Das südliche Afrika ist einer der Hotspots des Klimawandels. In Namibia treten einige der extremsten Klimaregime der Welt auf, vom kalten Benguela-Strom zur hyperariden Küstenwüste Namib. Nebel und niedrige Wolken sind typische Erscheinungen der Region. Sie beeinflussen die Küstenregion und liefern weiter landeinwärts einen höheren Beitrag zum Wasservolumen als Niederschlag. Nebel und niedrige Wolken spielen damit eine zentrale Rolle in der Bereitstellung kritischer limitierender natürlicher Ressourcen in empfindliche Ökosysteme: Wasser, Nährstoffe und Licht. Das wissenschaftliche Verständnis der mikrophysikalischen und chemischen Mechanismen der Bildung, Zusammensetzung und letztlich der Aufnahme und Verteilung von Aerosol-Nährstoffen ist jedoch noch unvollständig. Um die bestehenden Verständnislücken zu schließen wird hier mit dem AEROFOG-Projekt ein interdisziplinärer Ansatz vorgeschlagen, der Atmosphärenwissenschaften, Fernerkundung und Ökologie umfasst. Eine solch umfassende Betrachtung der Materie ist unverzichtbar. AEROFOG zielt auf ein verbessertes Verständnis des Einflusses von Aerosolen auf Nebelentwicklung, dessen chemische Zusammensetzung und seinen Einfluss auf die lokale Biogeochemie. Dabei werden detaillierte Messungen von Aerosol, Deposition und Nebelchemie sowie mikrophysikalischer Größen bei zwei intensiven Feldmesskampagnen im Süd-Winter und Süd-Sommer an Küsten- und Wüstenstationen durchgeführt, um eine große Anzahl von verschiedenartigen Nebelereignissen erfassen zu können. Zusätzlich werden Studien zur Wirkung von Nebel auf die lokale Biogeochemie und insbesondere endemische Pflanzenarten durchgeführt. Diese Messungen stellen die Grundlage für Multiphasen-Prozess-Modellierung der Aerosol-Nebel-Interaktionen dar, womit ein neues Verständnis von Nebel-Mikrophysik und -Chemie erzielt wird. Aus zeitlich hochaufgelösten Satellitendaten werden räumliche und zeitliche Muster der Nebelverteilung ermittelt und mit den Modell- sowie experimentellen Erkenntnissen verschnitten. Zusammengenommen wird mit diesem interdisziplinären und kooperativen Projekt eine Reihe von Erkenntnislücken geschlossen und werden erstmalig Einsichten in die Verteilung und Eintragung nebelgetragener Nährstoffe in ariden Ökosystemen wie der Namib gewonnen und damit eine wichtige Grundlage für Klimaprojektionen und Ökosystemgesundheit gelegt.
Das Benguela-Auftriebsgebiet, eine der produktivsten Küstenregionen der Erde, war in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts intensiver Befischung ausgesetzt, was zu einem Bestandseinbruch bei kleinen pelagischen Schwarmfischen wie Sardine und Sardelle führte. Während sich die Bestände dieser Fischarten im südlichen Benguela Auftriebsgebiet langsam erholt haben, ist der nördliche Bereich nicht wieder zum ursprünglichen Ökosystem zurückgekehrt, sondern wird nun von anderen Fischarten (Seehecht, Holzmakrele) dominiert und unterscheidet sich deutlich vom Süden. Bei ähnlichen Auftriebsvolumen und Primärproduktionsraten sind die fischereilich wertvollen Fischbestände im Süden deutlich größer als im Norden. Die in TRAFFIC (Trophische Transfereffizienz im Benguela-Strom) geplanten Untersuchungen sollen darüber Aufschluss geben, in wieweit und an welcher Stelle im Nahrungsnetz sich der Energietransfer in den beiden Gebieten unterscheidet. Die Universität Hamburg trägt direkt zu verschiedenen Themen bei, die im Verbundprojekt TRAFFIC bearbeitet werden. Das Teilprojekt des Instituts für Marine Ökosystem- und Fischereiwissenschaften (IMF) wird abiotische Parameter, die während der Schiffsexpedition gemessen werden, in Kooperation mit südafrikanischen Partnern analysieren, um physikalisch-ozeanographische Hintergrundinformationen für das Projekt bereitzustellen. Weiterhin werden Primärproduktionsraten sowie die Fitness der Primärproduzenten untersucht. Das Phyto- und Mikrozooplankton wird in Kooperation mit namibischen Partnern identifiziert und dessen trophische Stellung soll mithilfe stabiler Isotope bestimmt werden. Fraßraten werden direkt an Bord experimentell ermittelt. Auch soll die biologische Zusammensetzung von sinkenden partikulären organischem Material analysiert werden.
Küstenauftriebsgebiete wie der Benguelastrom vor SW-Afrika sind hochproduktive Ökosysteme von großer ökonomischer Bedeutung. Sie stellen 20% des weltweiten Fischereiertrags auf nur 2% der Weltozeanfläche. Dabei gibt es starke regionale Unterschiede in den Fischbeständen und Fischereianlandungen zwischen verschiedenen Teilsystemen. Trotz ähnlicher Primärproduktion ist der Sardinenbestand im nördlichen Benguela-Auftriebsgebiet vor Namibia seit den1970er Jahren zusammengebrochen, während der Bestand im südlichen Teil immer noch eine wirtschaftlich wichtige Fischereigrundlage stellt. Solche Unterschiede lassen sich nur durch unterschiedliche trophische Strukturen und Abhängigkeiten erklären, bei denen Energie und Biomasse entlang der Nahrungskette weitergeleitet werden. Das BMBF-geförderte Verbundvorhaben TRAFFIC erforscht die Ursachen der unterschiedlichen Produktivität im nördlichen und südlichen Benguela-Auftriebssystem und wie beide Teilsysteme auf den globalen Klimawandel reagieren. Neben der Koordination des Gesamtprojektes (Teilprojekt 0) bearbeitet das ZMT in enger Kooperation mit südafrikanischen und namibischen Partnern Fragen zu den biogeochemischen Stoffflüssen und dem Kohlenstoffkreislauf (TP2) sowie die Rolle der frühen Lebensstadien der Fische (Larven und juvenile) und der Kleinen pelagischen Arten' (Sardinen, Sardellen) in den beiden Teilsystemen (TP4).Verteilung in der Wassersäule, Stellung in der Nahrungskette und Wanderungsverhalten werden untersucht.
Vorhabenziel: Kaltes Auftriebswasser breitet sich nicht nur entlang der Küste aus, sondern wird auch durch kleinräumige und kurzlebige Filamente in den inneren Ozean transportiert. Im Vorhaben soll die Rolle dieser Auftriebsfilamente für die Wechselwirkungen des östlichen Randstroms vor Namibia mit dem offenen Ozean des Südatlantiks untersucht werden. Die verantwortlichen Prozesse für die Bildung der Filamente, ihre Struktur und Dynamik, ihre Lebensdauer und ihre Zerfallsmechanismen sind Inhalt der Studie. Darüber soll der Einfluss der Filamente auf den Transport von Wärme zwischen der Schelfregion und dem Subtropenwirbel des Südatlantiks quantifiziert werden. Arbeitsplanung: Während einer Schiffsreise im August 2013 werden die Filamente vor Lüderitz (Namibia) mit Hilfe schiffsgebundener und autonomer Messgeräte detailliert beprobt. Des Weiteren wird etwa 200 km von der Küste entfernt über einen Zeitraum von etwa 6 Monaten eine Tiefwasserverankerung ausgelegt. Hier beeinflussen keine Randwellen die Messdaten und die Gefahr von Verlust der Geräte durch Fischerei ist gering, so dass die durch Filamente verursachten Schwankungen von Strömung, Temperatur und Salzgehalt gut vermessen werden können. Die im Projekt erhobenen Daten werden durch die Auswertung von aktuellen und historischen Messdaten und Satellitenprodukten ergänzt.
Im Vorhaben wird die Beeinflussung des Benguela-Auftriebsgebiets durch Wassermassen aus weit entfernten Seegebieten untersucht. Die physikalischen Prozesse der Ausbreitung von Südatlantischem Zentralwasser entlang der Westküste des südlichen Afrika bis in das Benguela - Auftriebsgebiet hinein werden unter Berücksichtigung der lokalen Windfelder erforscht. Am Beispiel der Schlüsselgröße 'Sauerstoffgehalt' wird die Modifikation der Wassermassen während ihres polwärtigen Transports quantifiziert. Dazu werden konsistente Zeitreihen aus atmosphärischen und hydrographischen Daten gewonnen und mit statistischen Methoden und Modellen analysiert. Historische und rezente Langzeitdaten bekommen durch Kombination mit Daten der im Projekt geplanten Verankerung bei ca. 18 Grad S eine neue Qualität. Erstmals wird die Ausbreitung von Wellen auf dem Schelf Namibias direkt verfolgt. Zur Verbesserung der Auflösung werden zusätzlich landgestützte Temperatursensoren ausgebracht. Durch schiffsgestützte Messungen wird die Modifikation der Wassermasseneigenschaften vom Angolawirbel als Quellgebiet des Südatlantischen Zentralwassers bis zum nördlichen Benguela-Auftriebsgebiet verfolgt. Die dem Wassermassentransport zugrunde liegende physikalische Dynamik wird mit Hilfe idealisierter analytischer Modelle in Kombination mit Ergebnissen realistischer numerischer Simulationen in einem gekoppelten Ökosystemmodell untersucht.
Wissenschaftliches Ziel bleibt die Klärung der Beziehungen zwischen Klimaveränderung, biogeochemischen Zyklen von für Nährstoffe relevanten Elementen, Treibhausgasen sowie Ökosystemstrukturen im Küstenauftriebssystem im nördlichen Benguela-Gebiet/SW-Afrika; Ausbildung und Weiterbildung von Wissenschaftlern in den Partnerländern fördern durch Fortsetzung des projektbezogenen Capacity Building vor; Koordination (TP-0) sichert die Kommunikation zwischen den Projektpartnern und Partnern der Region durch die Organisation von Schiffsexpeditionen, Workshops, Ausbildungsveranstaltungen sowie durch Öffentlichkeitsarbeit. Biogeochemische Arbeiten des TP-3 in GENUS II untersuchen Prozessen an der Grenze Sediment-Wasser, meeresbiologische Untersuchungen in TP-5 zielen auf die Klärung der Rolle von Zooplankton im Nahrungsnetz des Auftriebsgebiets. Organisation von 3 Expeditionen in 2013/2014. Entnahme von Wasser,- Sediment-, und Porenwasserproben auf Stationen vor SW Afrika während dieser Expeditionen; Analyse der Wasserinhaltsstoffe und chemischen Zusammensetzung von Feststoffen; Beprobung von Schwebstoffen mit Sedimentfallen und Zooplankton mit Multinetzen; Untersuchungen des Meeresbodens mit ROV; (isotopen)geochemische Analysen sowie Erstellung von Karten zu Sedimenttypen und Austauschraten zwischen Wasser und Sediment; Berechnung der benthischen Gesamtflüsse und ihrer räumlichen wie zeitlichen Variabilität gemeinsam mit anderen TPs; Organisation von Öffentlichkeitsarbeit und Workshops
1. Vorhabensziele Euphausiiden (Krill) dienen als Wassermassen-Indikatoren im Auftriebsgebiet vor Namibia. Kenntnisse der Horizontal- und Vertikalverteilungen von Krill werden in GENUS II weiter ausgebaut. Krillarten dienen dazu, die Bildung und Weiterentwicklung kleinskaliger ozeanischer Strukturen, der Auftriebsfilamente, anzuzeigen. Verhaltensstudien an Grenzflächen werden dabei mit weiteren Untersuchungen der Vertikalverteilung und -wanderung verbunden. Detaillierte Studien von Wachstum, Reproduktion und Energiestoffwechsel von Krillarten im Zusammenhang mit der Bestimmung von Sauerstoffmangel- und Temperaturtoleranzen werden weitergeführt. Unter Aspekten der Nahrungsnetze sind mehrere Arten omnivor, das heißt, sie spielen eine wesentliche Rolle als Planktonkonsumenten aber auch als Biomasse-Produzenten. Sie sind entscheidende Nahrungsquellen für (kommerzielle) Fischarten. Die besonders kurze Krill-Nahrungskette hat dabei Indikatorfunktion im integrativen Modellansatz des Verbundes GENUS II zur Beschreibung der Abhängigkeit des Ökosystems im Auftriebsgebiet vor Namibia von klimagetriebenen Umweltveränderungen. 2. Arbeitsplanung Auf drei Expeditionen werden Arten und Abundanz der Krillarten anhand von Netzfängen und Akustik bestimmt. Aus Biomassen werden die horizontale und die vertikale Planktonverteilung abgeleitet. Die Daten dienen der Beschreibung der Wasserkörper im Auftriebsgebiet. Respirations- und Exkretionsmessungen dienen zur Erfassung von Stoffwechselaktivität und Nahrungsumsatz der Organismen im Abhängigkeit von Sauerstoffangebot und Temperatur. Die Ergebnisse fließen ein in Modellierungen des Nahrungsnetzes.
Das übergeordnete Ziel der Ichthyoplanktonuntersuchungen ist das Verständnis der Dynamik in der Ichthyoplanktongemeinschaft des Benguelastrom Ökosystems und die Abhängigkeit von kurz- und mitt-zeitigen Veränderungen der Umweltbedingungen. Das Ziel der biogeochemischen Untersuchungen ist es saisonale und interannuelle Variationen der Kohlenstoffflüsse, die für die Funktion der Biologischen Pumpe von zentraler Bedeutung sind, zu erfassen und ihre Abhängigkeit von sich ändernden Umweltparametern, wie steigenden CO2- und sinkenden Sauerstoffkonzentrationen, zu erforschen. Auf den geplanten Expeditionen werden die horizontale und vertikale Verbreitung der Fischlarven anhand von Mehrfachschließnetzproben untersucht und potentielle Beuteorganismen mit Zusatznetzen im Multinetz gefangen. Positionen der Arten im Nahrungsnetz werden mit Hilfe von Magenanalysen, stabilen Isotopen und Fettsäureanalysen bestimmt. Experimentelle Arbeiten sollen an Bord, aber auch in Anlagen der Partner gemacht werde. Die biogeochemischen Arbeiten beinhalten, die Messung des pCO2 im Ozean und der Atmosphäre, die Bestimmung des Kohlenstoffexportes von der Meeresoberfläche in die Tiefsee anhand von Sedimentfallen, die Quantifizierung der Kohlenstoffflüsse an der Sediment-Wasser-Grenzschicht sowie die Bestimmung der TA, des DIC und des DOC in der Wassersäule.
Während GENUS I bestanden die Hauptziele von Teilprojekt 6 darin, Schlüsselarten des Zooplanktons zu identifizieren, die eine wichtige Rolle im Nahrungsnetz des nördlichen Benguela-Auftriebssystems spielen, ihren Energiebedarf zu bestimmen und ihre Nahrungspräferenzen und trophische Positionen mithilfe von Fettsäure-Biomarkern und stabilen Isotopenverhältnissen festzustellen. Auf der Grundlage dieser Felddaten wird zurzeit ein Nahrungsnetzmodell entwickelt, wobei das Ecopath mit Ecosim-Softwarepaket (EwE) genutzt wird. Während GENUS II liegt der Forschungsschwerpunkt auf der Sukzession und Alterungsprozessen in Auftriebsfahnen. Außerdem werden physiologische Toleranzgrenzen und Adaptationen an hypoxische Bedingungen erforscht, um die Auswirkungen der ausgeprägten und sich ausweitenden Sauerstoffminimumzonen (OMZ) auf die Zooplanktongemeinschaften und Räuber-Beute-Beziehungen zu bestimmen. Basierend auf dem während GENUS I entwickelten EwE-Modell wird das nördliche Benguela-Auftriebssystem außerdem mit den veröffentlichten Daten anderer Küstenauftriebssysteme verglichen in Bezug auf Ökosystemstabilität, Verwundbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen. Neben der Modellierungskomponente, die fortgesetzt und intensiviert wird, finden umfangreiche Feldstudien während 3 Expeditionen in Kooperation mit namibischen Partnern statt. Die beiden Reisen 2013 dienen Nahrungsnetzstudien und Hypoxietoleranzmessungen, während 2014 eine Sukzessionsstudie geplant ist.
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