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Dynamik des postglazialen Ökosystems südwestliche Ostsee - Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Umwelt und Biosphäre anhand organisch-wandiger und kieseliger Mikrofossilien

Die südwestliche Ostsee ist die Schlüsselregion für den Austausch von niedrigsalinem Oberflächenwasser und höhersalinem, sauerstoffreichem Bodenwasser zwischen der eigentlichen bzw. zentralen Ostsee und dem Skagerrak/Kattegat bzw. der Nordsee. Dieses System wird durch die Richtung und Intensität der Winde bestimmt und ist damit letztendlich durch das zyklonale Wettersystem des Nordatlantiks und die Golfstromaktivität kontrolliert. Die wesentliche Intention des beantragten Projektes ist die Untersuchung der Auswirkungen von holozänen Klimavariationen auf das Ökosystem Ostsee, welche sowohl durch die Sedimentabfolge als auch durch den Fossilinhalt reflektiert werden. Hierzu ist die Untersuchung der durch unterschiedliche Wind-/ Sturm- und Niederschlagsintensität hervorgerufenen Veränderungen der Salinität, der Nährstoffflüsse und des Sauerstoffgehalts der südwestlichen Ostsee vorgesehen. Diese können anhand organisch-wandiger und kieseliger Mikrofossilien, deren morphologischen Variationen, Arten-Sukzession und der chemischen Veränderungen bei der Einbettung nachgewiesen werden. Ziel dieses Projektes ist es, die Wechselwirkung zwischen Umwelt und Phyto-/Zooplankton im Ablauf der holozänen Entwicklungsgeschichte der südwestlichen Ostsee zu erfassen. Die zu erwartenden Ergebnisse sind Grundlagen zur Differenzierung natürlicher und anthropogener Umweltveränderungen sowie Datenbasis zur Modellierung zukünftiger Umweltveränderungen durch Klimaschwankungen.

Funktion und Struktur subsystemspezifischer mikrobieller Gemeinschaften im Benthos der südlichen und zentralen Nordsee und deren Rolle in Stoff- und Energieaustauschprozessen

Aktuelle Modelle zur Beschreibung benthischer Prozesse in der Nordsee behandeln nur unvollständige Ausschnitte aus dem Gesamtsystem. Dies ist auf eine nur lückenhafte Kenntnis über die im Benthos ablaufenden Prozesse zurückzuführen. Im beantragten Forschungsvorhaben soll die strukturelle und funktionelle Charakterisierung benthischer mikrobieller Gemeinschaften in verschiedenen durch die Markofauna definierten Subsysteme der südlichen und zentralen Nordsee (Deutsche Bucht, Niederländische Küste, Oyster Ground, Doggerbank, östliche Nordsee, Skagerrak und Kattegat) untersucht werden. Zum Verständnis benthischer Prozesse soll zusätzlich der qualitative und quantitative Eintrag von organischem Material sowie dessen Umsetzung im System betrachtet werden. Durch parallele Untersuchungen der Makrofaunastruktur (Dr. I. Kröncke, Forschungsinstitut Senckenberg) werden Aufschlüsse über die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Größenklassen und deren Rolle am Transfer von organischem Material in den einzelnen Subsystemen erwartet. Aus dem Zusammenhang von Struktur und Funktion komplexer Gemeinschaften, die in diesem Umfang bislang noch nicht in der Nordsee untersucht wurden, werden Hinweise auf die Bedeutung verschiedenen benthischer Systeme für den Stoff- und Energieaustausch erwartet. Daher können die aus dem beantragten Forschungsvorhaben erwarteten Ergebnisse maßgeblich zum Verständnis benthischer Prozesse beitragen und der Modellierung zugeführt werden. Hauptauftragnehmer im Ausland: University Northeastern Boston; Boston.

Atmospheric methane and carbon dioxide concentrations measured during ALKOR cruise AL561 on 2021-08-12

Atmospheric gas concentrations of CH4 and CO2 were measured with Picarro G2301-f analyser during AL561 cruise onboard RV Alkor (02.-12.08.2021). The gas inlet was placed at the bow of RV Alkor, at 6 m above sea level, to identify natural and anthropogenic methane anomalies near the sea surface (Schmidt et al., 2021). Concentration data are correlated with GPS-position and weather data (DSHIP) using time stamps (UTC); calculated in 1-3s averages.

Atmospheric methane and carbon dioxide concentrations measured during ALKOR cruise AL561 on 2021-08-02

Atmospheric gas concentrations of CH4 and CO2 were measured with Picarro G2301-f analyser during AL561 cruise onboard RV Alkor (02.-12.08.2021). The gas inlet was placed at the bow of RV Alkor, at 6 m above sea level, to identify natural and anthropogenic methane anomalies near the sea surface (Schmidt et al., 2021). Concentration data are correlated with GPS-position and weather data (DSHIP) using time stamps (UTC); calculated in 1-3s averages.

Time series of atmospheric methane and carbon dioxide concentrations measured during ALKOR cruise AL561 in 2021 (Skagerrak)

Atmospheric gas concentrations of CH4 and CO2 were measured with Picarro G2301-f analyser during AL561 cruise onboard RV Alkor (02.-12.08.2021). The gas inlet was placed at the bow of RV Alkor, at 6 m above sea level, to identify natural and anthropogenic methane anomalies near the sea surface (Schmidt et al., 2021). Concentration data are correlated with GPS-position and weather data (DSHIP) using time stamps (UTC); calculated in 1-3s averages.

Water salinity and oxygen isotopes from cruise Maria S. Merian MSM50

Deoxygenation affects many continental shelf seas across the world today and results in increasing areas of hypoxia (dissolved oxygen concentration ([O2]) <1.4 ml/L). The Baltic Sea is increasingly affected by deoxygenation. Deoxygenation correlates with other environmental variables such as changing water temperature and salinity and is directly linked to ongoing global climate change. To place the ongoing environmental changes into a larger context and to further understand the complex Baltic Sea history and its impact on North Atlantic climate, we investigated a high accumulation‐rate brackish‐marine sediment core from the Little Belt (Site M0059), Danish Straits, NW Europe, retrieved during the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Expedition 347. We combined benthic foraminiferal geochemistry, faunal assemblages, and pore water stable isotopes to reconstruct seawater conditions (e.g., oxygenation, temperature, and salinity) over the past 7.7 thousand years (ka). Bottom water salinity in the Little Belt reconstructed from modeled pore water oxygen isotope data increased between 7.7 and 7.5 ka BP as a consequence of the transition from freshwater to brackish‐marine conditions. Salinity decreased gradually (from 30 to 24) from 4.1 to ~2.5 ka BP. By using the trace elemental composition (Mg/Ca, Mn/Ca, and Ba/Ca) and stable carbon and oxygen isotopes of foraminiferal species Elphidium selseyensis and E. clavatum, we identified that generally warming and hypoxia occurred between about 7.5 and 3.3 ka BP, approximately coinciding in time with the Holocene Thermal Maximum (HTM). These changes of bottom water conditions were coupled to the North Atlantic Oscillation (NAO) and relative sea level change.

Foraminiferal geochemistry and assemblage data, and pore water oxygen data of IODP Site 347-M0059

The dataset includes foraminiferal geochemistry and assemblage data, and pore water oxygen isotopes. The samples were collected during IODP Expedition 347 from Site M0059, located in the southern section of the Little Belt in the Baltic Sea. We have measured trace element concentrations (by LA-ICP-MS), oxygen and carbon isotopes of foraminiferal calcite, and fauna assemblage, for reconstruction of past environmental conditions over the past ~7.5 thousand years. We have also measured pore water oxygen isotopes from the same site. In the dataset we also present the trace element concentrations of foraminiferal calcite from IODP347 Site M0059 measured by solution-based ICP-OES. In addition, we include the measurement of water column salinity and oxygen isotopes data from cruise MSM 50 between the Skagerrak and the southern Baltic Sea.

Stable oxygen isotope ratios of pore water from IODP Site 347-M0059

Geochemistry of benthic foraminifera from IODP Site 347-M0059

Solution based trace element concentration of IODP Site 347-M0059

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