NCEI's global ocean sediment thickness grid of Divins (2003) updated by Whittaker et al. (2013) has been updated again for the NE Atlantic, Arctic, Southern Ocean, and Mediterranean regions. The new global 5‐arc‐minute total sediment thickness grid, GlobSed, incorporates new data and several regional oceanic sediment thickness maps, which have been compiled and published for the, (1) NE Atlantic (Funck et al., 2017; Hopper et al., 2014), (2) Mediterranean (Molinari & Morelli, 2011), (3) Arctic (Petrov et al., 2016), (4) Weddell Sea (Huang et al., 2014), and (5) the Ross Sea, Amundsen Sea, and Bellingshausen Sea sectors off West Antarctica (Lindeque et al., 2016; Wobbe et al., 2014). This version also includes updates in the White Sea region based on the VSEGEI map of Orlov and Fedorov (2001). GlobSed covers a larger area than NCEI's previous global grids (Divins, 2003; Whittaker et al. 2013), and the new updates results in a 29.7% increase in estimated total oceanic sediment volume. This dataset has been archived in the framework of the PANGAEA US data rescue initiative 2025.
A mass extinction of deep-sea benthic foraminifera has been documented globally, coeval with the negative carbon isotope excursion (CIE) at the Paleocene-Eocene boundary, which was probably caused by dissociation of methane hydrate. A detailed record of benthic foraminiferal faunal change over ~30 k.y. across the carbon isotopic excursion at the Ocean Drilling Program Site 690 (Southern Ocean) shows that shortly before the CIE absolute benthic foraminiferal abundance at that site started to increase. 'Doomed species' began to decrease in abundance at the CIE by a few thousand years. After the extinction faunas were dominated by small species, which resemble opportunistic taxa under high-productivity regions in the present oceans. Calcareous nannofossils (primary producers), however, show a transition to more oligotrophic nannofloras exactly where the benthic faunas show the opposite. Plankton and benthos is thus decoupled. Possibly, a larger fraction of food particles reached the seafloor after the CIE, so that food for benthos increased although productivity declined. Enhanced organic preservation might have resulted from low-oxygen conditions caused by oxidation of methane. Alternatively, and speculatively, there was a food-source at the ocean floor. Benthic foraminifera dominating the post-extinction fauna resemble living species that symbiotically use chemosynthetic bacteria at cold seeps. During increased, diffuse methane escape from hydrates, sulfate-reducing bacteria could have produced sulfide used by chemosynthetic bacteria, which in turn were used by the benthic foraminifera, causing extinction by a change in food supply.
Die geplanten Untersuchungen an den Sedimentkernen 1089 und 1093 des ODP Leg 177 aus dem Südpolarmeer sollen Aufschluss über Änderungen der Paläoproduktivität, des Sauerstoffgehalts des Bodenwassers, der 10Be Transport- und Sedimentationsprozesse geben, sowie eine 10Be-Stratigraphie liefern. Die vorgenommenen Arbeiten beinhalten: a) die Bestimmung der 231Paex/230Thex Verhältnisse für die letzten 150 ka; b) die Modellierung des diagenetischen Verhaltens von Mangan, Eisen und Uran im Sediment und c) die Erstellung von 10Be Tiefenprofilen. Mittels der 231Paex/230Thaex Verhältnisse soll die Paläoproduktivität im Südpolarmeer und die damit in Verbindung stehende Veränderung der geographischen Lage der Antarktischen Polarfrontzone untersucht werden. Die Lokationen der zu untersuchenden Sedimentkerne wurden so gewählt, dass sie sich nördlich und südlich der heutigen Polarfrontzone befinden. Die Modellierung des diagenetischen Verhaltens von Mangan, Eisen und Uran (234U, 238U) in der Sedimentsäule liefert Rückschlüsse auf Diagenese, den Sauerstoffgehalt des Bodenwassers und den Fluss von organischem Material ins Sediment. Die 10Be Stratigraphie dient der Überprüfung der Magnetostratigraphie, wobei sie eine höhere zeitliche Auflösung für die letzten 800 ka liefert. Der Vergleich der 10Be Depositionsflußdichte mit dem atmosphärischen Eintrag lässt Rückschlüsse auf Zeiten von erhöhtem oder erniedrigtem Eintrag von Trägermaterial (terrigen/biogen) zu. Der terrigene Anteil kann durch die Bestimmung der 9Be Konzentrationen ermittelt werden.
Der Antarktische Ozean ist mit Chlorophyllgehalten von weniger als 0,3 my g per Liter und Primärproduktionsraten von weniger als 50 mg C pro m2 pro Tag extrem nährstoffarm oder ultraoligotroph. In den Wintermonaten mit kaum messbarer Photosynthese werden die biologischen Umsetzungen im Pelagial im wesentlichen von den Bakterien dominiert. So konnten obligat und fakultativ oligotrophe Bakterien als die dominante Population über den Gunnerus- und Astrid-Rücken im Antarktischen Ozean nachgewiesen werden. Sie machten hier mit etwa 10 Prozent der gesamten Bakterienzahlen einen beträchtlichen Anteil der kultivierbaren Bakterien aus. Der Arktische Ozean ist dagegen starken terrestrischen Einflüssen durch die Einträge größerer Wasserfrachten von sibirischen Flüßen ausgesetzt. Maximale Produktionsraten von 1320 mg pro m2 pro Tag wurden im Sommer in der Frobisher Bay, Kanada, gemessen. Die Chlorophyllkonzentrationen im Meerwasser schwankten in Abhängigkeit der Wassertiefe zwischen 0,22 und 1,4 my g pro Liter im nördlichen Foxe Basin, im östlichen Teil der kanadischen Arktis. Von 9 Stationen in der Framstraße und der westlichen Grönlandsee konnten obligat oligotrophe Bakterien nur an einer Station nachgewiesen werden. Die Abundanz und Struktur oligotropher Bakteriengemeinschaften in Nord- und Südpolarmeer soll nun mit klassischen und molekularbiologischen Methoden eingehender untersucht werden. Es wird erwartet, dass nach Anreicherung der oligotrophen Bakterien in der Dialysekammer durch den Einsatz der Laserpinzette und Einzelzellkultivierungen der Anteil und die Diversität der oligotrophen Isolate erheblich vergrößert werden können.
Die Ozeane der südlichen Hemisphäre sind eng miteinander gekoppelt. Der Verbindungen zwischen dem südpazifischen, dem indischen und dem südatlantischen Ozean durch Wärme- und Wasseraustausch sind für die globale thermohaline Zirkulation von großer Bedeutung. Die Maßgeblichkeit der Verbindung zwischen dem Pazifik und dem Indischen Ozean, gerade in mittleren Wassertiefen, wurde im aktuellen Ozeansystem jedoch erst vor kurzem festgestellt. Verschiedene moderne ozeanografische Modelle identifizieren einen signifikanten Energie- und Massentransport vom Pazifik in den Indischen Ozean bei ca. 1000 m Wassertiefe, der seinen Ursprung in der Tasmanischen See hat. Diese sogenannte 'Tasman Leakage' wurde zuvor noch nie in einem paläozeanographischen Kontext beschrieben. Dieser Antrag zielt darauf ab, den Anfang des Energie- und Massentransport mittels 'Tasman Leakage' zu bestimmen. Darüber hinaus soll die zeitliche Variabilität der Tasman Leakage ermittelt werden. Schließlich vermuten wir eine Veränderung der Intensität der Tasman Leakage als Reaktion auf klimatische (Nord-Süd-Migration von Klimagürteln) sowie tektonische Entwicklungen (Bewegung des australischen Kontinents nach Norden). Die Ocean Drilling Program (ODP) Sites 752 und 754 auf Broken Ridge (östlicher Indischer Ozean) bieten geeignete Sedimentarchive, um diese Fragen zu beantworten: Beide Standorte befinden sich mitten in der Bahn der 'Tasman Leakage' im Indischen Ozean, in einer heutigen mittleren Wassertiefe von ca. 1070 m. Die jüngsten geologischen Schichten dieser Standorte (Oligozän - Holozän) bestehen aus subhorizontalen pelagischen Karbonatsequenzen, welche die Verwendung verschiedener isotopischer und elementarer Proxys ermöglichen. Wir werden die Sites 752 und 754 mit bestehenden Sedimentarchiven aus dem südlichen Indischen Ozean und dem Südwestpazifik vergleichen. Die Kombination von bereits vorhandenen und neuen Daten bietet die einzigartige Gelegenheit, die Rolle der 'Tasman Leakage' in dem Energie-und Massentransport zwischen dem Pazifischen und dem Indischen Ozean seit dem späten Oligozän zu bestimmen.
Die marine Eisendüngung durch Inseln ist ein wichtiger Steuerungsprozess der marinen Planktonproduktion, einer der größten atmosphärischen CO2-Senken. Der Prozess lässt sich allgemein im Südozean beobachten, wo die glaziale Verwitterung auf Inseln eine gut dokumentierte Quelle an reaktivem, partikulärem Fe (pFe) darstellt. Diese Verwitterung dürfte sehr empfindlich auf den globalen Klimawandel reagieren. Der diagenetische Stoffkreislauf auf dem Schelf, mit Rückdiffusion und Rücksuspension von Fe in die Wassersäule ist eine weitere Quelle von globaler Bedeutung. In unseren vergangenen Studien auf King George Island, antarktischer Inselbogen, konnten wir zeigen, Fe-isotope eine Unterscheidung dieser Quellen erlauben. Jedoch zeigt die Fe-Isotopenzusammensetzung des gelösten Fe (dFe) insgesamt im Südozean eine überraschend große Variabilität von etwa 2‰ (d56Fe). Dies bedeutet entweder eine lokal sehr variable Mischung der beiden Fe-Quellen, einen regional sehr diversen Fe-Stoffkreislauf mit variabler Interaktion zwischen dFe und pFe, ein regional sehr dynamischer biologischer Fe-Kreislauf in der Wassersäule, oder Kombinationen aller drei Aspekte. Ich beantrage während einer FS Polarstern Expedition (PS-133), die verschiedenen Fe-Quellen von der Küste der Insel Süd-Georgiens und den Fe-Transport in den offene Ozean mithilfe von Fe-Isotopenanalysen zu verfolgen, und die Transformation dieser partikulären Fe-Quellen in bioverfügbares dFe, z.B. durch Lösung und Austausch mit der Partikeloberfläche, auf der Basis der Fe-Isotopenfraktionierung zu bestimmen. Die Fe-Isotopenfraktionierungsfaktoren, die generell im marinen Millieu nur unzureichend bestimmt sind, sollen experimentell im Labor und an Bord bestimmt werden. Diese Austauschexperimente beinhalten Mischungen aus reinen Fe-Oxyhyroxiden und Mn-Oxiden mit künstlichem Meerwasser, sowie Mischungen aus mittels Tangentialflussfiltration angereicherten marinen Partikeln von der Schelf- und Kontinentalhangregion Süd-Georgiens mit filtriertem, partikelfreiem Meerwasser von stromaufwärts der Insel. Ebenso werden Mischungen aus reinen Mineralphasen mit Meerwasser des Südozeans untersucht. In allen Experimenten wird das Wasser mit einem monoisotopisch angereicherten „Spike“ versetzt, werden die Experimente (lang)zeit-kontrolliert beprobt, und die „Drei-Isotopenmethode“ konsequent verwendet, mittels derer die Extrapolation der isotopischen Fraktionerungsfaktoren möglich ist, selbst wenn die Austauschreaktion nicht vollständig abläuft. Die experimentell bestimmten Fraktionierungsfaktoren dienen als Basis, die natürlichen, molekularen Austauschprozesse bei der marinen Fe-Düngung zu identifizieren. Die natürliche Fe-Düngung soll vor Süd-Georgien auf der PS-133 Expedition vom Littoral bis in den offen, hochproduktiven Ozean beobachtet und beprobt werden. Zum Vergleich sollen zusätzlich Proben aus dem Littoral und der Küstenregion vor King George Island von einer früheren Expedition analysiert werden.
Gelatinöses Zooplankton (GZP), darunter pelagische Ctenophoren, Nesseltiere und Salpen, gelten als Gewinner des Klimawandels. In mehreren marinen Ökosystemen weltweit hat ihre Zahl in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen. Diese so genannte "Gelierung" gilt auch für die sich erwärmende Region des Südpolarmeers mit ihrer bekannten Verschiebung von einem krillbasierten zu einem salpenbasierten Ökosystem. Abgesehen von den Salpen werden andere gelatinöse Zooplankter der Antarktis kaum untersucht, da diese schwer erfassbaren Vertreter des pelagischen Lebensraums aufgrund methodischer Beschränkungen mit den traditionellen Netzbeprobungen nicht bzw. kaum nachweisbar sind. Entsprechend wird die Vielfalt des GZPs bislang nicht erhoben, ihre Biodiversität und Abundanz unterschätzt. Wenn man bedenkt, dass das GZP einen großen Teil der pelagischen Biomasse ausmacht und noch zentraler im Kontext der Ozeanerwärmung wird, könnte ihre ökosystemare Bedeutung als Nahrungsressource für höhere tropische Ebene zunehmen. Bis vor kurzem galt GZP allerdings als "trophische Sackgasse". Diese klassische Sichtweise ist darin begründet, dass durch die schnelle Verdauung des wässrigen, weichen Gewebes von GZP, diese - ebenso wie in den Netzfängen - nicht mehr in den Verdauungsorganen von Beutetieren nachweisbar sind. Erste neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass viele Taxa routinemäßig GZP im gesamten Weltozean konsumieren. Mit diesem DFG-Antrag wollen wir diesen Paradigmenwechsel für pelagische und demersale Ökosysteme des Südpolarmeers validieren. Zu diesem Zweck werden wir die räumlich-zeitliche Variation in der Nahrungszusammensetzung und das Auftreten von GZP-Räubern für Amphipoden- und Fischarten mit Hilfe eines DNA-Metabarcoding-Ansatzes untersuchen.Anschliessend wollen wir auf der Grundlage der Millionen von DNA-Messwerten, die mit dieser Methode und bioinformatischer Entrauschung gewonnen wurden, eine metaphylogeographische Studie durchführen. Damit wollen wir die genetische Struktur und die Populationskonnektivität der sonst schwer zu beprobenden gallertartigen Zooplanktonarten untersuchen.
Als Teil der globalen thermohalinen Zirkulation transportiert das Antarktische Zwischenwasser (AAIW) Wärme und Salz, es belüftet die intermediären Tiefen des Ozeans, und verteilt Nährstoffe aus dem Südozean (SO) in die nährstoffarmen Tropen. AAIW ist daher von globaler Bedeutung für die marine Biogeochemie und den Kohlenstoffkreislauf. Die Bildung des AAIW ist direkt an die Intensität des Auftriebs von Zirkumpolarem Tiefenwasser im SO gekoppelt und wird moduliert von den Westwinden und saisonaler Aussüßung durch Meereisexport und -abschmelzen. Obwohl es unbestritten ist, dass Transport und Zusammensetzung von AAIW eine wichtige Rolle für die ozeanischen und klimatischen Änderungen der letzten Deglaziation spielten, gibt es bisher nur wenige längere Aufzeichnungen der AAIW-Variabilität. Obwohl noch immer kontrovers, gibt es basierend auf Proxy-Daten zunehmende Einigkeit über einen anhaltenden oder nur leicht abgeschwächten AAIW-Export im Atlantik während des letzten glazialen Maximums. Neodym(Nd)-Isotopendaten, die eine größere und schnelle Variabilität nahelegten, wurden inzwischen sedimentären Überprägungen identifiziert, ein Problem, das auf den kontinentalen Schelfen, von denen diese Daten überwiegend stammen, kaum vermeidbar ist. Um diese Effekte zu umgehen und ein Verständnis der AAIW-Variabilität auf langen Zeitskalen zu erlangen, schlagen wir eine neue Studie vor, die nur Bohrkerne von Lokationen im offenen Ozean im Südatlantik (DSDP Site 516), dem Südostpazifik (ODP Site 1236) und der Tasmansee (DSDP Site 592 und IODP Site U1510) nutzt. Diese Sedimente weisen zwar niedrige Sedimentationsraten auf, vorläufige Daten zeigen aber die erwartete Amplitude benthischer O- und C-Isotopen im Zwischenwasser. Die Sedimente waren durchweg oxisch, was die verlässliche Anwendung von Nd-Isotopen und Seltenerdelement-Proxies für die Wassermassenrekonstruktion erlaubt. Diese Daten werden O- und C- Isotopendate benthischer Foraminiferen und von Spurenmetallproxies für Temperatur (Mg/Ca, Li/Mg) und Nährstoffgehalt (Cd/Ca) vervollständigen. Nach Etablierung einer benthischen Isotopenstratigraphie für jeden Bohrkern sollen glazial-interglaziale Schlüsselintervalle vor, während und nach dem Mittelpleistozänen Übergang (MPT) auf alle Proxies analysiert werden. Diese Aufzeichnungen der Variabilität der Quellen des AAIW, des Nährstoffgehalts und der Temperatur werden die letzten 1,5 Millionen Jahre in verschiedenen Becken abdecken. Dies wird neue Einsichten in die Rolle liefern, die die AAIW-Variabilität für die globale Umwälzzirkulation gespielt hat, die den SO mit den niedrigen Breiten verbindet, wie die Ozeanzirkulation auf Änderungen orbitaler Parameter der Eisschilde reagierte, und welchen Einfluss dies auf den Kohlenstoffkreislauf an glazialen Terminationen des Pleistozäns hatte.
Weite Regionen der Ozeane werden als sogenannte high nutrient low chlorophyll-Gebiete (HNLC) bezeichnet. Sie sind charakterisiert durch relativ niedrige Chlorophyllwerte trotz ausreichend hoher Nährstoffdichte. In diesen Regionen werden das Algenwachstum und dessen Zusammensetzung statt durch Makronährstoffe (etwa Nitrat), von Mikronährstoffen wie Spurenelementen und Vitaminen gesteuert. Die Eintragswege von Spurenelementen und deren Aufnahme durch Plankton und Schwebepartikel in der Wassersäule wurden in den letzten drei Jahrzehnten intensiv untersucht. Im Gegensatz dazu ist weiterhin relativ wenig bekannt über die Prozesse, welche das Vorkommen von bioverfügbaren Spurenelementen in situ wieder auffüllen, beispielsweise durch Remineralisation oder grazing durch Zooplankton. Die Bedeutung von Vitaminen für das Wachstum von Phytoplanktonblüten im Südpolarmeer wurde erst in jüngster Zeit erkannt. Jedoch existieren bislang keinerlei Daten über den Verbrauch und die Konzentrationen des Vitamingehaltes durch Plankton. Darüberhinaus sind Vitaminproduktionsraten für das marine System noch niemals bestimmt worden. In welchem Verhältnis stehen die Produktions- und Recyclingraten von Spurenstoffen und Vitaminen zu deren Entsorgungsraten? Welche Rolle spielt das grazing durch Zooplankton? Werden durch den Klimawandel und den als Folge saurer werdenden Ozean Recyclingprozesse begünstigt als Konsequenz einer veränderten Spurenstoffchemie und sich ändernder biologischer Wechselwirkungen? Um diese Fragen zu beantworten, wird ein neuer Ansatz zur Massenbilanzierung angewendet, um in situ Recyclingraten von drei ökologisch relevanten Spurenstoffen (Eisen, Zink und Kobalt) zu bestimmen. Außerdem werden die Produktions- und Recyclingrate von Vitaminen bestimmt. Eine umfassende Bestimmung der Planktongesellschaft mit unterschiedlichen Methoden wird die Schlüsselarten fuer die verschiedenen Prozesse identifizieren. Der Einfluss des grazing von Piko-und Nanoplankton durch höhere trophische Level auf diese Produktions- und Recyclingraten wird im Rahmen von Feld- und Laborexperimenten untersucht, ebenso wie der Einfluss von erhöhtem pCO2. Dieser umfassende Datensatz wird eine große Lücke in den Studien zur Bedeutung von Spurenstoffen und Vitaminen schließen. Er liefert zudem Informationen für globale Ozeanmodelle zum Kreislauf von Vitaminen, Eisen und weiteren ökologisch relevanten Spurenstoffen im marinen System und deren Veränderung unter sich wandelnden klimatischen Bedingungen.
Wolken und Aerosole beeinflussen den Energiehaushalt und den Wasserkreislauf der Erde. Die Wolkenphase – ob eine Wolke aus Wassertröpfchen oder Eispartikeln besteht – beeinflusst den Strahlungseffekt der Wolken, da Wolkentröpfchen zahlreicher und kleiner sind als Eispartikel und daher mehr Sonnenstrahlung reflektieren.Durch die Erwärmung der Erde und der Atmosphäre durch den Klimawandel werden in Mischphasewolken (die aus Wassertröpfchen und Eispartikel bestehen können) Eispartikel teilweise durch Wassertröpfchen ersetzt und die Wolkenalbedo nimmt zu. Das führt zu einer negativen Rückkopplung, der sogenannten Wolkenphasenrückkopplung. Die Stärke dieser Rückkopplung hängt in Klimamodellen von der Repräsentation der Eisnukleation ab. Es wird immer deutlicher, dass die Schwankungsbreite von Klimaprojektionen (+1,8 bis +6,5 K) in der neuen Generation von Klimamodellen stark von der simulierten Wolkenphasenrückkopplung abhängt. Der gesellschaftliche Nutzen einer Verbesserung der Genauigkeit von Klimaprojektionen wird auf über 10 Millionen Millionen US-Dollar geschätzt. Eine bessere Darstellung der Eisbildung im Mischphasenregime in Klimamodellen ist deshalb dringend erforderlich.Aerosole können als Eiskeime, die das Gefrieren von Tröpfchen bewirken, die Häufigkeit von Eiswolken erhöhen und die Wolkenbedeckung und den Wassergehalt verringern. Insbesondere Mineralstaub kontrolliert häufig die Eisbildung in Wolken.In früheren Studien habe ich wichtige Diskrepanzen bezüglich der staubgetriebenen Wolkenvereisung im ECHAM-HAM Klimamodell und Satellitenbeobachtungen identifiziert, die sehr wahrscheinlich auch in anderen Klimamodellen vorhanden sind. Um diese zu beheben, werde ich in ECHAM-HAM Eisprozesse implementieren, die für das staubgetriebene Gefrieren von Wolkentröpfchen relevant sind, aber derzeit noch fehlen: Erstens werde ich eine Nachverfolgung von Eiskeimen implementieren, insbesonders deren Entfernung durch Niederschlagsbildung nach dem Gefrieren von Wolkentröpfchen. Dies sollte die Überschätzung der staubgetriebenen Wolkenvereisung über dem Südpolarmeer im Modell verringern. Zweitens werde ich eine Kategorie für Staub-Eiskeime hinzufügen, die bei Temperaturen unter -35 °C voraktiviert werden. Dies soll zu einem verstärkten Gefrieren von Wolkentröpfchen in Mischphasenwolken führen, was die im Modell gefundene generelle Unterschätzung des staubgetriebenen Gefrierens von Tröpfchen erklären und reduzieren soll. Drittens werde ich das Recycling von Staub-Eiskeimen nach der Sublimation von Eiskristallen implementieren. Dies soll ebenfalls zu einer Verbesserung des Gefrierens von Tröpfchen führen und den im Modell beobachteten Bias zusammen mit den anderen neuen Prozessen beseitigen. Diese neuen Prozesse werden anhand weltraumgestützter Beobachtungen evaluiert und ihre Auswirkungen auf die Wolkenphasenrückkopplung und die Klimasensitivität werden untersucht werden.
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