Der südliche Indische Ozean gehört zu den am wenigsten untersuchten Meeresgebieten. Entlang eines zonalen Transekts bei 23°S im südlichen Indischen Ozean wollen wir mit Hilfe der Verteilung von isotopischen Tracern (Radiumisotope, Thorium, Helium) die Quellen, die Senken und die Flüsse von Spurenelementen (TEs: Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, V, Zn) in der Wassersäule untersuchen. Die Anwendung von Radiumisotopen (224Ra, 223Ra, 228Ra,226Ra,), Thoriumisotopen (234Th, 232Th) und Heliumisotopen (3He, 4He) erlaubt ein besseres Verständnis der biogeochemischen Zyklen von TEs. Da einige dieser Spurenelemente als Mikronährstoffe fungieren, wollen wir ihre biogeochemischen Kreisläufe und ihre Wechselwirkungen mit der Bioproduktivität im Oberflächenwasser sowie ihre Wechselwirkungen mit den Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufen erforschen. Durch die Kombination von Messungen von TEs mit Radium- und 234Th-Isotopen als Tracer für vertikale und horizontale Flüsse, 232Th als Tracer für den Staubeintrag und Heliumisotope als Tracer für einen hydrothermalen Eintrag, werden wir die Zufuhrpfade von TEs aus der Atmosphäre, den Kontinenten (hauptsächlich dem Sambesi-Fluss), den Sedimenten der afrikanischen und australischen Kontinentalschelfe und aus den hydrothermalen Quellen (Hydrothermalismus am Mittelindischen Ozeanrücken) bestimmen und quantifizieren. Diese Untersuchungen sollen auf Probenmaterial basieren, das während der Sonne Ausfahrt SO-276 (Juli – August 2020) von Durban (Südafrika) nach Fremantle (Australien) gewonnen wird. Unsere Untersuchungen sind Teil des international koordinierten Programms GEOTRACES und werden zum „Second Indian Ocean Expedition Program (IIOE-2)“ beitragen. Wir erwarten, dass die Ergebnisse der vorgesehenen Untersuchungen einen signifikanten Beitrag zum Verständnis von Ökosystemen und ihrem chemischen Milieu liefern werden.
Eine der wichtigsten bisher ungeklärten Kontroversen aus dem Neogen dreht sich um die Frage, ob permanenten El Niño Bedingungen im Bereich des äquatorialen Pazifik im späten Miozän vorherrschten. Im Hinblick auf die prognostizierte globale Erwärmung von mehr als 4 Grad C bis zum Jahr 2100 ist es von besonderem Interesse das Klimageschehen des späten Miozäns, das im Mittel circa 4,5 Grad C wärmer war als heute, im Detail zu untersuchen. Dabei steht insbesondere Ausmaß eines El Niño Zustandes im Fokus. El Niño Ereignisse haben ihren Ursprung im äquatorialen Pazifik und treten immer dann auf, wenn sehr warmes Oberflächenwasser aufgrund veränderter Strömungen im ozeanographisch-meteorologischen System von West nach Ost fließt. Da der Wärmehaushalt des äquatorialen Pazifik eine globale Schlüsselfunktion für die atmosphärische Zirkulation, die Niederschlagsverteilung, den Wärmetransport und den Kohlenstoffzyklus auf der Erde hat, haben El Niño Ereignisse globale Auswirkungen. Langanhaltende El Niño Ereignisse könnten somit z.B. im späten Miozän für weltweite langanhaltende Trockenheit verantwortlich sein.Ziel des beantragten Projekts ist es herauszufinden, ob im spätmiozänen äquatorialen Pazifik zwischen 6.5 bis 9.4 Ma ein, so wie bisher angenommen, permanente El Nino Bedingungen vorherrschten. Um diese Hypothese zu testen, sollen Veränderungen in der Wassersäulenstruktur und in der Tiefe der Thermokline auf Glazial-Interglazial-Zeitskalen im Bereich des Westpazifischen Warmwasserkörpers (WPWP) untersucht werden. Hierzu sollen hochauflösende stabile benthische und planktische (Oberflächen/Thermoklinenarten) Isotopendaten aus Proben der neuen Bohrung U1488 (IODP Expedition 363, zentraler WPWP, A.J. Drury war Fahrtteilnehmerin) für das 6.0 bis 9.4 Ma Zeitintervall generiert werden. Die Auswirkung von Ökologie und Ontologie auf die Isotopendaten von planktischen Foraminiferen soll durch ausgewählte Analysen an mehreren Spezies und Größenfraktionen abgeschätzt werden. Daten der Bohrung U1488 werden dann mit Isotopen-Daten aus dem östlichen äquatorialen Pazifik verglichen, ein astronomisches Altersmodel erstellt und mit den bereits vorhandenen Daten und Altersmodell der Bohrungen U1337 und U1338 korreliert. Erst dadurch wird es erstmalig möglich sein den Umfang der El Niño Zustände zwischen 6,5 und 9,4 Ma im Bereich von kurz- und langfristigen Veränderungen detailliert abzuschätzen, und um die Art des ca. 6,5 Ma Übergangs zu La Niña Bedingungen zu charakterisieren. Darüberhinaus soll die Zusammenschau von Proxydaten benthischer und planktischer Foraminiferen aus Bohrungen U1488 und U1482 (Indischen Ozean) dazu beitragen die Rolle der Indonesien-Passage im Wiederauftreten von La Niña Ereignissen, die ab ca. 6,5 Ma auftreten, zu untersuchen. Die beantragte Studie wird sehr wertvolle Erkenntinisse zur Rolle und Auswirkung ausgedehnter El Niño Ereignisse liefern die wiederum wichtige Erkenntnisse über die für die Zukunft prognostizierte globale Erwärmung liefer
Die erste Antragsphase war auf die Bildungsraten und die Speicherung von anthropogenem Kohlenstoff (Cant) im Antarktischen Zwischenwasser (AAIW) fokussiert. Mit Hilfe von Freon (CFC) Daten konnten wir eine signifikante Reduktion der AAIW Bildungsrate von den 1990ern zu den 2000ern Jahren feststellen. Dies führte zu einer geringeren Steigerung der Cant Speicherung als vom atmosphärischen Cant Anstieg und einem unveränderten Ozean zu erwarten war. Um den Schwierigkeiten mit den Randbedingungen auszuweichen (Pazifisches AAIW strömt über die Drake Passage auch in den Atlantik und weiter in den Indischen Ozean) planen wir nun ein globales Vorgehen um in allen Ozeanen die Bildungsraten und Cant Speicherungen in den Zwischen- Tiefen- und Bodenwassermassen zu berechnen. Darüber hinaus wird der Zeitraum bis 2015 ausgedehnt, und wo immer die Datenlage es zulässt, Pentaden- anstatt Dekadenmittelwerte gebildet. Verwendet wird der aktualisierte GlODAPv2 Datensatz und eigene Daten.Die Berechnungen aus den Beobachtungen werden mit den Ergebnissen eines wirbelauflösenden globalen Ozeanmodells (1/10 Grad) kombiniert. Das POP Modell (Los Alamos Laboratory Parallel Ocean Program) mit eines horizontalen Auflösung von 0.1 Grad und 42 Tiefenstufen wird für die letzten 20 Jahre mit einem realistischen Forcing angetrieben und enthält außerdem die Freone als Tracer. Neben dem Vergleich mit einem klimatologischen Antrieb wird das Modell zur Weiterentwicklung der Tracer-Methode verwendet wir z.B. die Unsicherheit von zu wenig Datenpunkten und der Extrpolationsroutine auf die Bildungsraten / Cant Speicherungen. Ein weiterer wichtiger Punkt wird die Bestimmung der TTDs aus Lagrange Trajektorien und der Vergleich mit TTDs aus Tracermessungen sein, sowie die Untersuchung der Rolle der Wirbel, der Vermischung durch Wirbel und der vertikalen Vermischung.
Das tropische Südostafrika ist eine Region, die stark von hydroklimatischen Veränderungen im Zuge der globalen Erwärmung betroffen sein wird, wobei deren Ausprägung und sozio-ökonomische Konsequenzen allerdings noch weitestgehend unverstanden sind. In diesem Zusammenhang bietet die Untersuchung regionaler Veränderungen in Hydroklima und Vegetation während des letzten Interglazials, eines durch höhere Temperaturen als heute gekennzeichneten Zeitabschnitts, die Möglichkeit, wichtige Einblicke hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung in der Region zu gewinnen. Darüber hinaus umfasst das letzte Interglazial auch eine wichtige Phase in der Entwicklungsgeschichte des Menschen, die Migration der ersten modernen Menschen aus Afrika hinaus. Obwohl das letzte Interglazial also einen bedeutenden Zeitabschnitt für Südostafrika darstellt, sind die Kenntnisse über die Variabilität des regionalen Hydroklimas, die zugrundeliegenden Antriebsmechanismen und die Konsequenzen für die Migration des modernen Menschen noch weitestgehend unerforscht. Im Rahmen dieses Projekts sollen marine Sedimente von der IODP Site U1477 in der Straße von Mosambik untersucht werden, um Veränderungen des Hydroklimas und der Vegetation im tropischen Südostafrika während des Zeitraums zwischen ca. 150.000 und ca. 70.000 Jahren vor heute zu rekonstruieren. Dazu werden die Verhältnisse stabiler Wasserstoff- (delta D) und Kohlenstoffisotope (delta 13C) von langkettigen n-Alkanen (n-C27 bis n-C33) in den marinen Sedimenten gemessen. Diese n-Alkane sind Bestandteile der Blattwachse von Landpflanzen und werden über den nahen Sambesi in den Ozean eingetragen. Da das delta D-Verhältnis der n-Alkane hauptsächlich dem des regionalen Niederschlags entspricht, welches wiederum von der Niederschlagsmenge abhängig ist, kann es zur Rekonstruktion hydroklimatischer Veränderungen im Einzugsgebiet des Sambesi in der Vergangenheit benutzt werden. Das delta 13C-Verhältnis wiederum erlaubt die Rekonstruktion von Veränderungen im Verhältnis von C3- (z.B. Bäume) und C4-Pflanzen (z.B. Gräser), da diese sich signifikant in ihrem delta 13C-Verhältnis unterscheiden. Darüber hinaus wird auch die Konzentration der zweifach- und dreifach ungesättigten Homologe des langkettigen Alkenons n-C37 in den Sedimenten analysiert. Diese organischen Verbindungen werden von Haptophyten, marinen Algen, gebildet und da ihr Verhältnis, auch als UK'37-Index bekannt, von der Oberflächentemperatur des Ozeans zur Zeit des Algenwachstums abhängig ist, kann es zur Rekonstruktion von Veränderungen der Oberflächentemperatur im südwestlichen Indischen Ozeans in der Vergangenheit genutzt werden. Der Vergleich dieser Datensätze mit anderen regionalen und globalen Klimaarchiven wird neue Erkenntnisse bezüglich hydroklimatischer Veränderungen in Südostafrika während des letzten Interglazials und ihrer Antriebsmechanismen als auch hinsichtlich ihres Einflusses auf die Migration der ersten modernen Menschen liefern.
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.