Permafrost regions are strongly affected by ongoing global warming. The widely distributed Arctic patterned ground of polygonal wetlands underlain by permafrost is considered to be sensitive to environmental and climate changes. In a combined ecological and palaeo-ecological approach, modern, sub-recent and fossil ice-wedge polygons will be studied at three representative sites along a geographical gradient in the northeast Siberian lowlands in order to understand the temporal and spatial variations of polygon dynamics and their relation to climate change. In the proposed study design limnological, (palaeo-)ecological, pedological and cryological methods are tightly interconnected to assess modern and palaeo-environmental conditions and their main forcing parameters thoroughly. Terrestrial and aquatic species communities will be studied and cryogenic processes affecting polygonal landscape will be observed and evaluated. Results from the proposed project will allow predicting future environmental dynamics in permafrost regions. Extensive preparatory work including methodological tests, site visits and cooperation arrangements was performed by the applicants to ensure the feasibility of the project. The project will bring together German and Russian expertise in Arctic ecology and permafrost science complemented by international partners.
Untersuchungen an Eiskernen auf Grönland zeigen Temperaturschwankungen in Polargebieten von 5 bis 10 Grad C innerhalb weniger Dekaden in den letzten 15000 Jahren. Derartige Schwankungen könnten zukünftig, trotz steigender CO2-Emissionsraten, zu extremen Abkühlungen des Erdklimas führen. Sedimentationsraten von bis zu 20 cm/100 Jahre in den Fjorden, die sowohl marine als auch terrestrische Signale in den Sedimenten archivieren, dokumentieren Ursachen und Konsequenzen dieser rapiden Klima- wechsel. Unter besonderer Berücksichtigung des organischen Kohlenstoffflusses sollen hochauflösende Zeitreihen mit folgenden Zielen erstellt werden: - Charakterisierung und Quantifizierung vertikaler(autochthoner) und lateraler (alochthoner) organischer Stoffflüsse in Fjorden und ihre Erhaltung im Sediment. - Klimagesteuerter Eintrag von organischer Substanz in Fjorde hoher Breiten; hochauflösende Rekonstruktion spätglazialer und holozäner Klimazyklen. - Computersimulation verschiedener Ablagerungsszenarien kohlenstoffreicher Sedimente in Fjorden sowie laterale und vertikale Organo-Faziesveränderungen.
Die Ozeane sind allein schon durch ihre Masse ein zentrales Element des Klimasystems und des Kohlenstoffkreislaufes. Sie nehmen sehr hohe Mengen an Wärme und CO2 auf, verteilen sie über die Ozeanströmungen und puffern so unter anderem auch die anthropogenen Treibhausgase und Temperaturerhöhungen ab. Insbesondere die polaren Ozeane sind aufgrund der Bildung von Tiefenwasser wichtige CO2-Senken, die durch die zunehmende Erwärmung, den verstärkten Süßwassereintrag auf Grund der Land- und Meereisschmelze und auch durch die veränderte Meereschemie (z.B. Versauerung) gefährdet sind. Gleichzeitig nehmen Anzeichen zu, dass die globalen Meeresströmungen sich verändern und somit auch die Umverteilung von Wärme und Gasen beeinflusst wird. Das Vorhaben soll analysieren, welche Kipppunkte des Erd-Klimasystems in den Polargebieten verortet sind und welche Wissenslücken zur CO2-Aufnahmekapazität, insbesondere im Zusammenhang mit der biologischen Kohlenstoffpumpe, bestehen. Auf dieser Basis sollen die arktischen CO2-Senken definiert und quantifiziert sowie ihre zukünftige Rolle im sich veränderten globalen Klimasystem entsprechend aktueller IPCC-Klimaszenarien, bewertet werden. Dafür sollen im Vorhaben (Teil 1, Fokus Arktis) alle verfügbaren Daten für die Arktis gezielt weiterverarbeitet, ausgewertet und aufbereitet werden. Das übergeordnete Ziel ist, die politische Entscheidungsebene besser zu informieren und so die verstärkt benötigten Schutzambitionen in den Polarregionen zu unterstützen. Antarktisspezifische Analysen sind in einem zweiten Teilvorhaben geplant (vsl. 02/2025 bis 02/2026) und sollen - soweit möglich - in das Gesamtergebnis einfließen. Die vorläufigen Ergebnisse des Vorhabens sollen im Frühjahr 2025 in einer internationalen Fachveranstaltung (Fachkonferenz/Workshop) diskutiert und - soweit möglich - peer-reviewed publiziert werden.
Die Polargebiete sind durch ihre regionale Abgeschiedenheit zu anderen Ökosystemen und zu industriellen Einflüssen ideale Forschungsgebiete für das Umweltverhalten und den Nachweis von Chemikalien. Aufgrund dieser Abgeschiedenheit und ihrer klimatischen Besonderheiten, wurden die Polargebiete in der Vergangenheit oft als Referenzgebiete für eine niedrige Schadstoffbelastung betrachtet. Chemikalien können jedoch über große Entfernungen - sowohl über die Ozeane als auch durch atmosphärische Strömungen - in die Polargebiete gelangen. Durch den wachsenden Druck einer stärkeren wirtschaftlichen und menschlichen Nutzung der Polargebiete werden Daten zur Schadstoffbelastung dieser Gebiete immer wichtiger. Dabei sollte der Fokus sowohl auf lange bekannten aber auch auf neueren Schadstoffklassen liegen. Die Schadstoffbelastung der Polargebiete ist auch im Zusammenhang mit dem Klimawandel von großem Interesse. Erste Untersuchungen zeigen, dass die Schadstoffbelastung der Polargebiete durch das Schmelzen der Eismassen und die Wiederfreisetzung bisher gebundener Schadstoffgruppen deutlich zunimmt. Es sollen daher Informationen über die Schadstoffbelastung und deren Auswirkungen auf die polare Umwelt erarbeitet und von internationalen Akteuren zusammengeführt werden.
Das Meereis ist ein einzigartiger Lebensraum für eine Gemeinschaft aus Pflanzen und Tieren, die ein im Meereis ausgebildetes Solekanalsystem besiedeln. Während ein guter Kenntnisstand über die mesoskalige Verteilung (ca. 10 cm) und die Zusammensetzung dieser Gemeinschaften vorliegt, ist die kleinskalige Verteilung (1 cm) und die Interaktionen der Organismen dieser Gemeinschaften nur wenig bekannt. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der kleinskaligen Verteilung der Organismen und der Struktur des Nahrungsnetzes, das von ihnen gebildet wird. Dabei soll insbesondere der Einfluß der inneren Oberfläche des Meereises auf den Aufbau des Nahrungsnetzes berücksichtigt werden. Von der Vermutung ausgehend, dass ein großer Anteil der eisassoziierten Bakterien- und Algenbiomasse in Form von Biofilmen vorliegt, soll die Biomasse und Aktivität an Oberflächen gebundener Bakterien und Algen mit der von frei in der Sole lebenden Organismen verglichen werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Untersuchung von bakterien- und algenfressenden Protozoen und der Quantifizierung ihrer Bedeutung für den Stoffumsatz im Meereis.
Ziel der Arbeiten ist die Untersuchung der Drift kleinerer und mittlerer Eisberge im Weddellmeer und des damit verbundenen Süßwassereintrags mit Hilfe gemessener Driftbahnen und numerischer Modellrechnungen. Dabei soll die regionale Verteilung des Schmelzwassereintrags und dessen Bedeutung für die Stabilität der polaren Wassersäule untersucht werden. Ferner soll der Eintrag von Substanzen bestimmt werden, die das Algenwachstum beeinflussen können. Die Driftmessungen erfolgen durch eine tägliche Übertragung der Eisbergpositionen mittels ARGOS Sender. Das Driftmodell berücksichtigt neben der direkten Wirkung von Wind, Ozeanströmung, Meeresoberflächenneigung und Erdrotation auch die Kräfte, die bei einer geschlossenen Meereisbedeckung auftreten, und beinhaltet basales und laterales Schmelzen. Die Ergebnisse der Analyse der Driftbeobachtungen werden zur Validierung der Modellergebnisse und zur Optimierung der angewendeten Parametrisierungen herangezogen.
Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. Änderungen in der stratosphärischen Wasserdampfkonzentration und dessen Verteilung können den Strahlungshaushalt und die Oberflächentemperaturen der Erde beeinflussen und sich auf die Chemie der Stratosphäre auswirken. Wasser ist außerdem ein zentraler Bestandteil polarer Stratosphärenwolken (PSCs), die eine Schlüsselrolle beim Ozonabbau über den Polarregionen spielen. In der untersten Stratosphäre (LMS) können Zirrus Wolken wichtige Effekte in Bezug auf Chemie und Strahlung hervorrufen und dennoch sind deren Bildungsmechanismen noch weitgehend unbekannt. Dabei reagiert gerade die Region um die Tropopause besonders empfindlich auf kleinste Veränderungen in der Wasserdampfkonzentration und ein detailliertes Verständnis mikrophysikalischer Wolkenprozesse ist daher eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige Klimaprognosen. Im Rahmen des Projektes 'Stratosphärische Wasserdampf Simulationen: Von den Polarregionen zur Tropischen Tropopause' werden vor dem Hintergrund einer verbesserten Repräsentation in globalen Simulationen (i) Ausfrierprozesse im tropischen Tropopausenbereich (TTL), (ii) Zirren in der LMS über den mittleren Breiten sowie (iii) PSCs und deren Auswirkungen auf den polaren Ozonverlust untersucht. Eine Vielzahl neuer Messungen und Studien zu PSCs hat das konventionelle Verständnis einzelner Bildungsmechanismen hinterfragt. Die verschiedenen Wege der Nukleation sollen im Hinblick auf ihr Potential zur Chloraktivierung quantifiziert werden, um so verfeinerte Vorhersagen zur Erholung der Ozonschicht zu erreichen. Ein Hauptziel des vorliegenden Projektes soll außerdem die Erforschung stratosphärischer Zirren, sowohl in den mittleren Breiten, als auch in der TTL bilden. Der Beitrag von Zirrus Wolken zum Strahlungshaushalt hängt stark von der Größenverteilung und damit von der Nukleationsrate der Eispartikel ab und bleibt weiterhin ein hoher Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen. Darüber hinaus gilt es die Dehydrierung aufsteigender Luftmassen durch die TTL besser zu verstehen. Das Chemisch Langrangesche Modell der Stratosphäre (CLaMS), das am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde, ermöglicht eine präzise Modellierung von Dehydrierung und Denitrifizierung, Prozesse die sowohl die Ozonzerstörung beeinflussen als auch die Zusammensetzung der Stratosphäre kontrollieren. In Kombination mit hochaufgelösten in-situ Messungen und globalen Satellitendaten soll die Mikrophysik stratosphärischer Eiswolken in einzigartiger Weise untersucht werden. Eine Kopplung des Lagrangeschen Transportschemas in CLaMS mit dem Klimamodell EMAC ermöglicht es, die Auswirkungen von Veränderungen im stratosphärischen Wasserdampf auf Temperaturen an der Erdoberfläche zu untersuchen. Damit trägt dieses Projekt entscheidend zu einem verbesserten Verständnis der Schlüsselprozesse bei, die Schwankungen und Trends im stratosphärischen Wasserdampf und die dekadische Variabilität im Klimaantrieb bestimmen.
Marine Makroalgen stellen Schlüsselorganismen in Küstenökosystemen dar. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Photosynthese dieser Organismen durch die natürliche, solare UV-Strahlung beeinträchtigt wird. Die molekularen Mechanismen der Schädigung und die der Anpassung mariner Makroalgen an erhöhten UVB-Intensitäten sind bisher wenig untersucht. Innerhalb des beantragten Projektes soll geklärt werden, welche Auswirkungen die solare UV-Strahlung auf die Expression bestimmter Markergene photosynthetischer Enzyme und Proteine innerhalb der Elektronentransportkette, die Enzymregulierung und die Ausbildung von Schutzmechanismen hat und was die Konsequenzen für den Photosyntheseapparat unter natürlichen Bedingungen sind. In der zweiten Phase soll die Interaktion von UVB-Strahlung mit weiteren Stressfaktoren (besonders Temperatur) untersucht werden. Feldexperimente sollen vor allem an Arten der warm-gemäßigten und tropischen Regionen vorgenommen werden, da diese Organismen permanent hohen UVB-Intensitäten ausgesetzt sind und deswegen über adäquate Anpassungsmechanismen verfügen müssen. Diese Untersuchungen sollen zu einer Abschätzung führen, ob auch Algen aus den Polarregionen, die primär vom Ozonabbau betroffen sind, sich langfristig an die dort erhöhte UV-Strahlung anpassen können.
Das Projekt beinhaltet eine Studie der Auswirkungen einer begrenzten Region erhöhter atmosphärischer interner Schwerewellenaktivität und Schwerewellenrechens auf die mittlere Atmosphäre. Die Charakteristik solch einer Region, ihre räumlich und zeitliche Variabilität und Verbindung zu anderen Klimaparametern wird anhand von GPS Radiookkultationsanalysen untersucht. Es werden Algorithmen zur dreidimensionalen Analyse der Wellenreibung und der Brewer-Dobson-Zirkulation (BDC) verwendet; als Datengrundlage dienen Simulationen mit einem mechanistischen Zirkulationsmodell der mittleren Atmosphäre und Reanalysedaten. Die dreidimensionaler Variabilität der BDC und die Rolle lokalisierter erhöhte Schwerewellenaktivität wird so untersucht. Weiterhin wird die Anregung und folgende Ausbreitung planetarer Wellen durch eine Region erhöhter Schwerewellenaktivität untersucht. Die Auswirkungen auf die Polarregionen (mittlere Zirkulation, Präkonditionierung, winterliche Stratosphärenerwärmungen) und auf die äquatoriale Stratosphäre (Einfluss auf Tropopausen Brüche und Stratosphäre-Troposphäre-Austausch) werden untersucht. Weiterhin wird der Einfluss lokalisierten Schwerewellenbrechens auf die mittlere Zirkulation der Mesosphäre analysiert, insbesondere im Hinblick auf stationäre Wellen, und ihre Variabilität.
| Origin | Count |
|---|---|
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| Daten und Messstellen | 12 |
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| Text | 15 |
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| License | Count |
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|---|---|
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