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The iron-snow regime in Fe-FeS cores: a numerical and experimental approach

In the Earth, the dynamo action is strongly linked to core freezing. There is a solid inner core, the growth of which provides a buoyancy flux that drives the dynamo. The buoyancy in this case derives from a difference in composition between the solid inner core and the fluid outer core. In planetary bodies smaller than the Earth, however, this core differentiation process may differ - Fe may precipitate at the core-mantle boundary (CMB) rather than in the center and may fall as iron snow and initially remelt with greater depth. A chemical stable sedimentation zone develops that comprises with time the entire core - at that time a solid inner core starts to grow. The dynamics of this system is not well understood and also whether it can generate a magnetic field or not. The Jovian moon Ganymede, which shows a present-day magnetic dipole field, is a candidate for which such a scenario has been suggested. We plan to study this Fe-snow regime with both a numerical and experimental approach. In the numerical study, we use a 2D/3D thermo-chemical convection model that considers crystallization and sinking of iron crystals together with the dynamics of the liquid core phase (for the 3D case the influence of the rotation of the Fe snow process is further studied).The numerical calculations will be complemented by two series of experiments: (1) investigations in metal alloys by means of X-ray radioscopy, and (2) measurements in transparent analogues by optical techniques. The experiments will examine typical features of the iron snow regime. On the one hand they will serve as a tool to validate the numerical approach and on the other hand they will yield important insight into sub-processes of the iron snow regime, which cannot be accessed within the numerical approach due to their complexity.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Aragonit-Schlamm, Ooide und Riffe: Neogene bis quartäre Karbonatsedimentation auf dem Nord-West Schelf von Australien

Der Nord-West Schelf von Australien (NWS) bildet eine sich distal versteilende Karbonat-Rampe, die in ihrer Größe den Karbonatsystemen der Bahamas oder des Persischen Golfs entspricht und somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis älterer Rampensysteme liefern kann. Der NWS erstreckt sich von ca. 13 Grad bis 21 Grad S und liegt am Übergang von den Tropen zu den Subtropen. Die Karbonatsedimentation auf dem Schelf ist stark von der regionalen Ozeanographie abhängig, die durch den südwärts gerichteten, warmen, niedrig salinaren Leeuwin-Strom und den Indonesischen Durchfluss bestimmt wird. Die heutige Sedimentverteilung am Meeresboden ist gut dokumentiert. Erkenntnisse zur neogenen bis pleistozänen Sedimentabfolge sind dagegen auf Informationen von Bohrklein und geophysikalischen Daten beschränkt. Die IODP Expedition 356 erbohrte 2015 den Kontinentalrand des zentralen und südlichen NWS, um dessen Ablagerungsgeschichte vom Miozän bis heute zu untersuchen. Die gewonnenen Daten erlauben zum ersten Mal eine Integration zwischen Kernmaterial und seismischen Untersuchungen mit dem Ziel regionaler sowie detaillierter geomorphologischer Untersuchungen des Karbonat-Systems. Innerhalb des Projektes werden wir: 1) überprüfen, ob sich im Gegensatz zur 'highstand shedding' Theorie auf dem NWS aragonit-reiche 'lowstand wedge' Systeme ausbilden; 2) die Umweltbedingungen analysieren, die zur Ablagerung von Ooiden und Peloiden auf dem NWS führten; 3) mit Hilfe einer am Kern kalibrierten, seismischen und sequenzstratigraphischen Interpretation die Kontrollfaktoren für die Entwicklung und das spätere Ertrinken des miozänen Riffsystems analysieren.

Wirkung von Fällmitteln auf Sedimentation, Biozönose und Physiologie von Belebtschlämmen

Etude des processus physico-chimiques lies a l'eutrophisation des lacs; cycle du phosphore dans les lacs (FRA)

Etude des phenomenes, au niveau physique et moleculaire, qui influencent le cycle du phosphore dans l'hypolimnion des lacs eutrophes et a l'interface sediment-eau. Etude des colloides et particules resultant de ces reactions et qui influencent l'ensemble de la circulation des composes chimiques dans le lac. (FRA)

FZT 15: Der Ozean im Erdsystem; Ocean Margins - Research Topics in Marine Geosciences for the 21st Century, Sub project: Infrastructure, Support and Central Management

The research centre 'Ocean Margins' at the University of Bremen was established in July 2001 to geoscientifically investigate the transitional zones between the oceans and the continents. The work of the research centre is a cooperative effort, with expertise provided by the geosciences department and other departments of the university, as well as by MARUM (Center for Marine Environmental Sciences), the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, the Max Planck Institute for Marine Microbiology, the Center for Marine Tropical Ecology, and the Senckenberg Research Institute in Wilhelmshaven. Funded by the DFG, the studies focus on four main research fields: Paleoenvironment, Biogeochemical processes, Sedimentation Processes, and Environmental Impact Research. The term 'Ocean Margin' encompasses the region from the coast, across the shelf and continental slope, to the foot of the slope. Over 60 percent of the world's population live in coastal regions. These people have a long history of exploitation of coastal waters, including the recovery of raw materials and food. Human activity has recently been expanding ever farther out into the ocean, where the ocean margins have become more attractive as centers for hydrocarbon exploration, industrial fishing, and other purposes. The research themes of the centre range from environmental changes in the Tertiary to the impact of recent coastal construction, and from microbial degradation in the sediment to large-scale sediment mass wasting along continental margins. New full professorships and junior professorships have been established within the framework of this research centre. In addition to the primary research activities, a research infrastructure will be made available to outside researchers. Graduate education and the public understanding of science also play an important role. In the course of the first two rounds of the Excellence Initiative, the Research Centre was promoted to that status of a cluster of excellence, which has increased the amount of funding it receives up to the average amount of 6.5 million per annum received by clusters of excellence.

Känozoische Entwicklung der Sedimentation im Gebiet des Orange Fächers, Südost Atlantik

Der Orange Fächer stellt ein Archiv der Entwicklung der Sedimentation des südlichen Kapbeckens dar, da er bereits in der frühen Öffnungsphase dieses Beckens angelegt wurde und seither Sedimente aus verschiedenen Quellen erhält. Dieses Gebiet dokumentiert die unterschiedlichen Ablagerungsumgebungen, z.B. Wechsel von Meeresspiegelhoch- zu -niedrigstand oder verschiedene Turbiditsysteme als Liefergebiet, deren Variation vielfach auf Änderungen im Klimasystem (Erwärmung/Abkühlung, Veränderung der Wind- und Strömungssysteme) zurückzuführen ist. Diese Zusammenhänge sind für das Känozoikum bisher weder räumlich erfasst noch verstanden. Von großer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Auswirkung der beginnenden Vereisung der Antarktis, welche aber nur über die Darstellung der Unterschiede in der Sedimentation vor und seit Beginn der Vereisung aufzeigbar wird.1200 km hochauflösende reflexionsseismische Daten, die als Vorerkundung für ODP Leg 175 gewonnen wurden, bieten nun in Kombination mit den Ergebnissen der DSDP Leg 40 Sites 360 und 361 und ODP Leg 175 Sites 1085-1087 die Möglichkeit, detailliert die Sedimentverteilung für das Känozoikum im Bereich des Orange Fächers zu rekonstruieren und so eine Vorstellung über die Sedimentdynamik in diesem Gebiet zu entwickeln.

Untersuchungen zum Stoffaustausch mit den Sedimenten im Grossen Mueggelsee

Der Mueggelsee hat 1988 eine Wende zu einer P-Quelle vollzogen. Er speichert nun nicht mehr rund 15 kgP/d, sondern gibt im Mittel 18 kgP/d ab. Aus den saisonalen Betrachtungen folgt, dass nicht nur die Freisetzungsvorgaenge im Sommer an Intensitaet gewonnen haben, sondern auch die Rueckhalteprozesse negativ beeinflusst worden sind. Aktuelle Abschaetzungen zum Rueckhalt von P und Fe ergaben, dass der Verlandungsprozess langsamer als bisher angenommen ablaeuft und dass das Gewaesser noch 1500 Jahre als See existiert. Aus pelagischen Bilanzen erhielten wir mittlere herbstliche P- Entzuege von ueber 20 mgP/Quadratmeter/d. Weil die Primaerproduktion im Herbst nicht die zum Entzug solch grosser P-Mengen notwendige Groesse erreicht, muessen auch Sorptions- und Faellungsprozesse an der P-Rueckfuehrung beteiligt sein. Die Quantifizierung von Sedimentation und Resuspension ist weiterhin durch das Fehlen einer zuverlaessigen Messmethode (Sedimentfallen) verhindert. Bisherige Quantifizierungsversuche zeigten, dass die Resuspension weder durch Messungen am Ufer, noch allein im zentralen Bereich zu erfassen ist, da es sich um recht kurzfristige Ereignisse handelt, die nur Teile des Sees stark beeinflussen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Tektonische und paläoklimatische Geschichte des Lake Issyk-Kul, Kirgistan - Ergebnisse einer tiefen seismischen Vermessung für ICDP

Der Issykköl in Kirgisistan ist einer der tiefsten und größten Seen weltweit. Er befindet sich in einem intermontanen Becken innerhalb des Tian-Shan-Gebirges. Aufgrund des Kompressions-Regime als Folge der indisch-eurasischen Kollision ist das Tian-Shan-Gebirge eines der tektonisch aktivsten intrakontinentalen Gebirge. Seesedimente können wichtige Aufschlüsse über regionale Umweltprozesse geben, welche während und nach ihrer Ablagerung aktiv waren. Die Sedimente des Issykköls beinhalten ein wertvolles Archiv über tektonische und paläoklimatische Prozesse und Veränderungen in der Umgebung, welche potentiell bis ins Miozän zurück reicht.Diese sehr lange zurückreichenden Sedimente sind das Ziel eines Projektes des Internationalen Kontinentalen Bohrprogramms (ICDP). 2011 wurde ein ICDP Workshop am Ufer des Issykköl organisiert, um die wissenschaftlichen Ziele und mögliche Bohrlokationen mit einem breiten wissenschaftlichen Team zu besprechen. Bei dem Workshop wurde unter anderem die Notwendigkeit für tiefer gehende airgun Reflektions-Seismik erkannt, welche unabdingbar für die Rekonstruktion des tiefen Seebeckens sind. Daraufhin wurde im April 2013 eine Seekampagne von mehreren Instituten realisiert, welche tieferreichende Airgun Reflektions-Seismik auf dem-Issykköl akquirierte. Dieser Datensatz muss prozessiert und interpretiert werden, um die Rekonstruktion des tiefen Seebeckens zu ermöglichen, sowie um die Diskussion über ein potentielles Bohrprojekt am Issykköl zu intensivieren.Räumliche Kartierungen von Horizonten, Mächtigkeiten sedimentärer Einheiten und die Rekonstruktion tektonischer Bewegungen sollen weitere Hinweise auf die Geschichte des Sedimenteintrags, der Kontinuität der Sedimentation, Aktivität großer Erdbeben, Beckenentwicklung, regionale Verkippungen und die Entwicklung einer großen Faltenstruktur liefern. Durch Erstellung eines seismostratigraphischen Konzepts soll die Entwicklung des Beckens nachvollzogen werden, um die Bohrstrategien für ICDP zu stützen und zu verbessern.

Die Wirkung der makromolekularen Adsorption auf die Stabilitaet von Suspensionen

Aufklaerung des Zusammenhangs zwischen der Struktur adsorbierter Polymerschichten auf suspendierten Partikeln und der Stabilitaet dieser Suspensionen. Untersuchungsmethoden: A) zur Adsorption: Spektroskopie (IR, NMR), Ellipsometrie, Kalorimetrie. B) zur Stabilitaet: Viskositaet, Sedimentation, Elektrophorese, Photokorrelationsspektroskopie.

Untersuchung der Hoehenveraenderung der Flusssohle schiffbarer Gewaesser

Langfristige und grossraeumige Ermittlung der Hoehenveraenderung der schiffbaren Gewaesser durch Erosion und Sedimentation im Zusammenhang mit den Ermittlungen des Feststofftransportes (Geschiebe- und Schwebstofftransport), den Baumassnahmen, den Bagger- und Verklappungsmassen usw.

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