Die Gletscher Hochasiens, existentielle Ressource der Wasserversorgung von über einer Milliarde Menschen, reagieren ausgesprochen heterogen auf den Klimawandel. Die zugrunde liegenden Wirkmuster, Steuerungsfaktoren und Sensitivitäten sind jedoch bisher nur lückenhaft verstanden. Jüngste Studien zeigen die besondere Bedeutung topoklimatischer Effekte auf der Skale einzelner Täler und Höhenzüge, die auch ein großes Potential zu nicht-linearer Abschmelzdynamik implizieren. Zur Analyse dieser mesoskaligen Phänomene fehlen aber bislang adäquate Werkzeuge, die die big-data-kritische Datenlücke zwischen großräumigen Fernerkundungs- und feldbasierten Detailstudien schließen können. Die Höhe der Gletschergleichgewichtslinie (ELA) integriert alle am Gletscher wirkenden topographischen und klimatischen Faktoren und ist daher als Indikator eben dieser topoklimatischen Phänomene bestens geeignet. Im beantragten Projekt soll ein neuartiges Fernerkundungsverfahren für ganz Hochasien angewendet werden, das eigens entwickelt wurde, um für ganze Orogene Datensätze der ELA und multitemporaler ELA-Änderungen in präzedenzlos hoher Auflösung zu generieren. Durch ein künstliches neurales Netz werden dann die räumlichen Muster und ihnen zugrunde liegende Beziehungen im regional heterogenen Zusammenwirken klimatischer (Globalstrahlung, Temperatur, Niederschlag, Wind, etc.; aus Daten der High Asia Refined analysis, HAR) und topographischer (Exposition, Hangneigung, Gipfelhöhe, etc.; aus digitalen Geländemodellen, DGM) Faktoren zur Steuerung der ELAs in Hochasien aufgeschlüsselt. An für Teilräume repräsentativen Benchmark-Settings mit besonders guter Datensituation werden die steuernden Prozesse am Gletscher durch numerische Modellierung der Energie- und Massenbilanzen (MB) im Detail untersucht. Auf Basis der resultierenden MB-Daten wird zusätzlich die Sensitivität der MBs zu monatlichen Anomalien in Temperatur und Niederschlag (aus HAR) modelliert. Vorstudien zeigen, dass Verebnungsflächen in den Akkumulationsgebieten der Gletscher großes Potential zu nicht-linearer Abschmelzdynamik bei weiterem ELA-Anstieg bergen. Größe und Topographie dieser Verebnungen werden durch DGM-basierte GIS-Analysen für Gletscher ganz Hochasiens quantifiziert. Zur Identifizierung der zugehörigen Kipppunkte (ELA, ab der eine spezifische Verebnungsfläche zu Ablationsgebiet wird) werden jeweils aus Hochflächentopographie und ELA-Daten die verbleibenden Pufferhöhen berechnet. Die diesen Pufferhöhen entsprechenden Temperaturzu- oder Niederschlagsabnahmen werden auf Basis der zuvor erhobenen Sensitivitätsdaten abgeschätzt und die verbleibende Zeit zur Überschreitung der Kipppunkte für verschiedene Szenarien anthropogenen Klimawandels ermittelt. Die Resultate dieses interdisziplinär-polymethodischen Ansatzes werden erstmals eine Entschlüsselung der topoklimatischen Steuerung der Klimawandelresonanz von Gletschern in Hochasien und ihrer Potentiale zu nicht-linearer Abschmelzdynamik ermöglichen.
Der Issyk Kul See ist der zweitgrößte Bergsee der Erde und füllt ein tiefes Becken im Tien Shan Gebirge in Kirgistan aus. Der See bietet ein einzigartiges Archiv von kontinentalen Klimaveränderungen über Millionen von Jahren hinweg. In 2011 fand ein ICDP geförderter Workshop statt und offenbarte, dass zusätzliche wissenschaftliche Voruntersuchungen, die sowohl seismische als auch sedimentologische Studien umfassen, notwendig sind, um genaue Bohrlokationen und Bohrtiefen für ein zukünftiges ICDP Projekt und einen ICDP Vollantrag zu definieren.Das hier beantragte Projekt soll die noch fehlenden sedimentologischen Informationen aus dem Seebecken liefern, wie es im Workshop Report festgehalten ist. Die Hauptziele des Projektes sind, genauer die Oberflächensedimentzusammensetzung und spätquartäre Aufschlüsse im Süden des Sees, die einen Seespiegelhochstand zwischen 43 und 25 Tausend Jahren vor heute andeuten, zu untersuchen. Daneben sollen zum ersten Mal 6-10 m lange Sedimentsequenzen aus dem Beckentiefsten von über 500 m Wassertiefe des Issyk Kul erbohrt werden. Die Sedimentkerne sollten nach bisherigen Erkenntnissen spätquartäre und holozäne Abfolgen enthalten. Die Untersuchung der (bio-)geochemischen, mineralogischen Eigenschaften und der Korngrößenverteilung und ihrer Veränderungen über den Kern, sowie die Verschneidung der Informationen mit denen aus den Oberflächensedimenten und den Aufschlüssen wird es ermöglichen, herauszufinden, ob der Issyk Kul ein kontinuierliches Klima- und Umweltarchiv darstellt, in dem Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation, der Synchronität von lokalen Gletscherschwankungen und des globalen Eisvolumens und die Rolle von Tektonik und Klimawechsel auf Erosionsraten im Einzugsgebiet des Sees widergespiegelt sind. Damit versucht das Projekt, die noch fehlenden Wissenslücken zu den Sedimentationseigenschaften und Sedimentationsraten aus dem tiefsten Wasserbereichen des Issyk Kul zu schließen und wertvolle Informationen zu potentiellen Bohrlokationen im zentralen Beckenbereich zu liefern. Dieser Bereich beinhaltet wahrscheinlich die einzige Lokation, an dem die Geschichte des Beckens vollständig bis zu mehreren Millionen Jahren überliefert ist.Das hier beantragte Projekt ist notwendig, um die ICDP Issyk Kul Initiative zu reaktivieren. Es wird dazu beitragen, ein neues Team von internationalen Wissenschaftlern zu formen, welches sich aus Mitgliedern der bisherigen Initiative, aber auch aus neuen Mitgliedern zusammensetzt, um langfristig eine Tiefbohrung im Seebecken zu etablieren.
LakeLink wird untersuchen, wie klimabedingte Veränderungen physikalischer Prozesse mit der biologischen Produktivität in einem großen, tiefen oligotrophen Alpensee zusammenhängen. Der Issyk-Kul (Kirgisistan) ist ein wichtiges Seeökosystem, das ein ideales Modellsystem darstellt, da die biologische Produktion in der pelagischen Zone aufgrund der Entkopplung von Licht an der Oberfläche und Nährstoffen im Sediment gering ist. Daher ist die biologische Produktion auf einen schmalen ufernahen Bereich beschränkt und wird durch komplexe hydrodynamische Prozesse moduliert, die auf klimatische Faktoren reagieren. LakeLink zielt darauf ab, quantitative Zusammenhänge zwischen physikalischen Prozessen und der benthischen Produktion herzustellen, um ein allgemeines mechanistisches Verständnis der Reaktion großer, oligotropher alpiner Seen auf den Klimawandel zu gewinnen. Unsere Kernhypothese lautet: Benthische Gemeinschaften am Boden leisten einen entscheidenden Beitrag zur Primärproduktion in tiefen oligotrophen Seen. Damit ist der Wasser-Sediment-Austausch von gelösten und suspendierten Stoffen, angetrieben durch physikalische Prozesse wie interne Wellen, bodennahe Schwerkraftströmungen und Upwelling, der Hauptnährstofflieferant und damit der Regulator der primären und heterotrophen Produktion in diesem Seentyp. LakeLink baut auf ersten gemeinsamen Pilotstudien der deutschen und kirgisischen Teams am Issyk-Kul auf und ist als erstes gezieltes Forschungsprojekt konzipiert, das in dem neu gegründeten deutsch-kirgisischen limnologischen Feldlabor LILA (Lake Issyk-Kul Environmental Lab) durchgeführt wird und den Startschuss für langfristige Forschungen zu klimabedingten Veränderungen in tiefen, alpinen Seenökosystemen Zentralasiens gibt. Wir werden die physikalischen und biogeochemischen Variablen im Littoral und in den oberen Bodensedimenten kontinuierlich überwachen und dabei verschiedene Zeitskalen abdecken, von tageszeitlich bis hin zu saisonal und zwischen den Jahreszeiten. Regelmäßige Probenahmen von Wasser und Sedimenten werden die Nährstoffverfügbarkeit sowie die Aktivität und Vielfalt von Primärproduzenten und heterotrophen Bakterien am Sediment quantifizieren. Diese in-situ-Messungen werden durch Laborexperimente mit natürlichen Seesedimenten ergänzt, um Veränderungen der Nährstoff- und Lichtverfügbarkeit sowie ihre Auswirkungen auf die benthische Nettoproduktion und den Kreislauf organischer Substanzen zu messen. Ein an den Issyk-Kul angepasstes dreidimensionales Zirkulationsmodell und ein seeweites Modell nullter Ordnung werden verwendet, um diagnostische numerische Experimente durchzuführen, die das physikalische Regime des Sees simulieren und die biologische Reaktion auf die für verschiedene regionale Klimamuster prognostizierten Klimaveränderungen abschätzen. Die Quantifizierung physikalisch-biologischer Wechselwirkungen in großen, tiefen Seeökosystemen und ihre Reaktionen auf klimatische Einflüsse sind die Hauptergebnisse des Projektes.
Aus dem unteren und mittleren Jura sind bisher nur ganz wenige terrestrische Faunen mit Wirbeltieren bekannt. Insbesondere für die Phylogenie der Säugetiere ist dieser Zeitabschnitt von großer Bedeutung, da hier Stammlinienvertreter der modernen Säugetiere (Marsupialia und Placentalia) mit tribosphenischen Backenzähnen zu erwarten sind. Bisherige Untersuchungen deuten darauf hin, dass die tribosphenischen Säugetiere vermutlich in Asien entstanden sind und sich von dort nach Europa und Nordamerika ausbreiteten. Weite Gebiete Zentralasiens sind allerdings bisher wirbeltierpaläontologisch weitestgehend unerforscht. Erste vielversprechende Kleinwirbeltier-Funde in Kirgisien lassen auf das Potential dieser Region für die Aufklärung der Stammesgeschichte mesozoischer Säugetiere und anderer Wirbeltiergruppen schließen. Bei den geplanten Geländearbeiten und nachfolgenden Laboruntersuchungen werden grundlegende neue Erkenntnisse zur Phylogenie und Paläobiogeographie der Säugetiere, aber auch anderer Gruppen wie etwa der Amphibien, Squamaten und Dinosaurier erwartet.
Der Issykköl in Kirgisistan ist einer der tiefsten und größten Seen weltweit. Er befindet sich in einem intermontanen Becken innerhalb des Tian-Shan-Gebirges. Aufgrund des Kompressions-Regime als Folge der indisch-eurasischen Kollision ist das Tian-Shan-Gebirge eines der tektonisch aktivsten intrakontinentalen Gebirge. Seesedimente können wichtige Aufschlüsse über regionale Umweltprozesse geben, welche während und nach ihrer Ablagerung aktiv waren. Die Sedimente des Issykköls beinhalten ein wertvolles Archiv über tektonische und paläoklimatische Prozesse und Veränderungen in der Umgebung, welche potentiell bis ins Miozän zurück reicht.Diese sehr lange zurückreichenden Sedimente sind das Ziel eines Projektes des Internationalen Kontinentalen Bohrprogramms (ICDP). 2011 wurde ein ICDP Workshop am Ufer des Issykköl organisiert, um die wissenschaftlichen Ziele und mögliche Bohrlokationen mit einem breiten wissenschaftlichen Team zu besprechen. Bei dem Workshop wurde unter anderem die Notwendigkeit für tiefer gehende airgun Reflektions-Seismik erkannt, welche unabdingbar für die Rekonstruktion des tiefen Seebeckens sind. Daraufhin wurde im April 2013 eine Seekampagne von mehreren Instituten realisiert, welche tieferreichende Airgun Reflektions-Seismik auf dem-Issykköl akquirierte. Dieser Datensatz muss prozessiert und interpretiert werden, um die Rekonstruktion des tiefen Seebeckens zu ermöglichen, sowie um die Diskussion über ein potentielles Bohrprojekt am Issykköl zu intensivieren.Räumliche Kartierungen von Horizonten, Mächtigkeiten sedimentärer Einheiten und die Rekonstruktion tektonischer Bewegungen sollen weitere Hinweise auf die Geschichte des Sedimenteintrags, der Kontinuität der Sedimentation, Aktivität großer Erdbeben, Beckenentwicklung, regionale Verkippungen und die Entwicklung einer großen Faltenstruktur liefern. Durch Erstellung eines seismostratigraphischen Konzepts soll die Entwicklung des Beckens nachvollzogen werden, um die Bohrstrategien für ICDP zu stützen und zu verbessern.