsgeschichte dieser tiefen Meeresstrasse auf tektonischen Zeitskalen (100.000-1.000.000 Jahre) zu ziehen. Die seismostratigraphische Untersuchung von sedimentären Strukturen anhand teilweise neu zu bearbeitender reflexionsseismischer Profile in der Fram-Straße und den Antragstellern neu zugänglich gemachter externer Daten von den angrenzenden bzw. konjugierten Kontinentalrändern von Grönland und Norwegen (Daten von BGR, NPD, GEUS) stellt somit wertvolle Informationen ueber die regionale tektonische, ozeanographische und klimatische Entwicklung bereit, u.a der Vereisungsgeschichte der nördlichen Hemisphäre. Unser Ziel ist es, aus den Reflexionsmustern und internen Sedimentstrukturen seismischer Profile auf die Ablagerungsmechanismen zu schließen, um damit wiederum tektonische Prozesse sowie Veränderungen der ozeanischen Zirkulation in der Fram-Straße zu rekonstruieren. Einen wesentlichen Beitrag dazu leisten veröffentlichte und geplante Überarbeitungen der Chronostratigraphie der DSDP/ODP-Bohrkerne der Lokationen 343, 642/643, 909, 910, 912 und 913, die eine Datierung der seismischen Grenzflächen (Reflektoren) und eine sedimentologische Charakterisierung der seismischen Einheiten ermöglichen.

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