Während der IODP Expeditionen wurden Sedimente mit diskreten Tephralagen erbohrt und beprobt, die bis ins Campan zurückreichen. Die Bohrlokationen befinden sich ca. 800 km westlich der Vulkanfront des Sunda Vulkanbogens im Indischen Ozean. Das Hauptziel der einen Expedition war es die Veränderungen des Indischen Monsuns zu untersuchen, wohingegen sich die andere Expedition zum Ziel gesetzt hatte, die Materialeigenschaften der subduzierten Sedimente zu analysieren, die für das 'seismogene Rutschen' der Platten verantwortlich sind. In diesem Projekt soll eine umfassende marine Tephrostratigrahie für die Region durch Korrelationen von Tephren entstehen, welche, wenn möglich, mit Ablagerungen an Land unterstützt werden sollen. Für einen möglichst kompletten Datensatz werden wir deshalb zusätzlich zu den Sedimenten und Tephren der Expeditionen auch Tephren von älteren ODP Bohrprojekten im gesamten Indischen Ozean, aber insbesondere auch der Bohrungen auf dem Ninetyeast Rücken analysieren.Um quantitative und qualitative Aussagen über die Herkunft und Eruptionsabfolge machen zu können, werden wir geochemische, petrologische, sowie vulkanologische Herangehensweisen und Methoden anwenden. Diese sollen durch absolute Alterdatierungen unterstützt werden um die existierenden Altersmodelle zu bestätigen. Diese stabilen Altersmodelle sind wichtig um räumliche Veränderungen von Eruptionsprozessen, Magnituden und Frequenzen von großen Vulkaneruptionen des Sunda Vulkanbogens oder anderen bisher unbekannten vulkanischen Quellen zeitlich untersuchen kann. Es ist zu Erwarten das wir dadurch mehr über die zeitliche Entwicklung von unterschiedlichen Vulkansystemen erfahren und lange Zeitreihen von explosivem Vulkanismus in dieser Region aufstellen können. In unserem Datensatz werden wir große, bereits bekannte, sowie bisher unbekannte Ausbrüche ausfindig machen, die es uns ermöglichen werden, das periodische Auftreten sowie Zyklizitäten von Ausbrüchen der Pleistozänen Vulkanzentren des Sumatra Vulkanbogens zu ergründen. Abschließend werden wir auch die Miozäne bis Pleistozäne Sedimentabfolge des Nicobar Fans untersuchen, um darin verborgene Episoden von vulkanischer Aktivität oder einzelne Ausbrüche zu entdecken.Die Anteile und Eigenschaften des vulkanischem Materials in den Sedimenten sind von besonderem Interesse, da dieses Material in der seismogenen und tsunamogenen Zone des konvergenten Kontinentalrands Sumatras subduziert wird und bestimmt wie sich die Sedimente dann verformen.
Äthiopien erhält den Großteil seiner Niederschläge durch Winde aus dem Süden die der Ostafrikanische Sommermonsun in den Nordhemisphärischen Sommermonaten bringt. Die Stärke der Ostafrikanischen Monsunniederschläge variierte jedoch zum Teil erheblich im Verlaufe des Quartärs und auch der Anteil von Niederschlägen durch die Westerlies könnte in der Vergangenheit sehr variabel gewesen sein. Während der vergangenen Jahre entwickelten sich einige neue Biomarker- und Stabilisotopenmethoden zu hochinnovativen und viel versprechenden (semi-)quantitativen Paläoklima-Proxies. Durch die Entwicklung und Anwendung solcher Biomarker- und Stabilisotopenmethoden zielt das beantragte Projekt darauf ab, einen Beitrag zur (semi-)quantitativen Paläoklimarekonstruktion der Bale Mountains in Äthiopien zu leisten. Im Speziellen sollen Temperatur, relative Luftfeuchte, Niederschlagsmenge und Änderungen im Quellgebiet der Niederschläge rekonstruiert werden.Im Rahmen eines der Arbeitspakete wird der rezente Niederschlag räumlich und zeitlich aufgelöst auf seine Isotopensignatur (2H/1H and 18O/16O) untersucht. Diese Daten sollen u.a. helfen die für die Bale Mountains relevanten atmosphärischen Zirkulationssysteme und deren spezifische Isotopensignaturen besser zu verstehen. In einem zweiten Arbeitspaket wird untersucht wie akkurat sich die Isotopensignatur des Niederschlags wie auch die relative Luftfeuchte und Temperatur in den Biomarker- und Stabilisotopensignaturen von Pflanzen und Böden widerspiegeln. Hierzu werden Klimagradienten entlang von Höhentransekten auf die Bale Mountains untersucht. Der methodische Schwerpunkt wird auf der Untersuchung von komponenten-spezifischen 2H-Analysen von Pflanzenwachs-bürtigen n-Alkan- und Fettsäurebiomarkern, auf komponenten-spezifischen 18O-Analysen von Hemizellulose-bürtigen Zuckerbiomarkern und auf Bodenbakterien-bürtigen Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraether (GDGT) Lipidbiomarkern liegen. Das dritte Arbeitspaket trägt zur Gewinnung von Sedimentbohrkernen und Aufstellung von dazugehörigen Chronostratigraphien bei. Diese Sedimentbohrkerne werden gemeinsam mit den Teilprojekten P2-Antrosole und P4-Paläoökologie als Archive genutzt um die menschliche Besiedelungsgeschichte wie auch die Spätquartäre Klima- und Landschaftsgeschichte der Bale Mountains zu rekonstruieren. Das Teilprojekt P5-Paläoklimatologie wird hierzu die oben spezifizierten Biomarker- und Stabilisotopenmethoden anwenden.
Gegenstand des beantragten Projekts ist die Spaltspuranalyse von Bohrkernproben aus der Delitzsch-Torgau-Doberlug-Synklinalzone zur Rekonstruktion der regionalen neoproterozoischen und phanerozoischen Exhumierungsgeschichte. Thematische Schwerpunkte sind die Herkunft der variszischen Sedimente, die maximale Versenkungstiefe der heute anstehenden oder erbohrten Gesteine, der Einfluss von Granitintrusionen und variszischer metamorpher Überprägungen auf das Umfeld, die Datierung von Exhumierungsphasen und die Bestimmung von Mechanismen zur Hebung/Exhumierung und Beckeninversion. Wesentliche Parameter, die die langfristige Landschaftsentwicklung der Delitzsch-Torgau-Doberlug-Synklinalzone kontrollieren (Paläotemperaturen, Denudation, Paläotopographie), sollen gedeutet und in Kartenserien dokumentiert werden. Zudem soll die Exhumierungsgeschichte der Delitzsch-Torgau-Doberlug-Synklinalzone mit jener der angrenzenden Krustenblöcke korreliert werden.
Der Arktische Ozean und umgebende Landmassen sind bzw. waren Gegenstand sehr schneller und drastischer Umweltveränderungen. Dies spiegelt sich besonders deutlich in dem alarmierenden Schrumpfen der Arktischen Meereisdecke während der letzten 3-4 Dekaden wider. Durch komplexe Rückkopplungseffekte ist die Arktis zum einen ein Motor für globale Klimaänderungen, zum anderen wird die Arktis aber auch extrem von der globalen Klimaerwärmung beeinflusst. Trotz der großen Bedeutung der Arktis im globalen Klimasystem ist die langfristige Klimageschichte mit dem Übergang vom Treibhaus zum Eishaus im Verlauf des Känozoikums wenig erforscht. IODP Exp 302/ACEX (2004), die erste wissenschaftliche Arktis-Bohrung, ist ein Meilenstein der Arktis-Forschung, die durchschlagende neue Erkenntnisse zur frühen Klima- und Vereisungsgeschichte der Arktis geliefert hat. Zahlreiche Schlüsselfragen bezüglich der langfristigen Entwicklung der Arktis und deren Bezug zum globalen Klimasystem blieben aber unbeantwortet. Aufbauend auf den einmaligen ACEX-Daten wurde daher eine zweite IODP-Kampagne auf dem Lomonosov-Rücken vorgeschlagen, die jetzt als IODP Exp 377 im Herbst 2021 durchgeführt wird. In Vorbereitung und Durchführung von IODP Exp 377 soll sich das hier beantragte DFG-Projekt fokussieren auf: (1) Untersuchungen in einer Pilotstudie an Sedimentkernen, die auf der Polarstern-Expedition PS115/2 (2018) an Lokationen potentieller IODP Sites genommen wurden; (2) Weiterführung der Planung und Leitung der IODP Exp 377; und (3) Dokumentation & Präsentation der Ergebnisse der Pilotstudie und der IODP Exp 377 auf Arbeitstreffen/Konferenzen sowie in Reports/Publikationen.Die Pilotstudie ist zentraler Teil dieses Projekts und von übergeordneter Bedeutung für die IODP Exp 377 und soll folgende Arbeiten beinhalten:- Die Polarstern-Kerne repräsentieren die obersten ca. 10m in Topqualität, die in den IODP-Kernen häufig nur in gestörter Form enthalten sind. Durch Kombination der Polarstern- und IODP-Sequenzen wird eine einzigartige, komplette und ungestörte Sedimentabfolge vom frühen Känozoikum bis zum Rezenten vorliegen.- Die Polarstern-Kerne werden nach IODP-Standards geloggt (MSCL) und gescannt (XRF), was eine detaillierte und eindeutige Korrelation der Polarstern- und der IODP-Kerne ermöglicht.- Mittels Litho-, Zyklo-, Paleomagneto-, and 230Th-Isotopen-Stratigraphie soll ein absolutes Altersmodell für die Polarstern-Kerne entwickelt werden, das später in das Gesamtaltersmodell der IODP-Bohrung eingearbeitet werden soll.- Für die Rekonstruktion der quartären Geschichte der Arktischen Meereisverbreitung, der Ausdehnung von Eisschilden in Sibirien sowie der Stärke von Bodenwasserströmungen auf dem Lomonosov-Rücken sollen spezielle Biomarker, mineralogische Proxies, Korngrößenverteilungen und Elementverhältnisse bestimmt werden. Diese Datensätze sind von grundlegender Bedeutung für die Interpretation ähnlicher Daten, die aus späteren Untersuchungen der IODP-Kerne gewonnen werden.
Das übergeordnete Ziel des vorgeschlagenen Vorhabens ist die Entwicklung eines numerischen Modells, das in der Lage ist Prozesse zu simulieren, die bei der mikrobiell unterstützten Produktion von Methan aus Kohleflözen (englisch: MECBM) auftreten. Dieses Modell soll in den numerischen Simulator Dumux (www.dumux.org) implementiert werden, der als Open Source Programm zur Verfügung steht. Indem das Modell zur Ergänzung und Unterstützung experimenteller Arbeiten eingesetzt wird, können damit gezielt verschiedene Hypothesen über den reaktiven Transport bei MECBM Prozessen getestet werden. Dies betrifft verschiedene Detailfragen, die zur Zeit noch nicht vollständig verstanden sind. Dies soll durch Vergleiche zwischen Simulationen und Experimenten erreicht werden, die am Center for Biofilm Engineering an der Montana State University in Bozeman/USA (MSU-CBS) durchgeführt werden. Zunächst sollen hierfür Säulenexperimente verwendet werden, um Sensitivitäten der simulierten Prozesse hinsichtlich verschiedener Modellparameter zu analysieren. Wo erforderlich, werden die Modellgleichungen dann entsprechend an neu gewonnene Daten und Erkenntnisse aus den Validierungsversuchen mit experimentellen Daten angepasst. Unsere Vision ist es, dass das neu entwickelte Modell ein wesentliches Werkzeug sein wird, um letztendlich das Wissen und Know-how von der Laborskala auf die Feldskala zu übertragen, und um dann auch geplante MECBM-Demonstrationsprojekte im Feld zu konzipieren. Das numerische Modell soll eine wichtige Rolle bei der weiteren Entwicklung von MECBM-Produktionstechnologien spielen; spezifische Möglichkeiten dazu ergeben sich z.B. für geplante Feldanwendungen durch MSU-CBS in Zusammenarbeit mit der US Geological Survey (USGS).Das erwartete Ergebnis aus dem vorgeschlagenen Projekt wird also ein deutlich verbessertes Grundlagenwissen über MECBM Prozesse sein, welches mit dem neu entwickelten Simulationswerkzeug in Kombination mit experimentellen Studien am MSU-CBE auf der Labor- und Feldskala erzielt wird. Die Entwicklung von Simulationskapazitäten soll aber in keinster Weise die Wichtigkeit von Experimenten schmälern, aber die Simulation wird einen entscheidenden Beitrag leisten, um die vorhandenen Ressourcen of die wesentlichen experimentellen (Feld-)Studien zu fokussieren.
Traditionelles Forschungsobjekt im kontinentalen Jungpaläozoikum sind Feuchtbiotope in Graufazies. Im Unterperm finden sich dort jedoch nur konservative, verarmende Biozönosen karbonischen Charakters. Moderne, zum Mesozoikum überleitende Faunen- und Floren entwickeln sich in trockeneren Arealen der Rotfazies bzw. instabilen Environments. Das schmale, nur 22 x 6 km große Döhlen-Becken, ein syn-depositional basin im Bereich des Elbe-Lineament, liefert mit der direkten Nachbarschaft von 'lowland', 'upland' und 'extra-basinal' Biotopen ein singuläres Forschungsobjekt für die Interaktion von Klima, Geomorphologie und Vulkanismus im Kontext zu globalen Klimaprozessen und der Evolution von Floren und Faunen im Übergang zum Mesophytikum/Mesozoikum. Die zu untersuchenden, von vulkanischen Aschefällen (bis zu 50 Prozent der Sedimente) dominierten Bio- und Lithofaziesmuster sollen zusammen mit geochemischen Signalen in Siliciten, Kohlen und Bitumina Aufschluss über obige Interaktion zwischen abiotischen und biotischen Faktoren und Prozessen geben. Schwerpunkt sind Genese und Fossilführung von Pyroklastiten und Cherts.
Mofetten sind natürliche Gasaustritte, an denen CO2 entlang von Störungszonen aus dem Erdmantel aufsteigt und stellen als solche natürliche Fenster zu magmatischen/vulkanischen Prozessen in der Tiefe dar. Ziel der vorgeschlagenen Untersuchungen an Mofetten ist der physikalische Zusammenhang zwischen Fluideigenschaften, ihrer Migrationspfade und Erdbeben. Der Einsatz modernste Fluidmesstechnik stellt einen komplett neuen Ansatz dar im Vergleich zur Strategie diskreter Probennahmen während der letzten Jahrzehnte. Zusammensetzung und isotopische Signatur der Gase werden kontinuierlich in-situ in verschiedenen Tiefen analysiert. Weltweit einmalig, lassen sich so die aufsteigenden Mantelfluide entlang eines vertikalen Geradienten aus einer Tiefe von mehreren Hundert Metern bis an die Erdoberfläche verfolgen. Dies kann Hinweise auf die Ursache zeitlicher Veränderungen geben, die in Zusammenhang mit der Öffnung von fault-valves, der Zumischung krustaler Fluide zu einer stetigen Mantelentgasung, oder einer möglichen Freisetzung von Wasserstoff bei Bruchvorgängen stehen. Als Untersuchungsobjekt wurde die Hartousov Mofette ausgewählt. Detaillierte Messungen vor, während und nach der Bohrung eines 300 m tiefen Bohrlochs geben Aufschluss über einen möglichen Einfluss der Bohrtätigkeiten auf das lokale und regionale Fluidregime. Periodisch werden Proben zur Edelgasanalytik und detaillierten Isotopenanalyse entnommen. Die Arbeiten stehen in direktem Zusammenhang mit der für 2019 geplanten Fluidbohrung im Rahmen ICDP Projektes 'Drilling the Eger Rift: Magmatic fluids driving the earthquake swarms and the deep biosphere'.
Mögliche Korrelationen zwischen der taxonomischen Zusammensetzung mikrobieller Biofilmen, die offene Felsen aus hartem magmatischen Gestein besiedeln, und einer Verwitterung bzw. Erosion der Felsoberflächen zu untersuchen sind wichtige Ziele dieses Projektes. Die Diversität sowohl phototrophe (Cyanobakterien, eukaryotische Algen) als auch heterotrophe (andere Prokaryoten und Mikropilze) Biofilm-Komponenten werden mit New Generation Sequencing (NGS) möglichst umfassend bestimmt. Zusätzlich werden auch Kulturen der phototrophen Biofilmorganismen untersucht. Veränderungen der mikrobiellen Lebensgemeinschaften auf und im Gestein werden entlang eines klimatischen Gradienten in Bezug auf Feuchtigkeit und Temperatur untersucht. Dazu dienen Proben von Biofilmen und Bohrkernen aus drei klimatisch unterschiedlichen Zonen in der Küsten-nahen Cordillera Region in Chile, d.h. den ausgewiesenen primären Schwerpunktuntersuchungsarealen des SPP 1803. Verschiedene Sukzessionsstadien der Biofilme ergeben zusammen mit Altersbestimmung anhand von 14C Beschleunigungs-Massenspektrometrie eine biologische Zeitskala. Für einen breiteren Einblick in die Funktionalität von Diversitätsveränderungen in den Biofilmen dienen sowohl hoch auflösende Flächenanalytik von Hartteilschnitten als auch biochemische Analysen zum Nachweis Signaturen mikrobiellen Stoffwechsels an der Schnittstelle Biofilm/Fels. Die räumliche Verteilung und relative Abundanzen der verschiedenen Organismengruppen innerhalb der Biofilme werden mithilfe der in situ Hybridisierung und Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Parallel dazu werden exponierte künstliche Hartsteinsubstrate auf eine Entwicklung der Besiedelung und Verwitterung untersucht. Ebenfalls für das Erstellen einer biologischen Zeitskala der Verwitterung dienen Analysen von Detritus in nächster Nähe der untersuchten Felsen, d.h. Gesteinspartikel mit Biofilmen dar, die aufgrund der Verwitterung bereits vom Felskörper abgefallen sind. Die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften des Detritus gibt möglicherweise Hinweise auf den Beginn dessen Besiedlung und in einem späteren Stadium auch des Bodens, der sich aus dem Detritus bildet. Somit ergibt sich hier eine Schnittstelle von der biogenen Gesteinsverwitterung zur Besiedlung von Böden. Um Effekte der Erosion durch Biofilme untersuchen zu können und zur Etablierung einer geologischen Zeitskala dienen Analysen kosmogener Nuklide (CNA). Damit wird analysiert 1) ob und wenn ja welche Beziehungen zwischen der artlichen (OTU) Zusammensetzung der Biofilme und Erosion der Felsoberflächen bestehen und 2) eine graduelle Erosion der Oberfläche, d.h. Biodeterioration, stattfindet. In dem ariden nördlichen Untersuchungsgebiet (Atacama Wüste) sind auch Felsen ohne nachweisbaren Biofilm zu erwarten. Vergleiche der Konzentrationen kosmogener Nuklide von Proben mit und ohne Biofilm werden dann zeigen, ob und in wie fern Biofilme die Oberflächenverwitterung über lange Zeiträume hinweg beeinflussen.
Die meisten Ökosysteme der Erde kommen in der 'tiefen Biosphäre' in permanenter Dunkelheit vor. Die Verwitterungszone - der unterirdische Teil der 'Critical Zone' - bildet einen aktiven Teil dieses Lebensraums. Wir werden die Formung dieser Zone mittels innovativer Isotopen- und geochemischer Methoden erforschen. Dieses Vorhaben ist Teil der 'DeepEarthshape' Projektgruppe, die Geochemie, Mikrobiologie, Geophysik, Geologie und Biogeochemie verbindet. 'DeepEarthshape' beruht auf den Erkenntnissen der ersten EarthShape Phase. An allen vier untersuchten Standorten ist die Verwitterungszone so tief, dass deren Basis in keinem der Bodenprofile angetroffen wurde. Jedoch wurden im gesamten Saprolith beträchtliche Mengen an mikrobieller Biomasse gefunden.Die Frage ist nun: wie trägt Niederschlag und Pflanzenbedeckung entlang des Earthshape-Transekts zur Formung der tiefen Verwitterungszone bei? Folgende Hypothesen werden geprüft: 1) die Verwitterungsfronten an den EarthShape-Standorten sind heute aktiv; 2) die Massenverluste durch Erosion und chemische Verwitterung werden durch die Abtiefung der Verwitterungsfront ausgeglichen; und 3) die Verwitterungszone umfasst eine Reihe von unterscheidbaren, komplexen Fronten, die unterschiedliche biogeochemische Prozesse widerspiegeln (z. B. Wasserinfiltration, Eisenoxidation, mikrobielle Aktivität und organischem Kohlenstoffkreislauf).Im Mittelpunkt aller DeepEarthshape Projekte steht eine Bohrkampagne, die durch geophysikalische Bildgebung der tiefen 'Critical Zone' ergänzt wird. An allen vier Standorten werden wir Bohrkerne entnehmen, die durch Boden und Saprolith hindurch bis in das unverwitterte Ausgangsgestein führen. Durch die innovative Kombination von Methoden der Uran-Zerfallsreihen (Bestimmung der Abtiefunggeschwindigkeit der Verwitterungsfront) mit in situ kosmogenem Beryllium-10 (Bestimmung der Abtragungsrate) werden wir das Gleichgewicht zwischen der Produktion von verwittertem Material in der Tiefe und dessen Verlust an der Oberfläche ermitteln. Zusätzlich werden wir die Tiefenverteilung von meteorischem kosmogenen 10Be als Proxy für die Wasserinfiltration und die des stabilen 9Be als Proxy für die silikatische Verwitterung in der Tiefe verwenden. Wir werden die mineralogische und chemische Zusammensetzung der Kerne beschreiben und Elementabreicherung, Dichte, Porosität, Öberfläche und den Redoxzustand von Eisen messen, um die Verwitterungsfronten zu lokalisieren. Mit den Ergebnissen können wir den Einfluss von Klima und Vegetation auf die Bildungsmechanismen der einzelnen Verwitterungsfronten bestimmen. Der relative Einfluss dieser zwei Faktoren wird anhand eines Massenbilanzmodells ermittelt, welches Verwitterungskinetik und Nährstoffbedarf der nachwachsenden Pflanzenmasse verknüpft. Dieses Vorhaben leitet somit einen Beitrag, mit dem der Einfluss der tiefen Biosphäre und der tiefen 'Critical Zone' auf den CO2-Entzug aus der Atmosphäre und damit das Klima der Erde bilanziert werden kann.
Wir schlagen vor, IODP/ODP-Daten einzusetzen, um numerische Modelle für die Entstehung von Gashydraten in marinen Sedimenten zu kalibrieren. Wir möchten dabei besonders untersuchten, was mit dem Methangas geschieht, das entsteht wenn Gashydrate begraben und unterhalb der Stabilitätszone zersetzt werden. Dieses Gas kann entweder in die Stabilitätszone aufsteigen, um dort neues Hydrat zu bilden oder gemeinsam mit dem Sediment begraben werden. Wenn das Gas in die Stabilitätszone zurückfließt, kann dort sehr viel Hydrat akkumulieren. Ohne diese Rückführung liegt die Hydratsättigung im Porenraum dagegen in der Regel bei kleiner als 1 Prozent . In den Modellen, die bisher genutzt wurden, um die Hydratmenge im globalen Ozean abzuschätzen wurde angenommen, dass das Gas begraben und nicht zurückgeführt wird. Die tatsächliche Hydratmenge könnte sehr viel größer sein als bisher vermutet, falls die Gasrückführung ein weitverbreitetes Phänomen ist. Der Rolle der Gashydrate im Klimasystem und ihr Potential als fossiler Energieträger wären dann größer als bisher vermutet.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 582 |
| Kommune | 2 |
| Land | 16 |
| Wirtschaft | 2 |
| Wissenschaft | 462 |
| Zivilgesellschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 582 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 582 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 392 |
| Englisch | 278 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 3 |
| Keine | 139 |
| Webseite | 442 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 561 |
| Lebewesen und Lebensräume | 498 |
| Luft | 268 |
| Mensch und Umwelt | 582 |
| Wasser | 391 |
| Weitere | 582 |