Seltenerdelemente und Yttrium (SEY), einschließlich Nd-Isotope, werden häufig als geochemische Proxys für frühere und rezente Umweltbedingungen und -prozesse verwendet. In den letzten Jahren wurde die Verwendung dieser Proxys zur Rekonstruktion frühzeitlicher Meerwasserchemie und die Nachverfolgung von Wassermassen in Frage gestellt, da die Primärsignale des Meerwassers in den Sediment-Archiven während der frühen Diagenese überprägt werden können. Die Wechselwirkung zwischen Porenwasser und Festphase kann zur Fraktionierung und Veränderung der SEY-Muster und der Nd-Isotopensignatur führen. Die zugrunde liegenden Prozesse sind noch wenig erforscht. Das Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist es, aufzudecken, welchen Einfluss die Redox-Zonierung und die Lithologie auf die SEY-Zusammensetzung im Porenwasser und die beteiligten Prozesse im Sediment haben. Zur Beantwortung dieser Frage werden Proben aus der pazifischen und atlantischen Tiefsee, dem Kontinentalrand vor Neuschottland und der Amazonasmündung entnommen, analysiert und ausgewertet. Die SEY-Konzentrationen und die Nd-Isotopenzusammensetzung im Porenwasser, in der festen Phase und im darüber liegenden Meerwasser werden verglichen, um die Fraktionierung, Veränderung und Konservierung der Proxys zu identifizieren. Die vier Lokationen wurden aufgrund ihres unterschiedlichen Organik-Gehalts und der daraus resultierenden Redox-Zonierung sowie des variablen kontinentalen Eintrags ausgewählt. Die vorgeschlagene systematische Untersuchung der SEY im Porenwasser wird die Lücke in der paläozeanografischen Forschung schließen, unter welchen Umwelteinflüssen SEY-Proxys zuverlässig sein können und unter welchen Bedingungen sie nicht zuverlässig sind. Messwerte werden dringend benötigt, da bei Modellierungen und experimentellen Arbeiten keine guten Informationen zu Eingabevariablen und realistischen Randbedingungen vorliegen. Die vorgeschlagene Forschung wird neue Daten zu den bisher wenigen, bis gar nicht, verfügbaren Daten zu SEY-Konzentrationen und der Nd-Isotopenzusammensetzung in (insbesondere oxischen) Porenwässern liefern.
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.
Kuenstlich einem Wasserkoerper zugesetzte Leitstoffe (Tracer), welche sehr empfindlich mittels Neutronenaktivierungsanalyse erfasst werden koennen (sub-ppb-Bereich), sollen auf ihre laengerfristige chemische Stabilitaet in Gewaessern (z.B. Grundwasser in Kontakt mit diversen Bodenmaterialien) als auch auf ihre Einsatzmoeglichkeit in der Praxis (Kosten, Verfuegbarkeit der Ergebnisse u.a.m.) untersucht werden. Hierbei stehen die Elemente Brom (als Bromid) sowie Indium und einige seltene Erden (als Chelat-Komplexe) zur Diskussion: sie zeichnen sich durch einen sehr geringen natuerlichen Background (Ausnahme: Brom im Salz- und Brackwasserbereich) und eine hohe Stabilitaet gegen Adsorptions- oder Faellungsprozesse aus.
Im Fokus des Projektes steht der Einfluss des organischen Stoffkreislaufs auf den biogeochemischen Kreislauf der (Ultra-)Spurenmetalle Thallium (Tl) und die Gruppe der Seltenen Erden Elemente (SEE) im Küstenbereich. Bisher wird davon ausgegangen, dass diese Metalle nicht von bio-assoziierten Prozessen beeinflusst werden. Aktuelle Studien weisen jedoch darauf hin, dass diese Metalle in hochproduktiven Küstengebieten in Verbindung mit organischen Stoffkreisläufen stehen und im organischen Stoffpool akkumuliert werden. Ein Umstand, welcher ihr Potenzial zur Schädigung von Küstenökosystemen deutlich macht. Bislang ist jedoch wenig darüber bekannt, wie diese Metalle mit welcher Fraktion des organischen Stoffpools in Verbindung stehen und welchen Einfluss organische Stoffkreisläufe auf deren biogeochemische Kreisläufe haben, und umgekehrt. Außerdem ist bislang nicht geklärt, welche Prozesse für die beobachteten räumlichen und zeitlichen Änderungen in den Konzentrationsmustern von Tl und SEE, insbesondere in den Küstengebieten, verantwortlich sind. In Anbetracht der Toxizität dieser Metalle, der anthropogenen Veränderung ihres Vorkommens im Küstenbereich, sowie ihrer Verwendung als Tracer für ozeanische Prozesse, sind Kenntnisse über ihre biogeochemischen Kreisläufe unerlässlich. Zentrale Aspekte, die im Rahmen dieses Projekts untersucht werden sollen, sind: (1) Das Verhalten und der Verbleib von natürlich und anthropogen eingetragenem Tl und SEE in den verschiedenen Kompartimenten des Küstenozeans, und (2) Der Einfluss von organischen Stoffkreisläufen, in Bezug auf die lebende und nicht lebende Fraktion des Stoffpools, auf die Konzentrationsmuster von Tl und SEE und umgekehrt.Diese Aspekte werden mittels eines höchst interdisziplinären Multiparameter-Ansatzes untersucht, in welchem labor- und feldbasierte Ansätze von unterschiedlicher ökologischer Komplexität und zeitlicher Auflösung kombiniert werden. Auf Basis eines Mikrokosmen-Ansatzes, in welchem eine für die Nordsee typische Phytoplanktongemeinschaft und repräsentative Einzelarten unter umgebungs- und erhöhten Tl- und SEE-Bedingungen inkubiert werden, werden die artspezifischen Auswirkungen auf das Verhalten von Tl und SEE und umgekehrt die Reaktion des Phytoplanktons auf anthropogenen Stress ermittelt. Der Einfluss einer Phytoplanktonblüte und den damit verbundenen biogeochemischen Prozessen auf die Metallkonzentrationen im intertidalen Küstenbereich sowie potenzielle Schlüsselfaktoren, werden im Rahmen eines Mesokosmen-Ansatzes untersucht. Die saisonale und interannuelle Variabilität der Tl- und SEE-Dynamik im Küstenbereich sowie die verantwortlichen Hauptfaktoren, werden anhand von Multiparameter-Zeitseriendaten, welche im Küstenbereich der deutschen Nordsee erhoben werden, untersucht. Anhand der Ergebnisse werden außerdem die Erkenntnisse aus den Mikro- und Mesokosmenkonzepten validiert und deren Übertragbarkeit auf ein natürliches System bewertet.