Untersuchungen an Eiskernen auf Grönland zeigen Temperaturschwankungen in Polargebieten von 5 bis 10 Grad C innerhalb weniger Dekaden in den letzten 15000 Jahren. Derartige Schwankungen könnten zukünftig, trotz steigender CO2-Emissionsraten, zu extremen Abkühlungen des Erdklimas führen. Sedimentationsraten von bis zu 20 cm/100 Jahre in den Fjorden, die sowohl marine als auch terrestrische Signale in den Sedimenten archivieren, dokumentieren Ursachen und Konsequenzen dieser rapiden Klima- wechsel. Unter besonderer Berücksichtigung des organischen Kohlenstoffflusses sollen hochauflösende Zeitreihen mit folgenden Zielen erstellt werden: - Charakterisierung und Quantifizierung vertikaler(autochthoner) und lateraler (alochthoner) organischer Stoffflüsse in Fjorden und ihre Erhaltung im Sediment. - Klimagesteuerter Eintrag von organischer Substanz in Fjorde hoher Breiten; hochauflösende Rekonstruktion spätglazialer und holozäner Klimazyklen. - Computersimulation verschiedener Ablagerungsszenarien kohlenstoffreicher Sedimente in Fjorden sowie laterale und vertikale Organo-Faziesveränderungen.
Im nordöstlichen Harzvorland soll im Bereich der Einzugsgebiete von Ilse und Holtemme, d.h. an der Wasserscheide zwischen Weser und Elbe, die Reliefentwicklung vom Beginn der Saale-Eiszeit bis zum Ende der Weichsel-Eiszeit im Zusammenwirken fluvialer, glazifluvialer, glaziär und periglaziärer Prozesse untersucht werden. Die Besonderheiten des Untersuchungsgebietes und der Fragestellungen im einzelnen ergeben sich aus seiner Lage im Grenzbereich der Maximalausdehnung des saalezeitlichen Inlandeises und im Aufschüttungsgebiet ausgedehnter pleistozäner Verlandschwemmfächer des Harzes. Überdies wird im Untersuchungsgebiet die obere Grenze der Lössbedeckung erreicht, woraus sich Fragen nach der Ausprägung und Genese dieser Grenze, nach der Beziehung des Lösses zu den periglaziären Schuttdecken und nach der Gliederung dieser Deckschichten ableiten. Grundlage der Untersuchungen ist die geomorphologische Kartierung, die durch die digitale Reliefanalyse von DGM mit dem Programmen SARA und SADO wesentlich unterstützt werden soll. Die eigentliche Kartierung soll im Bereich der Lösgrenze durch die Detailanalyse von Catena-artig angeordneten Bodenprofile ergänzt werden.
Artentstehung setzt die reproduktive Isolation von Populationen voraus. Die gängige Vorstellung für die Entstehung von Arten ist die allopatrische Speziation, bei der Populationen durch geographische Barrieren getrennt sind. Doch kann diese Vorstellung unseres Erachtens kaum den ungeheuren Artenreichtum erklären und ist besonders problematisch, wenn es gilt, die häufige Sympatrie nächstverwandter Insektenarten zu erklären. Die Theorie der sympatrischen Speziation schlägt vor, dass Wirtswechsel bei phytophagen Insekten mit einem Wechsel des Paarungsortes einhergehen und es so zur reproduktiven Isolation von Populationen kommen kann. Das bekannteste und am besten untersuchte Modellsystem hierfür ist die Artengruppe um die amerikanische Apfelfruchtfliege. Wir wollen anhand der Wirtsrassen der Kirschfruchtfliege auf Kirschen und Heckenkirschen (Lonicera xylosteum) sowie der postglazialen Nord- beziehungsweise Südrasse dieser Art überprüfen, ob bei dieser Fliege sympatrische Speziation oder Wirtskreiserweiterung vorliegt. Darüber hinaus wollen wir überprüfen, ob parallel zu den Fliegen auch bei deren Parasitoiden Speziationsereignisse stattfinden. Zunächst beginnen wir mit einem Vergleich sympatrischer Fliegenpopulationen, die von unserem Kooperationspartner Dr. Boller in der Schweiz bzw. von uns in Deutschland besammelt werden. Eine Isoenzymanalyse, bei der wir in Anlehnung an die Arbeiten unseres Kooperationspartners Prof. McPheron sämtliche Allozyme berücksichtigen, die bei der Apfelfruchtliege von diagnostischem Wert sind (und einige zusätzliche), soll Aufschluss über die lokale Populationsdifferenzierung durch Wirtsrassenbildung erbringen. Ein Vergleich mit der geografischen Isolation von Populationen gibt uns Auskunft über den Isolationseffekt der Wirtsrassenbildung.
Das Forschungsvorhaben soll beitragen zur Rekonstruktion der pleistozänen und holozänen Landschafts- und Klimageschichte des Muksu-Tals bis hinauf zum Fedtschenkogletschers im Pamir-Gebirge, sowie jener der umgebenden Täler wie Sauksay und Balandkijk. Insbesondere interessiert uns die Klärung offener Fragen bezüglich (i) des Ausmaßes der jüngeren Schwankungen der Fedtschenkogletscherzunge (ii) der Lage der tiefsten Eisrandlagen und (iii) des Nachweises mehrerer weit ins Tal reichender spätpleistozäner Gletschervorstöße. Hierzu werden verschiedene Methoden der absoluten und relativen Alterdatierung von glazialen Ablagerungen eingesetzt wie Radiocarbonanalysen, Thermolumineszenzanalysen, Bestimmung kosmogener Nuklide sowie glazialmorphologische, bodengeographische, pollenanalytische, dendrochronologische und lichenometrische Untersuchungen. Umfangreiche Erfahrungen aus den dem Pamir nördlich angrenzenden Gebieten (NW-Tienshan, Alai-Kette und Hissar-Gebirge) zeigen, daß dieser Ansatz gut geeignet ist zur Gliederung der holozönen und spätpleistozänen Vergletscherung in den genannten zentralasiatischen Gebirge. Zudem konnten wir interglaziale Bodenbildungen nachweisen und fanden Hinweise auf eine intensive mittelpleistozäne Vergletscherung.
Gletscher haben im 20. Jh. weltweit starke Rückgänge erfahren, was auch für Gletscher in den Tropen gilt. Obwohl die Gletscher am Kilimanjaro (Tansania) ähnliche Charakteristika wie andere tropische Gletscher aufweisen (starke Empfindlichkeit auf Klimaelemente, die von der Luftfeuchtigkeit gesteuert werden), verlangt die Untersuchung ihres Verhaltens eine spezielle Sichtweise. Diese ist notwendig, da am Kilimanjaro zwei verschiedene Gletschersysteme existieren: die tafelförmigen Gletscher auf dem Gipfelplateau und die Hanggletscher unterhalb des Gipfelplateaus auf den steilen Flanken des Berges. Plateaugletscher sind von seitlich zurückweichenden, vertikalen Eiskliffs umrandet, die zu einer stetigen Abnahme der Ausdehnung von Plateaugletschern führen - selbst wenn sich auf deren horizontalen Oberflächen Schnee und folglich Gletschermasse ansammelt. Ein Vorprojekt konnte belegen, dass die klimatische Hauptursache für den seit 1880 andauernden Rückgang der Gletscher am Kilimanjaro ein regional trockeneres Klima seit dem späten 19. Jh. ist. Ebenso wurde klar, dass das gegenwärtige Klima die Gletscher nahe an das vollständige Verschwinden drängt. Dies wirft wiederum die Frage auf, unter welchen Klimabedingungen sie überhaupt existieren und sich bilden konnten. Das beantragte Projekt setzt sich daher das Ziel, eine mindestens 500 Jahre umfassende Zeitreihe des Gletscherverhaltens am Kilimanjaro zu rekonstruieren. Da andere Rekonstruktionen (v.a. Seespiegelstände) andeuten, dass die regionalen Klimaschwankungen vor 1880 größer als nachher waren, scheint es möglich, dass die Gletscher am Kilimanjaro eine relativ kurze Lebenszeit und daher ein zyklisches Verhalten aufweisen. Im vorgeschlagenen Projekt werden meteorologische Messungen im Gipfelbereich des Kilimanjaro dazu dienen, ein Massenbilanzmodell anzutreiben, zu kalibrieren und zu validieren. Dieses an der Physik der Gletscher orientierte Modell quantifiziert den Massenaustausch zwischen Gletscher und Atmosphäre. Input-Daten, die mehrere Jahrhunderte umfassen, sollen schließlich aus Simulationen des Paläoklimas mit gekoppelten Zirkulationsmodellen (globale Klimamodelle) kommen. Um den Klimamodell-Output auf die lokalen Verhältnisse am Kilimanjaro zu transferieren, ist eine Regionalisierungstechnik (statistisches Downscaling) notwendig. Durch die Anwendung des regionalisierten Datensatzes auf das Massenbilanzmodell entsteht im letzten Schritt eine mindestens 500-jährige Reihe des Gletscherverhaltens (und potenzieller Zyklizität) am Kilimanjaro, die mit (a) anderen Rekonstruktionen von klimaempfindlichen Umweltsystemen (Seestände, Eisbohrkerne) und (b) der großräumigen Klimadynamik im Zirkulationsmodell verglichen werden kann. Der experimentelle Teil des Projekts betrifft die Modellierung der vertikalen Eiskliffs sowie die Erzeugung zeitlich hochaufgelöster lokaler Daten aus dem globalen Klimamodell. usw.
Gut datierte Gletschervorstöße sind eine wertvolle klimageschichtliche Informationsquelle, weil Gletscher unmittelbar auf Klimaänderungen reagieren. In diesem Zusammenhang ist der Zeitabschnitt von der ausgehenden Jüngeren Dryas (Grönland-Stadial 1) bis zum Ende des Boreals im frühen Holozän besonders interessant. Er ist durch eine sehr rasche Erwärmung um etwa 11.5 ka charakterisiert, die sich dann etwas gedämpfter weiter fortsetzte. Diese Erwärmung wurde durch eine Reihe von klimatischen 'events' (Präboreale Oszillation, Erdalen-event, 9.3 und 8.2 ka event) unterbrochen, die vor allem im europäisch-atlantischen Sektor kurze und kräftige Abkühlung brachten und im Alpenraum in einen Rahmen von allgemein gletscherungünstigen Klimaverhältnissen eingebettet sind. Das Projekt hat zum Ziel, die Gletschervorstöße in diesem Zeitraum näher zu durchleuchten. Der Schwerpunkt wird auf einem System von Moränen liegen, das besonders bei kleineren Gletschern gut erhalten ist, und das eine vermittelnde Stellung zwischen den Moränen der Jüngeren Dryas und denen des 'Little Ice Age' (Neuzeit) einnimmt. Bisher sind derartige Moränen erst an drei Stellen datiert, wobei sich widersprechende Alter und damit zeitliche Einstufungen ergaben (PBO, Erdalen event, 8.2 ka event). Besonders interessant ist daher die Frage, ob und wie kleine Alpengletscher auf den 8.2 ka event reagiert haben, und welche klimageschichtlichen Schlußfolgerungen sich daraus ableiten lassen. Die Testgebiete befinden sich in Gebieten, die für eine klimageschichtliche Interpretation günstig gelegen sind und das entsprechende Moräneninventar aufweisen. Es handelt sich dabei vor allem um die westliche Silvrettagruppe (nordwestlicher Alpenrand mit Übergang zum zentralen Alpenraum), das Karwendelgebirge (nördlicher Alpenrand) und die westlichen Ötztaler Alpen (inneralpines Trockengebiet). Die Datierung soll in bewährter Weise mit den kosmogenen Radionukliden 10Be und 36Cl in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Teilchenphysik an der ETHZ erfolgen. Für die klimageschichtliche Interpretation werden die Energie- und Massenbilanzgleichung an der Gleichgewichtslinie, empirische Niederschlags-Temperaturmodelle und positive Gradtagsmodelle herangezogen. Die dafür zusätzlich nötigen Klimainformationen (vor allem Sommertemperatur) werden aus allen sinnvoll verwertbaren Proxydatenquellen der entsprechenden Zeitabschnitte entnommen. Damit können Änderungen der Niederschlagsstrukturen im Alpenraum und Hinweise auf die atmosphärischen Zirkulationsverhältnisse in Zeiträumen eines raschen Klimawandels hergeleitet werden.
Hauptziele des Projektes sind die Rekonstruktion der bisher weitgehend unerforschten Vergletscherungs- und Klimageschichte sowie der Reliefentwicklung in den oberen Höhenstufen des Hochgebirges Taiwans. Im Pilotprojekt wurde anhand geomorphologischer und sedimentologischer Befunde exemplarisch in zwei Gebirgsstöcken jungpleistozäne Vergletscherungen nachgewiesen. Absolute und relative Datierungen deuten auf einen Höchststand im Sauerstoff-Isotopenstadium 4 und eine geringere spätglaziale Gletscherausdehnung hin. Zur Abgrenzung der spätpleistozänen und holozänen Morphodynamik erfolgt eine systematische geologische und geomorphologische Kartierung. Die aktuellen klimatischen Rahmenbedingungen werden durch eigenständige Messungen meteorologischer Parameter erfasst. Durch absolute Datierungen wird der zeitliche Rahmen der geomorphologischen Befunde präzisiert und weitere methodische Erfahrungen gewonnen, so bei Lumineszenz-Datierung (OSL) von glazigenen Sedimenten und Exposure Dating von glazial überformten Felsflächen in randtropischen Hochgebirgen. Das Projekt leistet einen Beitrag zur Paläoklimaforschung im monsunalen Ostasien an der Grenze zwischen terrestrischem und marinem Bereich.
The Tropical Glaciology Group's research on Kilimanjaro started in 2002 and is in progress. Central aspects of our research plan are: 1) Development of the working hypothesis: From a synopsis of (i) proxy data indicating changes in East African climate since ca. 1850, (ii) 20th century instrumental data (temperature and precipitation), and (iii) the observations and interpretations made during two periods of fieldwork (June 2001 and July 2002) a scenario of modern glacier retreat on Kibo is reconstructed. This scenario offers the working hypothesis for our project. 2) Impact of local climate on the glaciers: This goal involves micrometeorological measurements on the glaciers, and the application of collected data to full glacier energy and mass balance models. These models quantify the impact of local climate on a glacier, based on pure physical system knowledge. Our models are validated by measured mass loss and surface temperature. 3) Latest Extent of the Kilimanjaro glaciers: Here, a satellite image was analyzed to derive the surface area and spatial distribution of glaciers on Kilimanjaro in February 2003. To validate this approach, an aerial flight was conducted in July 2005. 4) Linking local climate to large-scale circulation: As glacier behavior on Kilimanjaro, a totally free-standing mountain, is likely to reflect changes in larger-scale climate, this goal explores the large-scale climate mechanisms driving local Kilimanjaro climate. Well known large-scale forcings of east African climate are sea surface temperature variations in the Pacific and, more important, in the Indian Ocean. 5) Regional modification of large-scale circulation: The regional precipitation response in East Africa due to large-scale forcing is not adequately resolved in a global climate model as used in 4). Thus, mesoscale model experiments with the numerical atmospheric model RAMS will be conducted within this goal. They are thought to reveal the modification of atmospheric flow by the Kilimanjaro massif on a regional scale. 6) Practical aspects: Based on micro- and mesoscale results, (i) how much water is provided by glaciers, (ii) providing future projections of glacier behavior as basis for economic and societal studies (practical part), e.g., for studies on the impact of vanishing glaciers on Kibo's touristic appeal, and (iii) which impact does deforestation on the Kilimanjaro slopes have on summit climate? Referring to item 2), two new automatic weather stations have been installed in February 2005. They complete a station operated by Massachusetts University on the surface of the Northern Icefield since 2000.
Der menschliche Einfluss auf großräumige Änderungen des Klimas hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen, sowohl in Atmosphäre, Ozean und Kryosphäre. Die genauen Eigenschaften physikalischer Prozesse und Mechanismen, die den menschlichen Einfluss von großräumigen auf lokale Skalen übertragen, sind allerdings kaum bekannt. Dies bedeutet eine erhebliche Unsicherheit für die Folgen des Klimawandels in der Zukunft. Das Problem der Übertragung betrifft auch den Gletscherrückgang im Hochgebirge, der überdies ein seltener Indikator für den Klimawandel in der mittleren Troposphäre ist. --- Das vorliegende Projekt hat das Ziel, unser Verständnis des Klimawandels in großer Höhe entscheidend zu verbessern. Das Fundament dafür legt eine neuartige und interdisziplinäre Methodik, mit der wir den menschlichen Anteil am Klimawandel in der großräumigen Klimadynamik, der regionalen Zirkulation über den ausgewählten Gebirgen sowie in der atmosphärischen Grenzschicht der dortigen Gletscher quantifizieren können. Die Verknüpfung prozessauflösender, physikalischer Modelle von globaler bis lokaler Skala sowie außergewöhnliche Messungen auf Gletschern in großer Höhe spannen diese Methodik auf. Sie wird letztlich ermöglichen, den menschlichen Anteil präzise zu erklären und die dafür verantwortlichen Mechanismen ausweisen zu können, inklusive der empfindlichsten Zusammenhänge im multiskaligen System ('Achillesfersen'). --- Der Einfluss des Projekts wird sich deutlich über die Glaziologie hinaus erstrecken. Unser Wissen über das globale Klimasystem wird durch den besser verstandenen Aspekt der Verknüpfung zwischen bodennahen Luftschichten und der mittleren Troposphäre profitieren. Auf regionalen und lokalen Skalen helfen die Ergebnisse für die Abschätzung von Klimafolgen, da Gletscheränderungen Wasserreserven und Naturgefahren beeinflussen. Und schließlich werden die Ergebnisse neue Wege für die Klimafolgenforschung allgemein aufzeigen, indem sie eine prozessauflösende und skalenübergreifende Methodik demonstrieren.
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