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Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative (NEESPI)

The Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative, or NEESPI, is a currently active, yet strategically evolving program of internationally-supported Earth systems science research, which has as its foci issues in northern Eurasia that are relevant to regional and Global scientific and decision-making communities (see NEESPI Mission Statement). This part of the globe is undergoing significant changes - particularly those changes associated with a rapidly warming climate in this region and with important changes in governmental structures since the early 1990s and their associated influences on land use and the environment across this broad expanse. How this carbon-rich, cold region component of the Earth system functions as a regional entity and interacts with and feeds back to the greater Global system is to a large extent unknown. Thus, the capability to predict future changes that may be expected to occur within this region and the consequences of those changes with any acceptable accuracy is currently uncertain. One of the reasons for this lack of regional Earth system understanding is the relative paucity of well-coordinated, multidisciplinary and integrating studies of the critical physical and biological systems. By establishing a large-scale, multidisciplinary program of funded research, NEESPI is aimed at developing an enhanced understanding of the interactions between the ecosystem, atmosphere, and human dynamics in northern Eurasia. Specifically, the NEESPI strives to understand how the land ecosystems and continental water dynamics in northern Eurasia interact with and alter the climatic system, biosphere, atmosphere, and hydrosphere of the Earth. The contemporaneous changes in climate and land use are impacting the biological, chemical, and physical functions of the northern Eurasia, but little data and fewer models are available that can be used to understand the current status of this expansive regional system, much less the influence of the northern Eurasia region on the Global climate. NEESPI seeks to secure the necessary financial and related institutional support from an international cadre of sponsors for developing a viable understanding of the functioning of northern Eurasia and the impacts of extant changes on the regional and Earth systems. Many types of ground and integrative (e.g., satellite; GIS) data will be needed and many models must be applied, adapted or developed for properly understanding the functioning of this cold and diverse regional system. Mechanisms for obtaining the requisite data sets and models and sharing them among the participating scientists are essential and require international and active governmental participation. (abridged text)

Unbemannte Luftfahrzeuge zur Erfassung von Habitat-Präferenzen und Aktionsraumdichten von Zauneidechsen (Lacerta agilis LINNAEUS, 1758) zur hochauflösenden Landschaftsplanung

Das Erstellen eines möglichst kompletten Ökologischen Profils einer Population ist von entscheidender Bedeutung in Naturschutz und Landschaftsplanung. Die Zauneidechse (Lacerta agilis LINNAEUS, 1758) ist weit verbreitet in Eurasien und bevorzugt offene bis halboffene Lebensräume. Hierzu gehören auch Habitate, die in der unmittelbaren Nähe von Menschen liegen wie Straßenränder, Bahntrassen oder Steinbrüche. Die Art ist daher oftmals Opfer von Störung, Zerstörung oder Fragmentierung ihrer Lebensräume durch menschliche Aktivitäten und daher oftmals das Ziel von Ausgleichsmaßnahmen. Diese sind am effektivsten, wenn sie auf die Ökologie der betroffenen Population abgestimmt sind. Ziel dieses Projektes ist daher das Erstellen einer möglichst effizienten Methode zur Ermittlung der Ökologie von Kleintieren am Beispiel einer Zauneidechsen-Population in der Dellbrücker Heide in Köln. Hierzu werden klassische Sichtungs basierte Begehungen mit Radio-Teleme-trie zur Aktionsraumbestimmung und hoch-auflösende Drohnenaufnahmen zur Habitatbestimmung verbunden, um ein möglichst vollständiges ökologisches Profil zu erhalten. Das Profil beinhaltet: Aktivität der Tiere in Bezug auf Wetter und Temperatur, Aktionsraumdichte und Habitatpräferenzen. Zusätzlich ist geplant, in Zusammenarbeit mit der Deutschen Bahn die Möglichkeit zu untersuchen, Eidechsenbestände direkt per Drohne aufzunehmen. Das Projekt beinhaltet bisher eine laufende Doktorarbeit (Vic Clement) sowie zwei abgeschlossene Master-Arbeiten zu Wetter abhängiger Aktivität (Julia Platzen-Edanakaparampil) und Habitatpräferenz (Rieke Schluckebier). Derzeit geplant sind ebenfalls zwei weitere Masterarbeiten zur Habitatpräferenz und zum Einfluss einer Drohne auf das Fluchtverhalten der Tiere (Lisa Schmitz und Tobias Demand).

Speläotheme aus der Sibirischen Arktis: Einzigartige Archive vergangener Temperatur- und Feuchtebedingungen während des späten Miozäns.

Der Beginn der nordhemisphärischen Vereisung und die Entwicklung kontinuierlichen Permafrostes in Eurasien zwischen dem Ende des Miozäns und dem frühen Pleistozän zählt zu den bedeutendsten klimatischen Ereignissen des Känozoikums. Der Zeitpunkt extensiver Vereisung auf den Kontinenten und des Arktischen Ozeans und damit verbundene Veränderungen der klimatischen Bedingungen bleibt bislang ungenau bestimmt.Speläotheme (sekundäre Höhlenkarbonate) stellen ein wichtiges Archiv kontinentaler Umweltbedingungen dar, welches durch besonders genaue radiometrische Altersmodelle für eine grosse Bandbreite an Paläoklimaproxies charakterisiert ist.Wir konnten erfolgreich diagenetisch unveränderte und datierbare Proben aus Zentral- und Nordsibirien identifizieren und schlagen eine Multi-proxy-Studie an U/Pb-datierten Stalagmiten vor. Diese Studie wird Einblicke in die thermalen und hydrologischen Bedingungen zwischen 10.3 Ma und 8 Ma liefern. Wasser aus in den Speläothemen eingeschlossenen Fluidinklusionen wird auf seine Isotopenzusammensetzung hin untersucht. Zudem wird die in den Speläothemen beobachtete Lamination genutzt, um die Saisonalität während des Torton und Messiniums zu rekonstruieren. Wir suchen finanzielle Unterstützung für die parallele Analyse der Isotopie des Fluidinklusionswassers, der Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopie des Karbonates, und der Elementkonzentration in den Speläothemen. Diese Kombination geochemischer Methoden wird Einblicke in regionale Umweltbedingungen, die Niederschlagshistorie und Temperaturen während des Miozäns und vor der Entwicklung kontinuierlichen Permafrostes geben. Zusätzliche Proben werden genutzt, um den Wechsel vom eisfreien zu einem durch Permafrost charakterisierten Sibirien zeitlich genauer einzugrenzen.Das vorgeschlagene Projekt wird unser Wissen zur atmosphärischen Zirkulation, und daran geknüpfter Veränderungen des Feuchte- und Temperaturregimes während eines saisonal eisfreien Arktischen Ozeans erweitern.

Eurasian Modern Pollen Database (former European Modern Pollen Database)

The Eurasian Modern Pollen Database (EMPD) contains modern pollen data (raw counts) for the entire Eurasian continent. Derived from the European Modern Pollen Database, the dataset contains many more samples West of the Ural Mountains. We propose this dataset in three different format: 1/ an Excel spreadsheet, 2/ a PostgreSQL dump and 3/ a SQLite3 portable database format. All three datasets are strictly equivalent. For download see "Original Version".

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP); International Continental Drilling Program (ICDP), Teilprojekt: Kalibrierte, Pollen-basierte Rekonstruktion der ostafrikanischen Vegetations- und Landschaftsveränderungen während der gesamten Existenz von anatomisch modernen Menschen aus den ~ 250.000 Jahre alten Challa-See-Sedimenten

Lange, kontinuierliche Aufzeichnungen über paläoökologische Veränderungen in Afrika sind selten, obwohl diese für die Aufklärung paläoklimatischer, biogeografischer und evolutionärer Kontroversen in den Tropen von großer Bedeutung sind.Dieses Projekt ist Teil eines internationalen Projekts namens DeepCHALLA, für welches die Bohrarbeiten bereits im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms 1006 International Continental Drilling Programm (ICDP) gefördert wurden. Das übergreifende wissenschaftliche Ziel von ICDP DeepCHALLA ist es, unser Verständnis über die zeitliche Verteilung und die Ursachen der Klimavariabilität sowie die Auswirkungen auf die Vegetation im äquatorialen Ostafrika in der Zwischenzeit bis zur tausendjährigen Zeit zu verbessern. Der bereits erbohrte ca. 215 m lange Sedimentkern aus dem Challa-See, an der Grenze von Tansania und Kenia am Fuße des Kilimandscharo, umfasst mit seinen 250.000 Jahren zwei komplette Glazial-Interglazial-Zyklen sowie die gesamte Existenz des modernen Homo sapiens. Während das DeepCHALLA-Projekt eine detaillierte Klimarekonstruktion erzielt, konzentriert sich dieses Projekt auf die Paläoumwelt und langfristige Vegetationsveränderungen als Reaktion auf vergangene Klimaveränderungen, mit dem Ziel die Kombination von Klimafaktoren herauszufiltern, welche die zeitliche Vegetationsdynamik und damit auch die räumliche Verteilung in bestimmten Zeitfenstern am stärksten beeinflussten. Das Hauptziel besteht somit darin, ein kalibriertes Pollenarchiv der kontinentalen Ökosystemdynamik in der Nähe des Äquators zu erstellen. Die Kalibrierung (1) der paläoökologischen Daten wird durch die Berechnung von Pollenregen-Vegetation und Pollen-Klima-Beziehungen in verschiedenen Savannen-Vegetationstypen erreicht. Darauf basierend werden Transferfunktionen berechnet, mithilfe derer dann kalibrierte, quantitative Vegetations- und Klimarekonstruktionen aus dem Challa-See Archiv erstellt werden. Darüber hinaus wird diese Vegetationsrekonstruktion die Untersuchung von langfristigen Biodiversitätsmustern und ökologischen Dynamiken eines tropischen Savannen- (Grünland-Wald-) Ökosystems als Reaktion auf Veränderungen von atmosphärischem CO2, Temperatur, Feuchtigkeitshaushalt sowie Feuer für die letzten 250.000 Jahren ermöglichen.Die Ergebnisse dieses Projektes werden genau zeigen, wie oft, wann und in welchem Ausmaß sich die ostafrikanische Landschaft über die gesamte Existenz anatomisch moderner Menschen verändert hat. Die Dokumentation des Ausmaßes und der geographischen Verbreitung von schweren Dürre-Episoden über das tropische Afrika ist dabei besonders entscheidend, um zu rekonstruieren, warum unsere Vorfahren sich entschieden haben - oder sich gezwungen sahen -, sich vor ca. 100.000 Jahren von ihrer afrikanischen Heimat in den Nahen Osten und Eurasien hin auszubreiten.

Results of the pollen analysis of the Dyanushka peat sediments K7/P2

A 415cm thick permafrost peat section from the Verkhoyansk Mountains was radiocarbon-dated and studied using palaeobotanical and sedimentological approaches. Accumulation of organic-rich sediment commenced in a former oxbow lake, detached from a Dyanushka River meander during the Younger Dryas stadial, at ~12.5 kyr BP. Pollen data indicate that larch trees, shrub alder and dwarf birch were abundant in the vegetation at that time. Local presence of larch during the Younger Dryas is documented by well-preserved and radiocarbon-dated needles and cones. The early Holocene pollen assemblages reveal high percentages of Artemisia pollen, suggesting the presence of steppe-like communities around the site, possibly in response to a relatively warm and dry climate ~11.4-11.2 kyr BP. Both pollen and plant macrofossil data demonstrate that larch woods were common in the river valley. Remains of charcoal and pollen of Epilobium indicate fire events and mark a hiatus ~11.0-8.7 kyr BP. Changes in peat properties, C31/C27 alkane ratios and radiocarbon dates suggest that two other hiatuses occurred ~8.2-6.9 and ~6.7-0.6 kyr BP. Prior to 0.6 kyr BP, a major fire destroyed the mire surface. The upper 60 cm of the studied section is composed of aeolian sands modified in the uppermost part by the modern soil formation. For the first time, local growth of larch during the Younger Dryas has been verified in the western foreland of the Verkhoyansk Mountains (~170km south of the Arctic Circle), thus increasing our understanding of the quick reforestation of northern Eurasia by the early Holocene.

Ocean current connectivity propelling secondary spread of a marine invasive comb jelly across western Eurasia

Based on 12,400 geo‐referenced occurrence data, we reconstruct the invasion history of M. leidyi in western Eurasia. We model ocean currents and calculate their stability to match the temporal and spatial spread dynamics with large‐scale connectivity patterns via ocean currents. Additionally, genetic markers are used to test the predicted connectivity between subpopulations.

Measurements of net soil-atmosphere carbon dioxide exchange and its oxygen and carbon isotope composition in incubations of soil sampled from 44 sites in western Eurasia and northeastern Australia

Soils were sampled from 27 sites in western Eurasia during 2016 and 17 sites in northeastern Australia during 2017. Triplicate replicate microcosm incubations were created from homogenised soil from each site. The net soil-atmosphere exchange of carbon dioxide and its oxygen and carbon isotope composition between the soil and atmospheric was measured under two different headspace conditions using a custom built gas-exchange system. Subsequently the pH, microbial biomass and the availability of ammonium and nitrate were determined for incubated soils. An additional fertlisation experiment, consisting of a 0.7 mg addition of ammonium nitrate per gram of dry soil, was conducted on soils from 14 sites. The data from these incubations are reported along with the characteristics of the original sampling sites.

(Table 1) Sedimentation rate and mean accumulation rate of sediment and dust at Nussloch, Germany

Our study focuses on European loess sequences, particularly the eolian intervals in between the observed pedogenic units. The classical concept of soil formation from parent material is reformulated to estimate of the duration and the associated sedimentation rate (SR) and mass accumulation rate (MAR) of these paleodust intervals. We show that the Greenland Stadial (GS) duration in European loess deposits includes the thickness of the overlying pedogenic unit, which in fact developed downward into the upper part of the eolian unit. The lower stratigraphical limit of the eolian unit overlying the pedogenic unit corresponds to the restart of the dust sedimentation of the younger GS. We illustrate this interpretation first by computing both SRs and MARs first for the Nussloch key sequence, the most complete European series. The correlation between Nussloch and other European loess sequences, located along a 1,800 km longitudinal transect, allows computation of SR and MAR for several identified GS events. Comparing GS from marine and ice core records, our study shows that the two last Bond cycles are preserved in every European eolian record. Bulk SR and MAR are estimated and compared for these two Bond cycles, showing the highest SRs and MARs in western Europe. These indices also indicate that the last stadials, embedding an Henrich event, were not the dustiest in every Bond cycle. Our estimated MAR also differ from previously published computations, which did not take into account the various pedogenic units present in the studied loess sequences. The bulk SR and MAR estimates computed for the two last Bond Cycles from Chinese sequences from the Loess Plateau indicate lower atmospheric dust than in Europe during the Last Glacial Maximum. SR and MAR estimates computed from the fine-grained material for European records fit with Earth System model reconstructions.

(Table 4) Grain size dependent mean accumulation rate of sediments in Europe

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