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Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Erforschung von mikrobieller Sulfatreduktion unter hoher Temperatur und Druck

Selbst in tiefen Sedimentschichten unter z.T. mehreren Kilometern mächtiger Sedimentbedeckung finden sich noch aktive Mikroorganismen. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Untergrund an und überschreitet irgendwann die Grenze bis zu welcher Leben möglich ist. Die bisher festgestellte Temperaturobergrenze von Leben auf der Erde wurden an Mikroorganismen von hydrothermalen Systemen, sogenannten Schwarzen Rauchern gemessen und liegt bei ca. 120 Grad C. In Sedimenten hingegen liegt die Grenze deutlich niedriger. Messdaten aus Ölfeldern deuten auf eine Grenze von ca. 80 Grad C hin. Diese Diskrepanz zwischen hydrothermalen und sedimentären Systemen wurde dadurch erklärt, dass die Mikroorganismen in Sedimenten nicht genügend Energie gewinnen können um die bei hohen Temperaturen verstärkt notwendigen Reparaturen ihrer Zellbestandteile wie DNA und Proteinen durchzuführen. Interessanterweise lässt sich metabolische Aktivität bei extrem hohen Temperaturen nur dann nachweisen, wenn die Experimente unter hohem Druck stattfinden. IODP Expedition 370 wurde spezifisch zur Klärung der Frage nach dem Temperaturlimit von Leben in sedimentären Systemen durchgeführt. Im Nankai Graben vor der Küste Japans herrscht ein recht hoher geothermischer Gradient von ca. 100 Grad C/km, d.h. das gesamte Temperaturspektrum in dem Leben möglich ist erstreckt sich über ein Tiefeninterval von etwas mehr als einem Kilometer. Durch modernste Bohr- und Labortechniken war es möglich, Proben von höchster Qualität zu gewinnen, welche garantiert frei von Kontamination sind. Die Expedition hat einen stark interdisziplinären Charakter, so dass eine Vielzahl von biologischen und chemischen Parameter gemessen wurde, welche eine detaillierte Charakterisierung des Sediments erlauben. Das beantragte Projekt ist ein wichtiger Teil der Expedition, da Sulfatreduktion der quantitativ wichtigste anaerobe Prozess für den Abbau von organischem Material im Meeresboden ist. Im Rahmen einer MSc Arbeit wurden bereits erste Messungen durchgeführt. Diese konnten zeigen das Sulfatreduktion über die gesamte Kernlänge messbar ist, wenn auch z.T. mit extrem geringen Raten. Im Rahmen des beantragten Projekts sollen weitere Messungen durchgeführt werden, unter anderem auch unter hohem Druck. Dazu soll ein Hochdruck Temperatur-Gradientenblock gebaut und betrieben werden. Neben Sedimenten von IODP Exp. 370 sollen weitere Experimente mit hydrothermal beeinflusstem Sediment aus dem Guaymas Becken durchgeführt werden. Ein Vergleich zwischen diesen beiden Sedimenten soll weitere Einblicke in einen der wichtigsten biologischen Prozesse im Meeresboden liefern und ein besseres Verständnis über die Grenzen von Leben im allgemeinen.

Einfluss des Eisenkreislauf in Kontinentalrandsedimenten auf den Nährstoff- und Sauerstoffhaushalt des Ozeans

Die ICONOX-Nachwuchsforschergruppe wird ein neuartiges Konzept untersuchen wonach der Eisenkreislauf in Kontinentalrandsedimenten den Nähstoff- und Sauerstoffhaushalt des Ozeans maßgeblich beeinflusst. Eisen ist ein essentieller Mikronährstoff, der als limitierender Faktor für die Primärproduktion, den Kohlenstoffexport und den respiratorischen Sauerstoffkonsum im Ozean angesehen wird. Der gegenwärtige Trend abnehmender Sauerstoffkonzentrationen im Ozean und der Ozeanversauerung verstärkt die Auflösung eisenreicher Minerale am Meeresboden. Die daraus resultierende Zunahme in der Eisenzufuhr zum Ozean könnte zu einer Intensivierung der Stickstofffixierung und Primärproduktion und damit zu einem selbstverstärkenden Effekt abnehmender Sauerstoffkonzentrationen führen. Im Gegensatz dazu bezeugen die allgemein bekannten Eisenanreicherungen in anoxischen und sulfidischen Milieus der geologischen Vergangenheit, dass marine Sedimente unter extrem reduzierenden Bedingungen zu einer effektiven Senke für bioverfügbares Eisen werden. Der Wechsel von Eisenfreisetzung zu Eisenrückhaltung und -Begrabung stellt mit großer Wahrscheinlichkeit einen wichtigen Dreh- und Angelpunkt im Stickstoff- und Kohlenstoffkreislauf des Ozeans auf langen Zeitskalen dar. Unter Zuhilfenahme empirischer, experimenteller und numerischer Methoden soll im Rahmen des ICONOX-Projekts die Rolle des sedimentären Eisenkreislaufs im biogeochemischen Gesamtzusammenhang des Ozeans sowohl heute als auch in der geologischen Vergangenheit untersucht werden.

Reduzierung der Fertigungs- und Wartungskosten von Offshore Windenergieanlagen mittels Inline-Inspektion und maschineller Lernverfahren, Vorhaben: Quantifizierung lokaler Einflussgrößen auf die Lebensdauer von Schweißverbindungen

Geologische Übersichtskarte der Bundesrepublik Deutschland 1:200.000 (GÜK200) - CC 2310 Helgoland

Blatt Helgoland erfasst zum großen Teil den rezenten Meeresboden der Nordsee, wobei Helgoland und Helgoländer Bucht im zentralen Teil des Kartenausschnitts liegen. Nach Süden sind das Niedersächsische Wattenmeer und die Küste Ostfrieslands mit den Inseln Baltrum, Langeoog, Spiekeroog, Wangerooge und Mellum abgebildet. Im Südosten werden die Buchten des Jadebusens und der Wesermündung sowie die Küstenregion zwischen Bremerhaven und Cuxhaven erfasst, während sich im Nordosten das Schleswig-Holsteinische Wattenmeer erstreckt. Bei der quartären Sedimentdecke, die das Kartenblatt überzieht, nimmt das Holozän eine Vormachtstellung ein. Verschiedene Faziesbereiche werden dabei unterschieden: rezenter Meeresboden, Insel- und Strandbereich mit marinen, litoralen oder äolischen Feinsanden, Watt- und Marschgebiete mit marin-brackischen Ablagerungen, terrestrische Nieder- und Hochmoore. Pleistozäne Sedimente sind im Kartenausschnitt nur geringfügig verbreitet, dennoch sind Relikte aller drei Eiszeiten zu finden: glazilimnische Tone der Elsterkaltzeit, glazifluviatile Ablagerungen und Geschiebelehm/-mergel (Grundmoräne) der Saalekaltzeit, fluviatile und äolische Sande der Weichselkaltzeit. Neben der Legende, die über Alter, Petrographie und Genese der dargestellten Einheiten informiert, gewährt ein geologischer Schnitt entlang der ostfriesischen Nordseeküste zusätzliche Einblicke in den Aufbau des Untergrundes. Im dem West-Ost-Profil sind mehrere Salzstrukturen (Salzstöcke von Westdorf, Barkholt, Eversand und Spieka) angeschnitten, die unter einer mächtigen Deckschicht aus quartären und tertiären Sedimenten (bis 1000 m Tiefe) lagern.

Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion, Teilvorhaben: Partikelbasierte Analyse von Sedimentumlagerungen und ihres Einflusses auf die Kabeldynamik

Das Verbundvorhaben 'Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion (CableProtect)' widmet sich den komplexen Wechselwirkungen zwischen Stromkabel, Struktur, Kolkschutz und Meeresboden im Anschlussbereich des Kabels an die Tragstruktur. Anlass dafür waren Schäden in signifikanter Größenordnung insbesondere am Schutzsystem der Unterwasserverkabelung. Derartige Schäden sind zurückzuführen auf hydrodynamische Prozesse im Umfeld der Gründungsstrukturen. Wellen und Strömungen verursachen dort Bewegungen des frei hängenden Kabels, welche sich auch auf den Teil des Kabels auswirken, der auf dem Kolkschutz bzw. Meeresboden aufliegt. Außerhalb des Kolkschutzes kommt es zu Sedimentumlagerungen und zur Bildung von Randkolken, welche einen wechselseitigen Einfluss auf die Kabelbewegungen nehmen und zu Lageinstabilitäten führen. Das Teilvorhaben 'Partikelbasierte Analyse von Sedimentumlagerungen und ihres Einflusses auf die Kabeldynamik (CableProtect)' widmet sich im Rahmen dieses Verbundvorhabens hydrodynamisch induzierten Sedimentumlagerungen im Auflagerbereich des Kabels. Mit einer gekoppelten CFD-DEM Modellierung wird ein innovativer Ansatz verwendet, um Erosionsprozesse auf der Mikro-Ebene der Körner zu betrachten und so neue Einblicke in deren Wirkmechanismen zu erhalten. Durch Kopplung mit den Fluid-Struktur Modellen der Verbundpartner können die Einflüsse aus dem oszillierenden Stromkabel sowie aus Gründungsstruktur und Kolkschutz unter realitätsnahen Randbedingungen abgebildet werden. Ziel dieses Teilvorhabens ist es, auf der Grundlage eines verbesserten Verständnisses der Sedimentumlagerungsprozesse wissenschaftlich abgesicherte und praxistaugliche Bemessungsregeln für die geomechanischen Aspekte der Kabelanbindung zu erarbeiten und so zu einer höheren Zuverlässigkeit von Offshore-Windenergieanlagen beizutragen.

Ausschluss mobiler grundberührender Fischerei in marinen Schutzgebieten der Ostsee, Vorhaben: Auswirkungen auf das Nahrungsnetz, Mikrophytobenthos und Schlüsselarten des Zoobenthos

Klimaschutzorientierte Habitatkartierung der Ostsee mittels akustischer Multibeam Verfahren

Von Biodiversität zu Ökosystemfunktionen; Möglichkeiten für die Integration des Meeresbodens in MPA Management, Leitantrag; Vorhaben: Integration von Ökosystemfunktionen

Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion, Teilvorhaben: Experimentelle und numerische Untersuchung der dynamischen Lasten auf Kabel von Offshore-Gründungsstrukturen

Im Rahmen des Verbundvorhabens 'CableProtect - Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion (CableProtect)' befasst sich das Teilvorhaben 'Experimentelle und numerische Untersuchung der dynamischen Lasten auf Kabel im Nahfeld von Offshore-Gründungsstrukturen' mit der Ermittlung von Einflussfaktoren auf ungewünschte Kabelbewegungen im Nahfeld von Offshore-Windenergie-Gründungsstrukturen und der Entwicklung erfolgversprechender Lösungsansätze. Motiviert sind die Arbeiten durch Kabelschäden, die durch Abrieb des äußeren Schutzmantels des Kabels am nah gelegenen Kolkschutz entstanden sind. Dabei gelten strömungs- und welleninduzierte Kräfte, die auf das freie Kabel zwischen der Anbindung an die Gründungsstruktur und der Einbettung am Meeresboden einwirken, als Ursachen für Kabelbewegungen. Die Vorhersage des Strömungsfelds ist jedoch komplex, da dieses signifikant von den örtlichen Umgebungsbedingungen und den hydrodynamischen und geomechanischen Wechselwirkungen zwischen Gründungsstruktur, Kabel und Kolkschutz am Meeresboden abhängt. In diesem Zusammenhang thematisiert das Teilvorhaben CableProtect-Loads die hydrodynamisch induzierten Kabellasten unter Berücksichtigung der elastischen Verformung des Kabels. Hierzu werden innovative Berechnungsverfahren auf Basis einer Feldmethode zur Lösung von Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen weiterentwickelt, um z.B.Wirkungen von Viskosität und Turbulenz (Wirbelablösungen) zu untersuchen. Im Weiteren werden zur Validierung der rechnerischen Ergebnisse der anderen Teilvorhaben Modellversuche zu hydromechanischen Kornumlagerungen unter Strömungs- und Welleneinfluss durchgeführt. Abschließend werden Lösungsansätze zur Reduktion des Schadensrisikos von Kabeln im Nahfeld von Gründungstrukturen mit Fokus auf eine reduzierte Erregung ermittelt, validiert und in einem Auslegungsleitfaden dokumentiert.

Populationsdynamik und Produktivitaet der Bodenfauna in der Deutschen Bucht unter besonderer Beruecksichtigung der Meeresverschmutzung

Oekologisch wichtige Bodentiere werden aus regelmaessig an Dauerstationen genommenen, quantitativen Proben analysiert, um Aufschluesse ueber den Lebenszyklus, das Wachstum, die Variationen der Siedlungsdichte und die Produktionsleistung zu erhalten. Die Zusammensetzung der Tiergemeinschaften wird langfristig verfolgt, um natuerliche und durch Meeresverschmutzung bedingte Veraenderungen zu erkennen (Titanabwaesser und kommunale Klaerschlaemme).

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