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Forschergruppe (FOR) 1740: Ein neuer Ansatz für verbesserte Abschätzungen des atlantischen Frischwasserhaushalts und von Frischwassertransporten als Teil des globalen Wasserkreislaufs, Variation of the fresh water in the western Nordic Seas

The goal of this project is to capture and analyse fluctuations of the fresh water in the western Nordic Seas and to understand the related processes. The East Greenland Current in the Nordic Seas constitutes an important conduit for fresh water exiting the Arctic Ocean towards the North Atlantic. The Arctic Ocean receives huge amounts of fresh water by continental runoff and by import from the Pacific Ocean. Within the Arctic Ocean fresh water is concentrated at the surface through sea ice formation. The East Greenland Current carries this fresh water in variable fractions as sea ice and in liquid form; part of it enters the central Nordic Seas, via branching of the current and through eddies. It controls the intensity of deep water formation and dilutes the water masses which result from convection. The last decades showed significant changes of the fresh water yield and distribution in the Nordic Seas and such anomalies were found to circulate through the North Atlantic. In this project the fresh water inventory, its spatial distribution and its pathways between the East Greenland Current and the interior Greenland and Icelandic seas shall be captured by autonomous glider missions. The new measurements and existing data will, in combination with the modeling work of the research group, serve as basis for understanding the causes of the fresh water variability and their consequences for the North Atlantic circulation and deep water formation.

ICEFLUX allometric measurements of polar zooplankton and fish

This dataset summarizes allometric measurements on zooplankton and nekton species performed in the framework of the Dutch and German ICEFLUX projects. Measurements were performed on 639 individuals of 15 species from the Southern Ocean and 2374 individuals of 14 species from the Arctic Ocean, including euphausiids, fish, pelagic and ice-associated amphipods, cnidarians, salps, siphonophores, chaetognaths and a copepod. Animals were collected during three expeditions in the Southern Ocean (winter and summer) and three expeditions in the Arctic Ocean (spring and summer). In addition to measurements on length and mass, the sizes of body parts were measured, such as carapaces, eyes, heads, telsons, tails and otoliths.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Untersuchungen zur Reaktion von Meeresspiegel und Hydrographie in der Arktis auf Veränderungen des hydrologischen Regimes über borealen Einzugsgebieten

Der Süßwassereintrag in den Arktischen Ozean stellt einen wichtigen Antriebsmechanismus für regionale Meeresspiegeldynamik in der Arktis dar. Salzarmes Oberflächenwasser erzeugt und unterhält eine starke Schichtung im Arktischen Ozean. Diese Halokline schirmt größtenteils das kalte polare Oberflächenwasser und das Meereis von wärmerem Tiefenwasser atlantischen Ursprungs ab und verhindert so vertikale Wärmeflüsse. Veränderungen des Süßwassergehalts werden wahrscheinlich den regionalen Meeresspiegel direkt beeinflussen, aber ebenso wird eine modifizierte Ozeandynamik durch Massentransporte innerhalb der Arktis den Meeresspiegel verändern. Das hydrologische Regime des kontinentalen Abflusses unterliegt Schwankungen. Leider sind kontinuierliche Aufzeichnungen von kontinentalem Abfluss in den Arktischen Ozean zu selten, um wichtige wissenschaftliche Fragen über das Langzeitverhalten und die Entwicklung von arktischem Meeresspiegel und Klima zu bearbeiten. Neben in-situ Beobachtungen und hydrologischen Modellen eröffnen Satellitengravimetrie (GRACE) und Satellitenaltimetrie neue Möglichkeiten, die Hydrologie von großen Einzugsgebieten zu beobachten. Dies geschieht, im dem man mit diesen Fernerkundungsmethoden die Größe von Wasserspeichern in den Einzugsgebieten und Pegelstände entlang von Flüssen misst, die dann auf verschieden Arten in Abfluss umgerechnet werden können. Für Meereis-Ozeanmodelle bedeutet die Seltenheit von Abflussinformationen in der Arktis, dass der Jahresgang des Abflusses als stationär angenommen wird. In unserem Projekt werden wir diese Annahme aufheben und ein Meereis-Ozeanmodell benutzen, um den Einfluss von zeitlich variablem Abfluss auf die arktische Ozeanzirkulation und das Süßwasserbudget zu untersuchen. Das Hauptziel der Projektes ist es, die Reaktion von Meeresspiegel und Hydrographie in der Arktis auf Veränderungen des hydrologischen Regimes über borealen Einzugsgebieten abzuschätzen und zu quantifizieren. Die Projektziele tragen zur Strategie des Schwerpunktprogramms 1889 bei, indem 1)die Datensätze und Zeitreihen von hydrologischen Parametern über borealen Einzugsgebieten durch den Einsatz von geodätischen satellitengestützten Fernerkundungsmethoden (zeitliche auflösenden Gravimetrie, Satellitenaltimetrie) verbessert werden und lange und hochauflösende Zeitserien für alle großen Einzugsgebiete, die in den Arktische Ozean entleeren, erstellt werden. 2) Sensitivität von Meereis- und Ozeandynamik auf Veränderungen des Süßwasserantriebs (u.a. Abfluss) analysiert wird. 3) Modellergebnisse über Veränderungen des kontinentalen Abflusses verglichen werden mit seit 1990 beobachteter Variabilität von flüssigen Süßwassergehalt (und damit verbundenen sterischen Meeresspiegeländerungen) im Arktischen Ozean und im Nordatlantik. Nicht nur dienen diese Vergleiche der Modellbewertung, sondern sie unterstützen auch die Interpretation relativ seltener ozeangraphischer in-situ Beobachtungen.

Ökologische Interaktionen zwischen Zoo- und Phytobenthos der Polarmeere unter Berücksichtigung von Abwehrmechanismen gegenüber Fraßdruck

Benthische Makroalgengesellschaften des Nordpolarmeeres bieten vielen Evertebraten Lebensraum, Kinderstube, Schutz und Nahrung. Die zugrundeliegenden ökologischen Interaktionen zwischen Zoo- und Phytobenthos der Arktis sind im Gegensatz zu gemäßigten und tropischen Regionen wenig bekannt. Das Projekt untersucht deshalb erstmalig biologische und chemische Interaktionen zwischen Evertebraten und Makroalgen auf Spitzbergen (KoldeweyStation) unter Berücksichtigung von Abwehrmechanismen gegenüber Fraßdruck. Zu Beginn sollen Freilanduntersuchungen (Taucharbeiten) zur qualitativen und quantitativen Erfassung der mit Makroalgen assoziierten Evertebraten durchgeführt werden, um gezielt herbivore Tiere in anschließenden Fütterungsversuchen als Generalisten, Generalisten mit Präferenz oder Spezialisten zu identifizieren. Ergänzende Biotests dienen dazu, Hinweise auf strukturelle und/oder chemische Eigenschaften der Pflanzen zu erhalten, die den unterschiedlichen Fraß der Herbivoren an verschiedenen Makroalgen-Arten beeinflussen. Von besonderem Interesse sind Untersuchungen zum chemischen Schutz der Algen gegen Fraß, in denen der zugrundeliegende Wirkmechanismus und die chemische Struktur von wirksamen Sekundärmetaboliten in Kooperation mit Naturstoffchemikern bearbeitet werden sollen.

Speläotheme aus der Sibirischen Arktis: Einzigartige Archive vergangener Temperatur- und Feuchtebedingungen während des späten Miozäns.

Der Beginn der nordhemisphärischen Vereisung und die Entwicklung kontinuierlichen Permafrostes in Eurasien zwischen dem Ende des Miozäns und dem frühen Pleistozän zählt zu den bedeutendsten klimatischen Ereignissen des Känozoikums. Der Zeitpunkt extensiver Vereisung auf den Kontinenten und des Arktischen Ozeans und damit verbundene Veränderungen der klimatischen Bedingungen bleibt bislang ungenau bestimmt.Speläotheme (sekundäre Höhlenkarbonate) stellen ein wichtiges Archiv kontinentaler Umweltbedingungen dar, welches durch besonders genaue radiometrische Altersmodelle für eine grosse Bandbreite an Paläoklimaproxies charakterisiert ist.Wir konnten erfolgreich diagenetisch unveränderte und datierbare Proben aus Zentral- und Nordsibirien identifizieren und schlagen eine Multi-proxy-Studie an U/Pb-datierten Stalagmiten vor. Diese Studie wird Einblicke in die thermalen und hydrologischen Bedingungen zwischen 10.3 Ma und 8 Ma liefern. Wasser aus in den Speläothemen eingeschlossenen Fluidinklusionen wird auf seine Isotopenzusammensetzung hin untersucht. Zudem wird die in den Speläothemen beobachtete Lamination genutzt, um die Saisonalität während des Torton und Messiniums zu rekonstruieren. Wir suchen finanzielle Unterstützung für die parallele Analyse der Isotopie des Fluidinklusionswassers, der Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopie des Karbonates, und der Elementkonzentration in den Speläothemen. Diese Kombination geochemischer Methoden wird Einblicke in regionale Umweltbedingungen, die Niederschlagshistorie und Temperaturen während des Miozäns und vor der Entwicklung kontinuierlichen Permafrostes geben. Zusätzliche Proben werden genutzt, um den Wechsel vom eisfreien zu einem durch Permafrost charakterisierten Sibirien zeitlich genauer einzugrenzen.Das vorgeschlagene Projekt wird unser Wissen zur atmosphärischen Zirkulation, und daran geknüpfter Veränderungen des Feuchte- und Temperaturregimes während eines saisonal eisfreien Arktischen Ozeans erweitern.

Marine Seismic Survey Profiles (MSSP) (WMS)

During the period from 1974 to 2018 various cruises from BGR acquired seismic lines worldwide. The aim of these marine expeditions was a detailed survey of the geological structure.

CASE Outcrop Data

The dataset comprises the locations of outcrops with respective information on the lithology, stratigraphy, rock age and tectonic data collected during the CASE expeditions. The data attributes include stereographic projections and sketches of tectonic structures derived from the outcrop data. At the end of the 1980s, BGR initiated the research program Circum-Arctic Structural Events (CASE) to reconstruct the plate tectonic processes during the evolution of the Arctic Ocean using terrestrial data from the surrounding continental margins. One of the scientific questions of the CASE programme is as simple as it is complex: How did the Arctic Ocean, this large basin between the Eurasian and North American continental plates, develop? There are still no conclusive answers to this question in terms of plate tectonics. In contrast to the marine expeditions of geophysicists in the Arctic Ocean, geologists on land along the various coastal areas of the Arctic Ocean can directly touch, examine and map rocks, structures, folds and fault zones and determine the respective ages of the movements. This makes it possible to directly compare rock units and deformation zones on different continental plates and thus also to reconstruct when these plates collided, how long they remained next to each other and when and how they separated again. Since the inception of BGR’s Arctic research, the primary focus and research areas have been along the continental margins between Spitsbergen and the Canadian Arctic Archipelago via Greenland, to the Yukon North Slope on the border with Alaska. On the opposite side of the Arctic Ocean, there have been expeditions to Yakutia, the mainland areas near the Laptev Sea, the New Siberian Islands and to the Polar Ural with Russian partners. An important method for the interpretation of the geological evolution of the Arctic is the examination of tectonic structures (faults, folds, cleavage etc.), the determination of the kinematics and the age of the tectonic movements.

Seabed images taken at pilot oyster reefs in the Borkum Reef Ground marine protected area during September 2021

Imagery transects with a camera attached to a frame design for taking pictures in a 50 x 50 cm area. Seabed images transects were carried out by scientific divers during the RESTORE expedition on board the ship Arctic Ocean during September 2021, focusing on the monitoring of two pilot reefs (east and west) and the ecology of benthic assemblages in the Borkum Reef Ground marine protected area. The camera used was a Cannon EOS M6 camera, the pictures were taken perpendicularly to the seabed. The transects were done along a preset track across the reefs, number of pictures per transect varied based on diving time, with a minimum of 10 images per transect. Due to logistic problems, two transects were done for the east reef, and one for the west reef. The seabed images provide insights into the general composition of key species, higher systematic groups and ecological guilds. The images also contain valuable information on how benthic species are associated to each other. Dataset includes individual images, and metadata of each image including diving depth, date/time, and corresponding diver. Detailed geographical coordinates of individual images are unavailable.

CASE Outcrop Data (WMS)

The web service of the dataset comprises the locations of outcrops with respective information on the lithology, stratigraphy, rock age and tectonic data collected during the CASE expeditions. The data attributes include stereographic projections and sketches of tectonic structures derived from the outcrop data. At the end of the 1980s, BGR initiated the research program Circum-Arctic Structural Events (CASE) to reconstruct the plate tectonic processes during the evolution of the Arctic Ocean using terrestrial data from the surrounding continental margins. One of the scientific questions of the CASE programme is as simple as it is complex: How did the Arctic Ocean, this large basin between the Eurasian and North American continental plates, develop? There are still no conclusive answers to this question in terms of plate tectonics. In contrast to the marine expeditions of geophysicists in the Arctic Ocean, geologists on land along the various coastal areas of the Arctic Ocean can directly touch, examine and map rocks, structures, folds and fault zones and determine the respective ages of the movements. This makes it possible to directly compare rock units and deformation zones on different continental plates and thus also to reconstruct when these plates collided, how long they remained next to each other and when and how they separated again. Since the inception of BGR’s Arctic research, the primary focus and research areas have been along the continental margins between Spitsbergen and the Canadian Arctic Archipelago via Greenland, to the Yukon North Slope on the border with Alaska. On the opposite side of the Arctic Ocean, there have been expeditions to Yakutia, the mainland areas near the Laptev Sea, the New Siberian Islands and to the Polar Ural with Russian partners. An important method for the interpretation of the geological evolution of the Arctic is the examination of tectonic structures (faults, folds, cleavage etc.), the determination of the kinematics and the age of the tectonic movements.

Cell densities of the Arctic diatom Thalassiosira gravida in response to temperature, photoperiod and microbiome presence

In March 2023, cell densities of the Arctic diatom Thalassiosira gravida (isolated from the Central Arctic Ocean) were determined to calculate its growth rates at different temperatures and photoperiods in the presence and absence of its natural microbiome. Therefore, a full-factorial experimental design was chosen with two levels of temperature (9°C; 13.5°C) and photoperiod (16h; 24h), to which axenic and xenic diatom cultures were acclimated for one week in climate cabinets prior to the start of the actual growth experiment at a light intensity of 50 µmol photons m-2 s-1. With an initial cell density of 1500 cells/ml, axenic and xenic diatoms were grown under the respective experimental conditions until a cell density of approximately 15000 cells/ml was reached. Cell densities were determined microscopically using an inverted light microscope, following the procedure described in detail in Giesler et al. (2023, 10.3389/fmars.2023.1244639).

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