Im letzten Jahrzehnt war der grönländische Eisschild mehreren Extremereignissen ausgesetzt, mit teils unerwartet starken Auswirkungen auf die Oberflächenmassebilanz und den Eisfluss, insbesondere in den Jahren 2010, 2012 und 2015. Einige dieser Schmelzereignisse prägten sich eher lokal aus (wie in 2015), während andere fast die gesamte Eisfläche bedeckten (wie in 2010).Mit fortschreitendem Klimawandel ist zu erwarten, dass extreme Schmelzereignisse häufiger auftreten und sich verstärken bzw. länger anhalten. Bisherige Projektionen des Eisverlustes von Grönland basieren jedoch typischerweise auf Szenarien, die nur allmähliche Veränderungen des Klimas berücksichtigen, z.B. in den Representative Concentration Pathways (RCPs), wie sie im letzten IPCC-Bericht genutzt wurden. In aktuellen Projektionen werden extreme Schmelzereignisse im Allgemeinen unterschätzt - und welche Konsequenzen dies für den zukünftigen Meeresspiegelanstieg hat, bleibt eine offene Forschungsfrage.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die Auswirkungen extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Entwicklung des grönländischen Eisschildes zu untersuchen. Dabei werden die unmittelbaren und dauerhaften Auswirkungen auf die Oberflächenmassenbilanz und die Eisdynamik bestimmt und somit die Beiträge zum Meeresspiegelanstieg quantifiziert. In dem Forschungsprojekt planen wir zudem, kritische Schwellenwerte in der Häufigkeit, Intensität sowie Dauer von Extremereignissen zu identifizieren, die - sobald sie einmal überschritten sind - eine großräumige Änderung in der Eisdynamik auslösen könnten.Zu diesem Zweck werden wir die dynamische Reaktion des grönländischen Eisschilds in einer Reihe von Klimaszenarien untersuchen, in denen extreme Schmelzereignisse mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit zu bestimmten Zeitpunkten auftreten, und die Dauer und Stärke prognostisch variiert werden. Um indirekte Effekte durch verstärktes submarines Schmelzen hierbei berücksichtigen zu können, werden wir das etablierte Parallel Ice Sheet Model (PISM) mit dem Linearen Plume-Modell (LPM) koppeln. Das LPM berechnet das turbulente submarine Schmelzen aufgrund von Veränderungen der Meerestemperatur und des subglazialen Ausflusses. Es ist numerisch sehr effizient, so dass das gekoppelte PISM-LPM Modell Ensemble-Läufe mit hoher Auflösung ermöglicht. Folglich kann eine breite Palette von Modellparametern und Klimaszenarien in Zukunftsprojektionen in Betracht gezogen werden.Mit dem interaktiv gekoppelten Modell PISM-LPM werden wir den Beitrag Grönlands zum Meeresspiegelanstieg im 21. Jahrhundert bestimmen, unter Berücksichtigung regionaler Veränderungen von Niederschlag, Oberflächen- und Meerestemperaturen, und insbesondere der Auswirkungen von Extremereignissen. Ein Hauptergebnis wird eine Risikokarte sein, die aufzeigt, in welchen kritischen Regionen Grönlands zukünftige extreme Schmelzereignisse den stärksten Eisverlust zur Folge hätten.
Der Melvillesee ist ein Fjordsee, der sich in der letzten Eiszeit am Rande des hochdynamischen Laurentidischen Eisschildes (LIS) befand. Die obersten 10 m der insgesamt ca. 300-400 m Seesedimente haben die postglaziale Geschichte der letzten 10000 Jahre aufgezeichnet. In diesem dicken Sedimentpaket dürfte der See die Klimageschichte bis weit zurück vor das letzte Glazial gespeichert haben und würde sich daher als exzellentes Klimaarchiv anbieten. Um diesen Sachverhalt zu klären, wurde im Sommer 2019 eine Expedition mit dem FS Maria S. Merian (MSM84) unternommen. Während dieser Expedition wurden Sedimentkerne gezogen sowie ein dichtes Netz von hydroakustischen Messungen durchgeführt. Anhang der Sedimentkerne und der Sedimentecholot-Daten kann man fünf verschiedene Schichten im Untergrund des Sees erkennen: (I) post-glaziale Sedimente; (II) Sedimente aus der Zeit des Eisrückzuges; (III) Sedimente, die mit großer Wahrscheinlichkeit in einem subglazialen See unterhalb des aufschwimmenden LIS abgelagert wurden. Darunter finden sich (IV) wiederum schön geschichtete Sedimente, die aus einem früheren eisfreien Zeitraum stammen dürften, vermutlich MIS5, MIS4 oder die erste Hälfte des MIS3. Als unterste Schichte ist das Grundgestein (V) zu erkennen. Unsere Sedimentkerne enthalten Sedimente aus I und II sowie aus dem obersten Bereich von III. Im Rahmen dieses Projektes schlagen wir vor, die post-glazialen Sedimente sowie diejenige vom Rückzug des LIS genauer zu untersuchen, um daran Paläoklimaschwankungen sowie die Rückzugsgeschichte des LIS zu rekonstruieren. In einem zweiten Schritt möchten wir auch die Sedimente analysieren, die vom subglazialen See zu stammen, um diesen besser zu charakterisieren und um zu testen, ob auch diese Sedimente Klimaschwankungen aufgezeichnet haben. Um diese Fragen zu beantworten, werden wir die Sedimentkerne zuerst mit zerstörungsfreien Methoden wie CT-Scanning, Multisensor-Core-Logging und XRF-Scanning untersuchen. Danach werden ausgewählte Kernabschnitte beprobt. Mit Hilfe von Radiokarbondatierungen und paläomagnetischen Messungen werden wir ein Altersmodell erstellen können. Mit einer Kombination der zerstörungsfreien Messungen mit Einzelprobenmessungen (TIC, TOC, Korngröße, XRD, WD-XRF) werden wir die in den Kernen enthaltene paläoklimatologische Information entschlüsseln. Hierbei werden wir einen Schwerpunkt auf die Entwicklung von Proxies legen, die geeignet sind, die vergangenen Vorstöße und Rückzüge des LIS zu rekonstruieren. Falls wir zeigen können, dass die Sedimente des Melvillesees tatsächlich ein Archiv für Klimageschichte auch jenseits des Holozäns sind, dann empfiehlt sich der See als ein Hauptziel einer zukünftigen amphibischen Tiefbohrung von IODP und ICDP. Diese würde mit dem Ziel abgeteuft, die Dynamik des LIS zu rekonstruieren.
Darstellung von Vereisungsgrenzen und der Position von Moränenstrukturen auf der Geologischen Karte von Niedersachsen 1 : 50 000. Die Darstellung der Vereisungsgrenzen zeichnet die maximale Verbreitung eiszeitlicher Gletscher in Niedersachsen nach. Im Oberharz wird die Reichweite der Eigenvergletscherung des Harzes während der Weichsel-Kaltzeit gezeigt. Für die anderen Bereiche Niedersachsens gibt die allgemeine Vereisungsgrenze Hinweise zur maximalen Reichweite des Inlandeises im Pleistozän. Mit den End- und Stauchmoränen im Saale-Bereich wird die Verbreitung und Lage von charakteristischen und markanten End- und Verweilstadien bedeutender Vorstöße saalezeitlichen Inlandeises dargestellt. Bei diesen Daten handelt es sich um Linieninformationen, die digital vorgehalten und bei Bedarf kombiniert mit den geologischen Daten der GK50-Grundkarte ausgegeben werden. Nur in Verbindung mit den geologischen Informationen im Hintergrund wird z.B. die Dynamik und Verbreitung der kaltzeitlichen Eisvorstöße in Niedersachsen fassbar.
Durch die Klimaerwärmung der letzten Jahrzehnte hat sich der Eismassenverlust des Antarktischen Eisschildes (AIS) verstärkt. Das ist gesellschaftlich relevant, da der globale Meeresspiegel in naher Zukunft substantiell ansteigen könnte. Eine Reihe wissenschaftlicher Disziplinen versuchen daher den Istzustand des AIS besser zu verstehen, um fundierte Prognosen für die Zukunft liefern zu können. Im Projekt AIS-DIS würden wir gerne die Dynamik des AIS für Schlüsselzeiträume der Vergangenheit besser verstehen, damit Modelle kalibriert und künftige Vorhersagen verbessert werden können. Wir werden unsere Studien auf den letzten glazialen Zyklus konzentrieren, und zwar speziell auf die Terminationen 1 und 2, da der Eismassenverlust während dieser natürlichen Klimaerwärmungen am größten war. Unsere Untersuchen sollen sich auf die sog. Iceberg Alley konzentrieren. Es handelt sich dabei um ein einzigartiges Portal durch das die meisten Eisberge, die von der Antarktis abbrechen, hindurchdriften und dann über unseren Kernstationen abschmelzen. Deswegen ist dies die einzige Region, in der ein repräsentatives und integriertes Signal des Antarktischen Eismassenverlustes durch die Zeit hinweg gewonnen werden kann. Während der IODP Expedition 382 werden zum ersten mal lange Bohrkerne aus der Iceberg Alley entnommen. Wir möchten gerne die oberen 80-120 m an vier Kernstationen innerhalb des Scotia-Meeres untersuchen (zwei aus dem Pirie-Becken und zwei aus dem Dove-Becken). Unser Ziel ist es, Zeitpunkt, Geschwindigkeit und Ausmaß der Eismassenverlustes zu entschlüsseln. Das soll hauptsächlich dadurch erreicht werden, dass Eisberg transportiertes Material (IBRD) analysiert wird - grobkörnige Sedimentpartikel, die im Eisberg eingeschlossen sind, beim Schmelzen losgelassen werden, und schließlich im Sediment des tiefen Ozeans abgelagert und archiviert werden. Zunächst werden wir jüngst dokumentierte Staub-Klima Kopplungen implementieren und zwar durch die Korrelation von magnetischer Suszeptibilität, Ca und Fe zu Staubanzeigern antarktischer Eiskerne. Dadurch sollen hochauflösende Altersmodelle für die letzten ca. 140 ka etabliert werden. Anzeiger für IBRD sollen anhand von 2D-Radiographien, Korngrößenanalysen und XRF-Scandaten gewonnen werden. Um unsere Ergebnisse in einen größeren paläoklimatischen Kontext zu stellen, wollen wir weiterhin die sog. Fourier Transformierte Infrarot Spektroskopie sowie Farbreflexionsmessungen (L*a*b*) einsetzen. Durch die Zusammenarbeit mit weiteren Wissenschaftlern der IODP Expedition 382 sollen unabhängige Altersangaben anhand von Aschen und der Relativen Paläointensität geliefert werden sowie die Herkunft des IBRD mittels geochemischem Fingerabdruck entschlüsselt werden. Die Resultate des Projektes AIS-DIS sollen weiterhin in Eis-, Ozean-, und Klimamodelle implementiert, und die Ergebnisse als gemeinsame Leistung in hochangesehenen Journalen publiziert werden.
Das westantarktische Eisschild (WAES) umfasst ein Volumen von 2,2 Millionen km3 und trägt damit zu etwa 10 Prozent am gesamten antarktischen Eisvolumen bei. In der jüngsten Vergangenheit, hat sich diese Volumen allerdings dramatisch reduziert und zurzeit gehört der WAES zu der am stärksten abschmelzenden Region des antarktischen Kontinents. Satellitengestützte Untersuchungen legen den Schluss nahe, dass der WAES mit 86 Prozent den weitaus größten Anteil am Verlust der antarktischen Eismassen über die letzten zwei Jahrzehnte hatte. Sollte sich das Abschmelzen in einer ähnlichen Weise fortsetzen, ist davon auszugehen, dass alleine die Eismassen des WAES den globalen Meeresspiegelanstieg bis zum Ende des Jahrhunderts um einen Meter ansteigen lassen kann. Ein kompletter Zusammenbruch des WAES könnte sogar zu einem Anstieg des Meeresspiegels von bis zu 6 m führen. Computermodellierungen deuten an, dass Zusammenbrüche des WAES wiederholt seit dem späten Miozän aufgetreten sein könnten und sich über geologisch kurze Zeiträume von nur wenigen hundert Jahren entwickeln. Allerdings sind solche Modellierungen mit großen Unsicherheiten hinsichtlich der zeitlichen Entwicklung als auch der Menge der abschmelzenden Eismassen behaftet. Proxydaten, die Informationen hinsichtlich der zeitlichen und räumlichen Ausdehnung des WAES liefern, sind ein vielversprechender Ansatz um zukünftige Änderungen dieser sehr zerbrechlichen aber aus globaler Sicht äußerst wichtigen Region unseres Planeten zu bestimmen. Solche Proxydaten stehen aus der Westantarktis zurzeit jedoch nur begrenzt zur Verfügung. Sedimente, die vom Kontinentalhang der Amundsensee in der Westantarktis während IODP Expedition 379: 'Amundsen Sea West Antarctic Ice Sheet History' genommen wurden, bieten erstmalig die Möglichkeit kontinuierliche Klimaprofile und Profile der Eismassenbewegungen des WAES über die letzten ca. 6.8 Millionen Jahre in einer bis jetzt einmaligen Auflösung zu generieren. In dem hier vorgestelltem Projekt wird ein Multiproxyansatz bestehend aus bulk-geochemischen Methoden, Isotopen und Lipidbiomarkern gewählt um das Verhalten des WAES auf sich verändernde Umweltparameter zu untersuchen und zu bestimmen ob und auf welchen Zeitskalen partielle oder komplette Zusammenbrüche des WAES erfolgten. Im speziellen, soll der erste durchgängige Temperaturrekord der Westantarktis seit dem späten Miozän erzeugt und die Hypothese getestet werden, dass die Rückwanderung des WAES in der Amundsensee im direkten kausalen Zusammenhang mit dem Übergreifen von relativ warmen zirkumpolaren Tiefenwasser auf die Schelfbereiche der Westantarktis steht. Zudem soll untersucht werden, wie aquatische und terrestrische Ökosysteme auf sich verändernde Eismassenverhältnisse reagieren und ob diese Systeme bei einem sich erwärmenden Klima als Quellen oder eher als Senken für Kohlenstoff fungieren.
Grönland beheimatet, abgesehen von seinem großen Eisschild, eine Vielzahl von weitaus kleineren peripheren Gletschern. Der Anteil dieser Gletscher am gesamten Eismassenverlust Grönlands geht weit über den Anteil hinaus, den diese Gletscher an der gesamten Eismasse und –fläche einnehmen. Da sie sich meist in gebirgigem Gelände entlang der Küsten befinden, erfordern numerische Modelle dieser Eismassen geeignete räumliche Auflösungen, die nicht von Eisschildmodellen erreicht werden können. Kalbende Gletscher tragen in besonderem Maße zum Gesamtmassenverlust bei. Über den Zeitraum 2003-2008 trugen die peripheren Gletscher 14% zum grönlandweiten Eismassenverlust bei. Ihr Beitrag zum Meeresspiegelanstieg wird Prognosen zufolge in Zukunft weiter ansteigen, wobei aktuell verfügbare Projektionen unter Annahme einer Klimaentwicklung entlang des RCP 8.5 einen Eismassenverlust von bis zu ~50% im 21. Jahrhundert vorhersagen. Es existiert eine deutliche regionale Variabilität, die eine komplexe Kombination von atmosphärischen und ozeanischen Antriebsmechanismen widerspiegelt. Nichtsdestotrotz ist keines der aktuell verfügbaren regionalskaligen Gletschermodelle in der Lage, ozeanische Einflüsse auf die Frontalablation an den kalbenden Gletscherzungen explizit aufzulösen. Abgesehen von zwei Modellen wird Frontalablation sogar vollständig ignoriert. Folglich existieren auch bisher keinerlei Abschätzungen bezüglich der Mengen von Frontalablation an Grönlands peripheren Gletschern, weder für Vergangenheit, Gegenwart, noch Zukunft.Das Ziel des Projektes ist die Erstellung von CMIP6-basierten Projektionen der zukünftigen Entwicklung von Grönlands peripheren Gletschern im 21. Jahrhundert unter besonderer Berücksichtigung von kalbenden Gletschern. Wir werden sowohl Schmelzwasserabflüsse als auch Beiträge zum Meeresspiegelanstieg quantifizieren. Wir werden das Open Global Glacier Model (OGGM) dahingehend weiterentwickeln, dass es in seinem Frontalablationsmodul ozeanische Antriebsmechanismen berücksichtigt. Dies wird durch spezielle Downscaling-Routinen für Klima- und Ozeandaten unterstützt werden. Wir werden die Modelperformance von OGGM in Abhängigkeit von verschiedenen räumlichen Auflösungen der Antriebsdaten im Detail evaluieren, um herauszufinden, ob und inwieweit die Anwendung optimierter Skalenübergänge von der großen synoptischen hinunter auf die kleinere, lokale Skala der peripheren Gletscher dazu beiträgt, die Modelperformance zu steigern. Die Ergebnisse des Projektes werden ein gesteigertes Maß an Verständnis bezüglich der atmosphärischen und ozeanischen Einflüsse auf die Entwicklung der peripheren Gletscher Grönlands liefern. Weiterhin werden wird Empfehlungen bezüglich der optimalen Komplexität zukünftiger, regionalskaliger Gletschermodellierungen abgeben und dabei besonders kalbende Gletscher berücksichtigen.
In diesem Projekt werden wir die grönländische Küste als ideales Ziel für eine Prozessstudie nutzen, um zu untersuchen, wie sich Veränderungen des Wasserkreislaufs auf die Biogeochemie und Produktivität des Ozeans auswirken.Mit zunehmender jährlicher Abflussmenge aus dem Grönländischen Eisschild (GrIS) stellt sich die Frage, wie sich dieser Süßwasserabfluss auf die Produktivität der Schelfmeere in Grönland auswirkt. Der GrIS ist das zweitgrößte Eisschild der Erde. Wenn Süßwasser vom GrIS in den Ozean gelangt, entstehen in den Küstengewässern der Insel starke physikalische und biogeochemische Gradienten. Diese Gradienten sind am ausgeprägtesten in den Fjorden Grönlands, die flächenmäßig zu den größten maritimen Kohlenstoffsenken gehören. Grönlands Fjorde und Schelfmeere beherbergen auch national wichtige Fischereien, deren Zukunft für die grönländische Wirtschaft von entscheidender Bedeutung ist.Obwohl allgemein anerkannt ist, dass Süßwasser-Gletscher-Inputs die regionale Ozeanzirkulation beeinflussen, steht unser Verständnis von Verbindungen zwischen der Physik der Schmelzwasser-Freisetzung und langfristigen Veränderungen in der marinen Biogeochemie noch in den Anfängen. Ein Thema von aktuellem Interesse für der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ist, wie Kryosphäre und Ozean biogeochemisch in einem sich erwärmenden Klima interagieren werden. Das Hauptziel hier wird sein, zu bestimmen, wie die physikalischen und chemischen Veränderungen, die durch erhöhte Süßwassereinträge in den Ozean um Grönland verursacht werden, die Verfügbarkeit von Nährstoffen (Makronährstoffe und Mikronährstoffe) für Phytoplankton und somit die Primärproduktion beeinflussen.Durch die Kombination von Feldforschung mit idealisierten Modellen werden die Auswirkungen der drei wichtigsten unterschiedlichen Süßwasserquellen (Oberflächenabfluss, Untergrundabfluss und Eisbergschmelze) bestimmt. Die Chemie des Mündungs-Mischprozesses, welcher häufig schnelle Veränderungen der chemischen Form und damit der Bioverfügbarkeit von Nährstoffen induziert wenn sich Süß- und Salzwasser mischen, wird untersucht. Der Nährstofflimitierungsstatus von Phytoplanktongemeinschaften in von Süßwasser beeinflussten Gebieten in Grönland wird bestimmt und somit der Nettoeffekt gleichzeitiger Veränderungen der physikalischen und chemischen Zusammensetzung der Wassersäule bewertet.Dadurch wird es möglich sein, die Auswirkungen der Zunahme von Süßwassereintrag in den polaren Ozean, im Hinblick auf Änderungen der Primärproduktion im Meer zu verstehen.
Hauptanliegen des beantragten Projektes ist es, ein mechanistisches Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse zu bekommen, die zu signifikanten Unterschieden in der Morphologie spät-oligozäner Glazial/Interglazial (G/I) Zyklen in IODP Site U1406 (Neufundland, IODP Expedition 342) geführt haben. Ein vorhandener suborbital-aufgelöster Datensatz von stabilen Sauerstoffisotopen gemessen an benthischen Foraminiferen von Site U1406 zeigt im Zeitinterval ca. 25.6 bis 23.9 Millionen Jahre zwei wesentlich unterschiedliche Morphologien von G/I Zyklen. Die häufigere Morphologie ist U-förmig ('Kontrollintervall') und von Glazialen vor der 'Middle-Pleistocene Transition' (MPT) bekannt. Die andere vorkommende Morphologie ist durch einen langsamen Anstieg der Sauerstoffisotopen benthischer Foraminiferen gekennzeichnet, welcher von einem abrupten Abfall der Sauerstoffisotopenwerte gefolgt wird ('Targetintervall'). Diese Morphologie ist fundamental verschieden von der U-förmigen Morphologie anderer oligozäner Glazialzyklen, zeigt aber erstaunliche Übereinstimmungen mit dem 'Sägezahnmuster' der G/I-Zyklen des späten Pleistozän. Um die Magnitude und Dauer von Eisvolumen-Fluktuationen und damit einhergehend des Meeresspiegels während der Target- und Kontrollintervalle zu rekonstruieren, sollen delta 18O und Mg/Ca Datensätze generiert werden. Bodenwassertemperaturen zeigen für beide Intervalle überraschend gleichförmige Werte zwischen 2 Grad C und 4 Grad C an. Ebenfalls zeigen beide Intervalle keine Korrelation der Bodenwassertemperaturen mit den beobachteten G/I-Zyklen. Dies wird besonders bei der Betrachtung der Delta18O Werte des Meerwassers und dessen Umrechnung in Meeresspiegelschwankungen deutlich. Die beobachteten Unterschiede im Meeresspiegel zwischen den beiden bearbeiteten Intervallen zeigen einen substantiellen Rückgang des antarktischen Eisschildes an. Im Vergleich zur Obliquität zeigt sich, dass die Meeresspiegelschwankungen im Kontrollintervall nahezu linear zur Obliquität schwanken, während die Meeresspiegelschwankungen im Targetintervall von schwächeren Obliquitätsamplituden geprägt sind. Diese Beobachtung legt einen nicht-linearen Schwellenwert der Steuerung des antarktischen Eisschildes durch die Obliquität nahe. Ob solch ein Schwellenwert existierte und was die exakten klimatischen Rahmenbedingungen für solch einen Schwellenwert waren, kann mit den bisherigen Daten allerdings nicht eindeutig getestet werden. Daher wird beantragt, die existierenden Datensätze von Site U1406 auf das Zeitintervall zwischen 26 und 24,5 Millionen Jahre auszudehnen. Dabei soll der in der ersten Projektphase erfolgreich angewendete Ansatz aus einer Kombination von stabilen isotopen- und Mg/Ca-Daten weiterverfolgt werden.
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