s/meereisdicke/Meereisdecke/gi
Die Westantarktische Halbinsel erfährt große Veränderungen der Klimabedingungen, die mit einer abnehmenden Dauer und Ausdehnung des Meereises, Änderungen der Saisonalität, einer zunehmenden Temperaturvariabilität mit zunehmender Meeresoberflächentemperatur (SST) und einer Verringerung der Salinität in Küstengebieten verbunden sind. Dadurch verändern sich auch die klimatischen Bedingungen und die Verfügbarkeit essentieller Nährstoffe wie Eisen, Stickstoff und Phosphor. Das Projekt zielt darauf ab, die interaktiven Auswirkungen mehrerer Umweltstressoren auf antarktische Planktongemeinschaften zu untersuchen. Um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen, werden Labor- und On-Board-Experimente in Kombination mit einer Feldstudie durchgeführt, um die Reaktion des Phytoplanktonwachstums, der Biomasseakkumulation und der Partikelstöchiometrie auf faktorielle Manipulationen der Temperatur (Anstieg des Mittelwerts und der Variabilität) und der Nährstoffverhältnisse zu untersuchen. Die Variation dieser Parameter führt zu einer Umweltheterogenität, die die Phytoplanktonpopulationen und damit die Struktur des Nahrungsnetzes stark beeinflusst. Das zweite Ziel ist es daher, die Folgen von Änderungen der Temperatur und der Nährstoffverfügbarkeit auf Produzentenniveau für die Konsumenten in Bezug auf Ressourceneffizienz, Biomasse und Stöchiometrie zu verstehen. Die Originalität des Projekts beruht auf dem Ansatz, die interaktiven Auswirkungen sich ändernder Ressourcen und Umweltparameter auf eine Planktongemeinschaft zu bewerten, die ein hochproduktives Nahrungsnetz in einer Kaltwasserumgebung antreibt und einen starken Einfluss auf die globale Biogeochemie hat. Insgesamt wird das Projekt dazu beitragen, unser mechanistisches Verständnis zu verbessern, wie zukünftige Änderungen der Umweltbedingungen entlang der Westantarktische Halbinsel die Planktongemeinschaften, ihre trophischen Beziehungen und ihre Funktion verändern. Dies ist entscheidend für Vorhersagen, wie das antarktische Nahrungsnetz in Zukunft auf sich ändernde Umweltbedingungen reagieren wird.
Die antarktischen Ökosysteme sind von starken Veränderungen betroffen, insbesondere was die Eisbedeckung angeht. Wir wissen nicht wie dies die Prozesse am Meeresboden, die benthischen Funktionen, beeinflusst. Informationen zur Rolle verschiedener Tiergemeinschaften für benthische Funktionen unter variabler und stabiler Eisbedeckung sind für ein besseres Verständnis der Ökosystemprozesse dringend notwendig. Nur in wenigen Studien wurden unterschiedliche Größenklassen wie Meio- und Makrofauna gleichzeitig untersucht, und in keiner wurde ihre Bedeutung für benthische Funktionen untersucht. Daher ist der Einfluss von geringer werdender oder sich verändernder Meereisbedeckung auf die trophischen Interaktionen zwischen Meio- und Makrofauna sowie deren Bedeutung für die Prozesse am Meeresboden nicht geklärt. Dazu gehört auch ob und wie sich die benthische Remineralisation, bestimmt durch Stoffflussmessungen von Ammonium, Nitrat, Phosphat, Kieselsäure und Sauerstoff an der Sediment-Wasser-Grenzschicht, verändert. Für den Südozean ist über die jeweiligen Anteile der Meio- und Makrofaunagemeinschaften an dieser Remineralisation nichts bekannt.Mit unserem 3-Jahres Projekt werden wir gemeinsam die Reaktion benthischer Ökosystemfunktionen auf unterschiedliche Meereisbedeckungssituationen im Weddellmeer und entlang der Antarktischen Halbinsel einschätzen. Um die Rollen der verschiedenen Größenklassen und ihrer assoziierten Taxa im System Meeresboden besser zu verstehen, müssen wir (1) die Bedeutung der Strukturen der Meio- und Makrofaunagemeinschaften für die Ressourcenaufteilung und die Remineralisierung in Regionen mit unterschiedlicher Eisbedeckung und (2) den Effekt von erhöhtem Nahrungsaufkommen bei sich verändernder Eissituationen auf die Interaktionen von Ökosystemfunktion und Größenklassen bestimmen.Die beiden komplementären Aspekte werden mit einem/r gemeinsam betreuten Doktoranden/in durchgeführt. Proben wurden bereits auf den beiden Polarstern-Expeditionen PS 81 (22.01 bis 18.03.2013, nordwestliches Weddellmeer, Antarktische Halbinsel) und PS 96 (06.12.2015 bis 14.02.2016 südöstliches Weddellmeer) genommen. Die untersuchte Region umfasst Gebiete mit reduzierter, variabler und anhaltender Eisbedeckung. Mittels Inkubationen wird die räumliche Variabilität der Remineralisationsraten und die Rolle der Meio- und Makrofaunataxa bestimmt und mit deren Position im Nahrungsnetz zu verbunden. Um den Einfluss erhöhten Nahrungseintrags auf die Partitionierung der Nahrungsaufnahme und die Remineralisation durch die Tiergruppen zu testen, wurden Pulse-Chase Experimente durchgeführt.Die Ergebnisse bilden die Grundlage für das dritte Arbeitspaket: Die Entwicklung eines konzeptionellen Modells für die Evaluation benthischer Systemfunktionen im sich verändernden Südozean, welches die Mehrheit der Größenklassen und Prozesse betrachtet.
In Folge des globalen Klimawandels hat sich die Meereisdecke in der Arktis dramatisch verändert. Im derzeitigen Zustand spielt die arktische Eisdecke eine wichtige Rolle; so schirmt sie das Oberflächenwasser, die sogenannte arktische Halokline (Salzgehaltsschichtung), von der Erwärmung durch die sommerliche Sonneneinstrahlung ab. Zudem wird die Halokline durch die Salze, welches beim Gefrierprozess des Meerwassers aus der Kristallstruktur austritt, gebildet und stabilisiert. Gleichzeitig wirkt die Halokline als Barriere zwischen der Eisdecke und dem darunter liegenden warmen atlantischen Wasser und trägt so zum Erhalt der arktischen Meereisdecke bei. Dieses Gleichgewicht ist nun durch die insgesamt wesentlich dünnere arktische Meereisdecke und ihre verringerte sommerliche Ausdehnung gestört. Im Meerwasser sind zudem Gase und biogeochemisch wichtige Spurenstoffen enthalten. Diese werden durch die Gefrierprozesse eingeschlossen, beeinflusst und wieder ausgestoßen. So beeinflusst die Meereisdecke die Gas- und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre, Eis und oberer Wasserschicht. Durch die Eisbewegung findet außerdem ein Transport statt z.B. in der sogenannten Transpolarendrift von den sibirischen Schelfgebieten, über den Nordpol, südwärts bis ins europäische Nordmeer. Nun wird mit den weitreichenden Veränderungen des globalen und arktischen Klimawandels bereits von der „neuen Arktis“ gesprochen, da angenommen wird, dass sich die Arktis bereits in einem neuen Funktionsmodus befindet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt wie dieses neue System funktioniert, sich weiterentwickelt und wie sich dies auf die Eisbildungsprozesse und damit die Stabilität der Halokline und die damit verbundenen Gas- und Stoffflüsse auswirkt. Für solche Untersuchungen werden über den Jahresverlauf Proben der oberen Wassersäule und der Eisdecke benötigt. Ermöglicht wird dies durch die wissenschaftliche Initiative MOSAiC. Mithilfe der stabilen Isotope des Wassers (?18O und ?D) aus dem Eis und der Wassersäule kann Rückschlüsse auf die Herkunftswässer und den Gefrierprozess gezogen werden und diese Ergebnisse sollen in direkten Zusammenhang mit Gas- und biogeochemischen Stoffuntersuchungen (aus Partnerprojekten) gesetzt werden. Dabei können z.B. Stürme, Schmelzprozesse, Schneebedeckung, Teichbildung und Alterungseffekte des Eises eine Rolle spielen. Untersucht wird parallel die Veränderung der Wassersäule welche z.B. durch Wärmetransport, wiederum die Eisdecke beeinflussen kann.Diese prozessorientierten Untersuchungen der saisonalen Eisbildungsprozesse in Eis und Wassersäule der zentralen Arktis, werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität der arktischen Halokline und der arktischen Gas- und Stoffflüsse liefern. Da sich die Gase und Stoffe nicht-konservativ verhalten, während die Isotope im Gefrierprozess konservativ sind, erwarten wir aus der Diskrepanz wiederum wichtige Informationen z. B. über wiederholtes Einfrieren von Süßwasserbeimengungen ableiten zu können.
Die jahreszeitliche Variabilität der globalen Meereisbedeckung ist eine wichtige Komponente des globalen Klimas. Jedoch ist der kleinskalige Einfluss des Meereises in globalen Klimamodellen bis heute nur unzureichend beschrieben. Dieser Antrag hat daher das Ziel, die physikalischen (P) und bio-geo-chemischen (BGC) Schlüsselprozesse im Meereis mit einem hochaufgelösten Zweiskalenmodell mathematisch zu beschreiben. Die Ergebnisse können dann parametrisiert in globale Klimamodelle (GCMs) einfließen, sodass eine verbesserte Prognosefähigkeit erreicht wird.Die Ozeanerwärmung wird die Mikrostruktur des Meereises erheblich verändern. Wir entwickeln daher ein P-BGC-Modell einer antarktischen Meereisscholle, um die komplexen gekoppelten Zusammenhänge zwischen Eisbildung, Nährstofftransport, Salinität und Solekanalverteilung, Photosynthese und Karbonatchemie mathematisch zu beschreiben. Damit simulieren wir verschiedene Szenarien der Meereisbildung und ihrer Auswirkungen auf das Wachstum von Meereisalgen, die einen großen Einfluss auf den vertikalen Kohlenstoff-Export (biologische Kohlenstoffpumpe) besitzen.Damit leistet dieses Projekt einen wesentlichen Beitrag zum Forschungsschwerpunkt ‘3.2.D - Verbessertes Verständnis der polaren Prozesse und Mechanismen’ bei. Im Einzelnen gehen wir auf drei übergeordnete Ziele ein:Schritt 1: Beschreibung der Meereisstruktur Wir verwenden ein gekoppeltes Zweiskalenmodell, mit dem relevante Aspekte des Gefrierens und Schmelzens im Zusammenhang mit Deformation, Salinität und Soletransport beschrieben werden. Auf der Makroebene dient dafür eine kontinuumsmechanische Beschreibung im Rahmen der erweiterten Theorie poröser Medien (eTPM). Damit können über einen gekoppelten Gleichungssatz partieller Differentialgleichungen (PDE) Deformations-, Transport und Reaktionsprozesse beschrieben werden. Für das physikalische Phänomen der Phasentransformation zwischen Wasser und Eis dient das Phasenfeldmodell (PF) als Mikromodell, welches ebenfalls aus gekoppelten PDEs besteht. Daraus resultiert eine PDE-PDE Kopplung.Schritt 2: Kopplung mit dem erweiterten RecoM2 Modul als Mikromodell Damit können die BGC Phänomene beschrieben werden. Das RecoM2 Modul besteht aus einem Gleichungssystem gewöhnlicher Differentialgleichungen, sodass hier eine PDE-ODE Kopplung zu einem P-BGC Modell erfolgt. Schritt 3: Bewertung der Modellansätze Dies beinhaltet die Verifizierung und Validierung des kombinierten P-BGC-Modells mittels Literatur- sowie experimenteller Daten. Für die Verwendung des hochaufgelösten zweiskaligen P-BGC Modells in globalen Klimamodellen muss die Berechnungseffizienz gesteigert werden. Zu diesem Zweck werden Reduzierte-Basis-Modell (ROM) zur Erzeugung von Surrogaten des Vollen-Basis-Modells (FOM) eingesetzt, die die Modellkomplexität verringern, z.B. durch datengetriebene Machine-Learning (ML)-Techniken oder “Generalized Proper Decomposition” (GPD).
Seit Anfang der 1980er Jahre beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit Fragen der Historischen Klimatologie in Mitteleuropa. Unter 'historisch' wird dabei der Zeitraum vor Beginn der amtlichen und standardisierten Instrumentenmessung verstanden, soweit vom Mensch verfasste Aufzeichnungen vorliegen. Die Fülle der ausgearbeiteten Quellentexte wurde in der Datenbank HISKLID zusammengefasst. Wesentlicher Bestandteil dieser Datenbank sind deskriptive Wetteraufzeichnungen, Hinweise auf Witterungsextreme, Wettertagebuchaufzeichnungen, aber auch sogenannte Proxydaten, wie Hinweise auf Erntetermine, Vereisungen von Flüssen und Meeresbereichen, Hochwassermarken oder Baumringweiten. Ergänzt werden diese Datentypen durch frühe Instrumentenmeßdaten. Aussagekräftige Datensätze liegen derzeit bis zum Jahr 1000 rückreichend vor. In vielen Fällen sind auch Hinweise auf die Klimafolgen in den Quellen enthalten.
Der Weddellwirbel transportiert Wärme zu den Schelfeisen der Antarktis und reguliert die Dichte der Wassermassen, die den untersten Ast der globalen Umwälzzirkulation versorgen. Er stellt somit einen fundmentalen Bestandteil des globalen Klimasystems dar. Jedoch ist sehr wenig darüber bekannt, wie der Weddellwirbel auf langfristige Änderungen des atmosphärischen Antriebs reagieren wird. Der Auftrieb stellt eine wichtige Komponente im Klimasystem dar, da er Quellwassermassen durch Wärmeverluste und durch von Eisschmelze hervorgerufene Süßwassereinträge modifiziert. Während die beobachteten positiven Langzeittrends von Nährstoffkonzentrationen und Salzgehalten auf einen verstärkten Auftrieb hindeuten, könnte die im gleichen Zeitraum beobachtete Reduktion der Aufnahme von anthropogenem Kohlenstoff auf einen verringerten Auftrieb schließen lassen. Zusätzlich zum Auftrieb ist auch die Rolle der turbulenten wirbelbedingten Diffusion von Wärme kaum verstanden, aber möglicherweise von großer Bedeutung. Sie könnte einen wichtigen Mechanismus darstellen, um Wärme vom südlichen Ast des Weddellwirbels sowohl hin zum Zentrum maximaler Auftriebs zu befördern, als auch zu den Schelfeisen der Antarktis, wo die Wärme deren Abschmelzen und somit auch den Meeresspiegelanstieg vorantreiben könnte.Meine Vorarbeiten zeigen, dass Maud Rise eine wichtige Rolle für den Wärmehaushalt des Weddellwirbels spielt, dass aber gleichzeitig die kritischen Prozesse lokal bislang kaum in Feldstudien aufgelöst worden sind. Die Erforschung der Bedeutung von Maud Rise bezüglich des Wärmehaushalts ist von aktueller Bedeutung, da die Weddell-Polynya in 2017 nach vier Dekaden der Abwesenheit direkt über Maud Rise zurückgekehrt ist.Das Ziel von WedUP ist es, die langzeitlichen, großräumigen Änderungen der Zirkulation und des Auftriebs im Weddellwirbel zu bestimmen und deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt des Ozeans zu erforschen. Verbesserte Abschätzungen der räumlich und saisonal schwankenden Eddy-Diffusion sollen Analysen zum Beitrag von wirbelbedingten Wärmetransporten sowohl vom Zentrum des Weddellwirbels als auch zu den Schelfeisen ermöglichen. Abschließend soll eine Fallstudie basierend auf den zuvor erfolgten Auswertungen mit dem Ziel durchgeführt werden, die Rolle des Ozeans für das Auftreten der Weddell-Polynya in 2017 zu erforschen. WedUP wird den umfangreichen Datensatz des Argo-Float Observatoriums nutzen, das eine Abdeckung des Weddellwirbels seit 2002 zu allen Jahreszeiten und auch in von Meereis bedeckten Gebieten gewährleistet. Diese Daten sollen mit seehundgebundenen, schiffsgebundenen, und verankerungsgebundenen Messungen kombiniert werden, um die raumzeitlichen Änderungen des Salzgehalts und der Schichtung in Oberflächennähe zu erfassen. Die Erfassung von Langzeittrends in den Nährstoffkonzentrationen, oberflächennahen Salzgehalten und Radionukliden soll mich in die Lage versetzen, Änderungen der Rate des Auftriebs im Inneren des Weddellwirbels zu bestimmen.
Um die Fähigkeit von Modellen die physikalischen Prozesse zu reproduzieren, die maßgeblich an der Niederschlagsvariabilität in der Arktis beteiligt sind, abschätzen zu können, werden wir aktive und passive Millimeterwellen-Satellitendatensätze auf zwei verschiedene Weisen nutzen. Der klassische Beobachtungs-Modell Ansatz wird ergänzt durch einen Modell-zu-Beobachtung Ansatz, welcher die synthetischen Messgrößen, wie Radarreflektivität und Helligkeitstemperaturen, aus RCM Simulationen erstellt. Dabei werden Beobachtungen, neue arktische Reanalysen mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung und eine Reihe von regionalen Klimamodell-Simulationen (RCM) inklusive einem arktischen gekoppelten Atmosphäre Eis-Ozean RCM verwendet um die Verknüpfungen zwischen Meereisrückgang und Wolkenveränderungen, dem Einfluss von Schneefall, das Verhältnis von Schneefall zu Niederschlag und der Wiedergabe von beobachteter Schneebedeckungsvariabilität mit den damit verbundenen dynamischen Verbindungen mit der atmosphärischen Zirkulation zu untersuchen.
Eine Reihe von Mechanismen wurden benannt, um die Abnahme und Zunahme der Meereisausdehnung im Südpolarmeer in den letzten Jahren zu erklären. Aber die Prozesse, die diese Entwicklung antreiben, sind bis jetzt noch nicht umfassend verstanden. Die Simulation des antarktischen Meereises in aktuellen Klimamodellen bleibt ein grundlegendes Problem. Es gibt einige Hinweise darauf, dass das Problem, neben der Formulierung von atmosphärischen und ozeanischen Prozesse, auch auf die Beschreibung der Meereisphysik im Südpolarmeer zurückzuführen ist. Obwohl ein großer Teil der gegenwärtigen Meereisbedeckung im Südlichen Ozean aus einer marginalen Eiszone besteht, lösen kontinuumsmechanische Meereismodelle die Meereisschollen normalerweise weder auf, noch parametrisieren sie dieses Regime und vernachlässigen somit wichtige Rückkopplungen zur Vorhersage von Klima und Wetter. Darüber hinaus ist die Anwendung von kontinuumsmechanischen Meereismodellen auf, oder unterhalb der Skala einzelner Schollen fragwürdig, da die zugrunde liegende Kontinuumsannahme dieser Meereismodelle wahrscheinlich nicht gegeben ist. In diesem Projekt möchten wir die Defizite der derzeitig verwendeten kontinuumsmechanischen Meereismodelle adressieren, indem wir ein hybrides Meereismodell entwickeln, das die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Meereis und Ozean bis zur Schollenskala explizit beschreibt. Das hybride Modell bietet einen nahtlosen Ansatz zur Vorhersage des Meereises, der von der Simulation einzelner Meereisschollen in der marginalen Eiszone bis hin zur Darstellung des Packeises reicht. Unser hybrides Modell, das Partikel- mit Kontinuumsmethoden kombiniert, wird zu einem besseren Verständnis und einer besseren Vorhersage des antarktischen Klimasystems beitragen, indem es Kopplungen zwischen Atmosphäre, Meereis und Ozean bis hin zu einer Schollenskala explizit miteinbezieht. Kleinskalige Prozesse, die sich auf einzelne Schollen beziehen, sind für das polare Klima wichtig, aber ihre Parametrisierung in kontinuumsmechanischen Meereismodellen bleibt eine offene Forschungsfrage.Um den Einfluss der schollenskaligen Wechselwirkungen auf die Entwicklung der Meereisbe-deckung im Südlichen Ozean zu analysieren, werden wir ein Diskretes-Elemente-Modell entwickeln, das auf der Beschreibung von DESIgn und dem Princeton-DEM basiert, und es in die kontinuumsmechanische Meereisformulierung im Klimamodell ICON einbetten. Unser Ziel ist, die Interaktion von Meereisschollen explizit in einem Teilgebiet wie der marginalen Eiszone darzustellen, denn es hat sich gezeigt, dass die Schollengrößenverteilung das simulierte Meereisvolumen signifikant beeinflusst. In Regionen, in denen eine hohe räumliche Auflösung nicht erforderlich ist, verwenden wir zur Simulation des Meereises das kontinuumsmechanische Modell, das ein geeigneter, recheneffizienter Ansatz ist, um die Meereisentwicklung auf großen Skalen und mit niedriger Auflösung zu beschreiben.
Bei zahlreichen Stoffwechselvorgängen in Organismen kommt es zur Bildung von reduzierten Sauerstoffformen wie Wasserstoffperoxid, Superoxidanionen oder des Hydroxylradikals. Marine Eisdiatomeen bilden zusammen mit anderen Mikroorganismen im Packeis in den Salzlaugenkanälchen eine eigenständige Meereisgesellschaft. Diese Kanälchen zeichnen sich durch extreme Umweltbedingungen aus (Licht, Salinität, Temperatur, hohe Zelldichten), die eine vermehrte Bildung von aktivierten Sauerstoff Spezies begünstigen. Bei Untersuchungen zum Oxidationsschutz der Eisdiatomee Enteromoneis kufferathii MANGUIN wurde festgestellt, dass diese in Gesellschaft mit epiphytisch lebenden Bakterien vorkommen. Die Ergebnisse ergaben, dass die Bakterien maßgeblich an der Entgiftung der Oxidantien beteiligt sein können, so dass die Vermutung einer symbiotischen oder kommensalistischen Beziehung naheliegt. Es soll die Art der Bakterien/Algen-Wechselwirkung näher untersucht und der jeweilige Anteil an Oxidationsschutzsystemen (enzymatisch oder durch Schutzsubstanzen) überprüft werden, um die These vom gegenseitigen Schutz vor Sauerstoffradikalen zu überlegen. Die Bakterien werden charakterisiert und ihr Einfluss auf das Wachstum von E. Kufferathii und anderen Algen der Eislaugengesellschaft wird untersucht. Elektonenmikroskopische Aufnahmen (TEM/REM/LSM) sollen Aufschluss über die Art des Kontaktes zwischen Algen und Bakterien geben.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 331 |
| Europa | 31 |
| Land | 6 |
| Weitere | 2 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 315 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 80 |
| Ereignis | 29 |
| Förderprogramm | 284 |
| Taxon | 13 |
| Text | 9 |
| unbekannt | 21 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 17 |
| Offen | 399 |
| Unbekannt | 7 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 259 |
| Englisch | 207 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 29 |
| Datei | 66 |
| Dokument | 7 |
| Keine | 191 |
| Unbekannt | 13 |
| Webseite | 152 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 258 |
| Lebewesen und Lebensräume | 397 |
| Luft | 330 |
| Mensch und Umwelt | 423 |
| Wasser | 423 |
| Weitere | 392 |