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High-resolution measurements of essential climate variables in the North Sea from the autonomous surface vehicle HALOBATES during RV Heincke cruise HE614

The autonomous surface vehicle HALOBATES measured Essential Climate Variables (ECV), such as sea surface temperature (SST) and salinity (SSS), during the RV Heincke cruise HE614 in the German Bight. HALOBATES captured the SST and SSS at seven depths with a high vertical resolution of about 10 cm, from the near-surface layer (NSL) (between 30 and 100 cm) and the sea surface microlayer (SML) (upper millimeter). Conductivity, temperature, and depth (CTD) sensors measured temperature and conductivity (for salinity calculation) via a flow-through system on HALOBATES. Additional temperature sensors were mounted underneath the catamaran to measure in-situ temperature in situ at six depths in the NSL. Salinity was corrected with discrete water samples to remove biases between the sensors. Two data loggers with several meteorological stations on the catamaran captured important weather variables during operation time. The surfactant concentration was measured from discrete samples of SML and 100 cm depth. HALOBATES was operated between 01 March 2023 and 22 March 2023.

GTS Bulletin: PJXE88 EDZW - Pictorial information (Binary coded) (details are described in the abstract)

The PJXE88 TTAAii Data Designators decode as: T1 (P): Pictorial information (Binary coded) T1T2 (PJ): Wave height + combinations A1 (X): Global Area (area not definable) A2 (E): 24 hours forecast T1ii (P88): Ground or water properties for the Earth's surface (ie snow cover, wave and swell) (Remarks from Volume-C: H+24 (GSM) sea and swell, wind (10 m) and direction of swell)

GTS Bulletin: PJXK88 EDZW - Pictorial information (Binary coded) (details are described in the abstract)

The PJXK88 TTAAii Data Designators decode as: T1 (P): Pictorial information (Binary coded) T1T2 (PJ): Wave height + combinations A1 (X): Global Area (area not definable) A2 (K): 72 hours forecast T1ii (P88): Ground or water properties for the Earth's surface (ie snow cover, wave and swell) (Remarks from Volume-C: H+72 (GSM) sea and swell, wind (10 m) and direction of swell)

Measurements of the marine carbon system from different approaches, discrete sampling and sensors during July 2023 in a Mesocosm Facility, Wilhelmshaven, Germany

The file contains data from the Marine Carbon System. It gathered parameters from the inorganic carbon and incorporate the organic alkalinity as a main contributor to the sea surface microlayer (SML) compared to the Underlaying Water (ULW). Data was collected during Mesocosm Study from 18-May to 17-July 2024 in the Sea sURface Facility (SURF), Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment, Wilhelmshaven, Germany. Discrete samples to measure Dissolved Inorganic Carbon (DIC), Total Alkalinity (TA) and Organic Alkalinity (OA) were collected. For SML data, DIC, TA and OA was collected every third day following the glass‑plate technique (Harvey and Burzell, 1972). The ULW data, DIC, TA and OA were collected every day using a suction system to collect the sample from 0.4 m depth. Discrete samples were transported to the laboratory for further analysis; DIC was determined coulometrically (CM5017, UIC, IL, USA), and TA concentration was directly measured by high-precision closed-cell potentiometric titration (916 Ti-Touch, Metrohm, Switzerland). OA concentration was determined directly after TA was measured, using the same sample (from which all carbonate species had been purged), denoted as back titration. The dataset includes quality flags 0-4 with flags 1 and 2 are ready for use. See metadata for more information.

Environmental parameters, including dissolved organic carbon and molecular indices derived from ultra-high-resolution mass spectrometry (FT-ICR-MS) and infrared spectroscopy (ATR-FTIR)

We studied dissolved organic matter (DOM) dynamics in the sea surface microlayer (SML) during a multidisciplinary mesocosm study at the Sea sURface Facility (SURF) of the Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) in Wilhelmshaven, Germany (53.5148 °N, 8.1463 °E). The study was conducted from 18 May to 16 June 2023 as part of the BASS research unit (Biogeochemical processes and Air-sea exchange in the Sea-Surface microlayer). This dataset contains environmental data, including dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON) and DOM molecular indices (MLBwL, Ibio, Iphoto, IDEG) calculated from ultrahigh-resolution mass spectrometry data (Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometer, FT-ICR-MS). Furthermore, we present attenuated total reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) data from representative samples for each bloom phase. General metadata from the multidisciplinary mesocosm study, including temperature, salinity and chlorophyll a, are provided in Bibi et al. on PANGAEA at the following link: doi:10.1594/PANGAEA.984101.

Dissolved organic matter composition in the sea surface microlayer during a Mesocosm study in Wilhelmshaven, Germany (FT-ICR-MS and ATR-FTIR), spring 2023

We studied dissolved organic matter (DOM) dynamics in the sea surface microlayer (SML) during a mesocosm study at the Sea sURface Facility (SURF) of the Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) in Wilhelmshaven, Germany (53.5148 °N, 8.1463 °E). The study was conducted from 18 May to 16 June 2023 as part of the multidisciplinary BASS research unit (Biogeochemical processes and Air-sea exchange in the Sea-Surface microlayer). SURF was filled with pretreated natural seawater from the nearby Jade Bay (53° 28' 42'' N, 8° 12' 15'' E) to replicate natural conditions. We selected this approach to examine the regrowth of surviving phytoplankton cells after the initial water treatments, simulating a native microbial community starting with almost no bioproduction or pre-existing bioproduction products. To induce and maintain the phytoplankton bloom, inorganic nitrogen, phosphorus, and silicate were added on May 26, May 31, and June 01, 2023. By that, we induced an algal bloom of Emiliania huxleyi and Cylindrotheca closterium. Water samples were collected using a glass plate for the SML and a tube at 40 cm depth for the underlying water (ULW). This dataset contains DOM molecular data from ultrahigh-resolution mass spectrometry (Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometer, FT-ICR-MS), molecular indices calculated from FT-ICR-MS data (Ibio, Iphoto, IDEG) and environmental data, including dissolved organic carbon (DOC) and dissolved organic nitrogen (DON). Furthermore, it contains attenuated total reflectance Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) data from representative samples for each bloom phase. By combining molecular analyses with nutrient and bloom-phase data, we highlight the in situ production of carbohydrate-like and laminarin-derived DOM as a significant contributor to SML composition. General metadata from the multidisciplinary mesocosm study, including temperature, salinity and chlorophyll a, are provided in Bibi et al. on PANGAEA at the following link: doi:10.1594/PANGAEA.984101.

Clay and heavy minerals and total organic carbon in Arctic Ocean surface sediments – Data tables to distribution maps of Stein (2008)

Total organic carbon (TOC) and mineral assemblages are key data sets determined to characterize marine sediments in terms of sediment provenances, processes, and depositional environments. In a comprehensive review and synthesis (Stein, 2008), such data were compiled for Arctic Ocean surface sediments and shown in nine selected distribution maps: four maps of clay minerals (illite, smectite, chlorite, and kaolinite), four maps of heavy minerals (amphibole, clinopyroxene, epidote, and garnet), and one TOC map. The data used to produce these maps, are represented in the three tables of this data report. For details in background information and methodology see primary source literature cited here as well as the Stein (2008) synthesis.

Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Dient sie zum Schutz gegen Fressfeinde und Pathogene?

Coccolithophoriden sind eine Gruppe von ca. 200-300 marinen Phytoplanktonarten, die in allen Weltmeeren vorkommt. Sie besitzen die besondere Fähigkeit eine Kalkschale (Coccosphäre) zu bauen, die sie aus vielen kleinen Kalkplättchen (Coccolithen) zusammensetzen. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu kalzifizieren sind sie ein wichtiger Bestandteil im Klimasystem, denn die Produktion von Kalk nahe der Meeresoberfläche führt zu einem vertikalen Gradienten der Seewasseralkalinität, beschleunigt den Kohlenstoffexport in die Tiefsee und erhöht die Rückstrahlung von einfallender Sonnenenergie von der Erdoberfläche ins Weltall. Trotz intensiver Forschung an der Physiologie der Kalzifizierung und dessen biogeochemischer Relevanz konnten wir eine der entscheidenden Fragen immer noch nicht beantworten: Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Die Beantwortung dieser Frage ist von außerordentlicher Bedeutung, denn solange wir nicht wissen wozu die Kalkschale dient können wir auch nicht vorraussagen in welchem Maße sich die durch die Ozeanversauerung zu erwartende Abnhame in der Kalzifizierung negativ auf die Fitness dieser Lebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum auswirkt. In dem hier vorgestellten Projekt möchten wir die Frage nach der Bedeutung der Kalzifizierung erforschen, indem wir untersuchen ob die Coccosphäre einen Schutz gegen planktonische Räuber, Bakterien und Viren darstellt. Dazu haben wir eigens einen experimentellen Ansatz entwickelt wobei kalzifizierte und dekalzifizierte Coccolithophoridentzellen zusammen mit deren Fressfeinden und Pathogenen kultiviert werden. Dieser Ansatz erlaubt es uns folgende Fragestellungen zu untersuchen: 1) Sind kalzifizierte Zellen besser in der Lage sich gegen Fraß und Infektion zu schützen als Zellen ohne Coccosphäre? 2) Bevorzugen Fressfeinde und Pathogene solche Zellen, bei denen die Coccosphäre entfernt wurde, wenn ihnen beides angeboten wird? 3) Sind Wachstum und Reproduktion von Fressfeinden und Pathogenen verlangsamt, wenn sie kalzifizierte Zellen fressen oder infizieren?

Gasaustausch an der Meeresoberflaeche

Die Geschwindigkeit des Austausches von Gasen zwischen Ozean und Atmosphaere ist fuer viele klimatologische Voraussagen von grosser Bedeutung. Das Projekt untersucht die Abhaengigkeit dieses Prozesses von der Windgeschwindigkeit, dem Wellenspektrum und der Kontamination der Oberflaeche des Meeres. Durchgefuehrt werden Laboruntersuchungen, Experimente in einem Wind-Wellen-Kanal und Messungen in der Nordsee. Die Versuche werden durch Modellrechnungen unterstuetzt. Quantitative Resultate liegen fuer den Windeinfluss und den Einfluss oberflaechenaktiver Substanzen auf die Ab-Desorptionsgeschwindigkeit von CO2 und O2 vor.

Vergangene und zukünftige Entwicklung der Eismassen auf Svalbard - Klimaantrieb und Telekonnektionen

Der Klimawandel ist eine der Hauptherausforderungen für die Menschheit im 21. Jahrhundert. Seine Auswirkungen sind vielschichtig wobei der anwachsende Massenverlust von Gletschern außerhalb der großen Eisschilde sowie deren bedeutender Beitrag zum Meeresspiegelanstieg zu den am stärksten hervorstechenden zählt. Diesbezüglich sind die Gletscher und Eiskappen der Arktis aufgrund ihres großen Volumens und ihrer großen Oberfläche, die als Kontaktfläche zum Klima- und Ozeanantrieb und damit zum Klimawandel selber fungiert, von besonderer Bedeutung. Da die Arktis darüber hinaus diejenige Region der Erde mit dem höchsten, prognostizierten, zukünftigen Temperaturanstieg ist, wird erwartet, daß sich die Bedeutung der arktischen Eismassen für den Meeresspiegelanstieg auch in Zukunft fortsetzt oder sogar noch steigern wird.Die großen Gletscher der Nordpolarregion umgeben den arktischen Ozean in ähnlichen Breitenlagen, weisen aber in jüngster Zeit ein inhomogenes Verhalten auf. Diese Tatsache legt eine räumliche Variabilität der klimatischen und ozeanischen Antriebsmechanismen der Gletschermassenbilanz innerhalb der zirkumarktischen Regionen nahe und offenbart damit die Diversität der Einflüsse des Klimawandels. Bezüglich der Variabilität der Antriebsmechanismen weist Svalbard in der Arktis eine einzigartige Lage auf. Es liegt an der Grenze zwischen kalten, polaren Luftmassen und Ozeanwassern und den Einflüssen des Westspitzbergenstroms, welcher der hauptsächliche Warmwasserlieferant für das arktische Umweltsystem ist. Darum verspricht das Erforschen der Reaktionen der Gletscher auf Svalbard auf die Veränderlichkeit des Klima- und Ozeanantriebs bedeutende Einblicke in die komplexe Kausalkette zwischen Klimawandel, der Variabilität der Klima- und Ozeanbedingungen in der Arktis und der Reaktion der arktischen Landeismassen. Das Ziel des Projektes ist es eine zuverlässige Abschätzung der räumlichen und zeitlichen Variabilität der klimatischen Massenbilanz aller Gletscher und Eiskappen auf Svalbard zu erreichen und diese mit dem Klima- und Ozeanantrieb in Verbindung zu setzen. Dazu wird ein räumlich verteiltes, von statistisch downgescalten Klimadaten angetriebenes Model zur Berechnung der klimatischen Massenbilanz aufgesetzt. Die Massenbilanz aller Gletscherflächen auf Svalbard wird für den Zeitraum 1948-2013 modelliert und die zeitlich variablen Felder von Ablation, Akkumulation, wiedergefrorenem Schmelzwasser und klimatischer Massenbilanz für anschließende geostatistische Studien genutzt. Diese Studien werden potentielle Einflüsse der raumzeitlichen Variabilität von großräumigen Mustern des Luftdrucks, der Meereisbedeckung und der Meeresoberflächentemperatur auf die Variabilität der Gletschermassenbilanz auf Svalbard identifizieren und analysieren. Auch Telekonnektionen zu fernen Modi der atmosphärischen Zirkulation werden durch Studien bezüglich der potentiellen Einflüsse verschiedener atmosphärischer Zirkulationsindizes in die Betrachtungen einbezogen.

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