Störungen des Kohlenstoffkreislaufs, sowohl natürlichen als auch anthropogenen Ursprungs, führen zu globale Erwärmung, Ozeanversauerung (OA) und Sauerstoffzehrung des Tiefenwassers. Natürliche Störungen des Kohlenstoffkreislaufs sind als Hauptursache von mindestens 4 von 5 Massensterben in der Erdgeschichte identifiziert wurden (z.B. Hönisch et al, 2009, Bijma et al.., 2013).Anthropogene Aktivitäten setzten CO2 zehnmal schneller frei als jedes andere Ereignis in den letzten 65 Mio. Jahren - vielleicht sogar während der letzten 300 Mio Jahren. Dies macht den heutigen CO2 Ausstoß zu einer der größten gesellschaftlichen Herausforderungen. Um die Auswirkungen der anthropogenen Störungen vorhersagen zu können, ist es zwingend erforderlich, die natürlichen Speicher und Dynamik des Kohlenstoffsystems zu verstehen. Dies erfordert die genaue Rekonstruktion der marinen Karbonatchemie für Zeiträume mit natürlichen Änderungen. In diesem Projekt wollen wir Veränderlichkeit am Übergang Glazial/Interglazial untersuchen weil die Änderungen der Karbonatchemie in der gleichen Größenordnung wie heute lagen. Da das Reservoir an anorganischem Kohlenstoff im Ozean ungefähr 60 mal größer ist als das der Atmosphäre, sind Rekonstruktionen der Veränderungen der Kohlenstoffsenke/-speicherung in der Tiefsee ein Schlüssel, um die glazialen/interglazialen Schwankungen im atmosphärischen CO2 - wie sie in Eisbohrkernen beobachtet werden - zu erklären. Prozesse im Südozean, wo der Großteil des Tiefenwassers ventiliert wird, spielen hierbei vermutlich eine zentrale Rolle. Man vermutet, dass der träge glaziale Süd Ozean mehr Kohlenstoff einlagern konnte, die Biologische Pumpe effektiver war und dass eine höhere Wassermassen-Stratifizierung das Entweichen von CO2 in die Atmosphäre verringert hat. Nach dem glazialen Maximum wird mit dem Rückzug des Meereises die Tiefsee Kohlenstoff - Pumpe wieder mit der Atmosphäre verbunden und führt zu einer erhöhten CO2-Freisetzung. Bislang ist dies, wenn auch von Indizienbeweisen unterstützt, nur eine Hypothese, zum Beweis bedarf es der Rekonstruktionen der glazialen/interglazialen variierenden Karbonatchemie. Dies ist das übergreifende Ziel unseres Antrags. Auf dem Weg zur Rekonstruktion des glazialen/interglazialen Kohlenstoffpools liegen 3 Zwischenziele: 1) Rekonstruktion von Oberflächenwasser-Tiefsee- CO2-Gradienten, glaziale Kohlenstoffspeicherung und deglaziale Entgasung mittels Bor-Isotopen und B/Ca fossiler Foraminiferen als Hauptvariablen. 2) Erstellen der ersten Kalibrationen von Bor-Isotopen und B/Ca Ratio für Cibicides wuellerstorfi (Tiefseeforaminifere) unter in-situ Druck. 3) Entwicklung von analytischen Methoden, welche die Analyse von einzelnen Foraminiferen Schalen erlauben.
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.
Die atlantische meridionale Zirkulation (AMOC) ist wesentlicher Bestandteil der Wärmeflüsse im Klimasystem, deren Veränderung in Bezug auf den künftigen Klimawandel nur schwer vorherzusagen ist. In diesem Projekt richten wir unseren Blick in die Vergangenheit auf das Marine Isotopenstadium (MIS) 11, dass vor rund 410,000 Jahren mit ähnlichen Orbitalparametern zu einer rund 30,000 Jahre andauernden Warmzeit geführt hat. Ein großer Teil des Grönländischen Eisschilds war abgeschmolzen und folglich der Meeresspiegel deutlich gegenüber heute erhöht. Traditionelle Nährstoff-Spurenstoffe liefern Hinweise auf eine starke Tiefenwasserbildung zu dieser besonderen Warmzeit. Um die Herkunft der Wassermassen, deren Strömungswege sowie die Mischungsverhältnisse zu rekonstruieren, hat sich das Isotopenverhältnis 143Nd/144Nd in der authigenen Phase von Tiefseesedimenten als sehr nützlicher Spurenstoff erwiesen. Im Rahmen dieses Projekts, haben wir die Nd-Isotopie aus authigenen Fe-Mn Ablagerungen an zahlreichen ODP/IODP Sedimentkernen, für die Dauer des MIS-11 und der vorangegangenen Eiszeit MIS-12 extrahiert. Im Atlantik ist eine deutliche Zunahme weniger radiogenen Neodyms meßbar, die wahrscheinlich eine stärkere Tiefenwasserbildung selbst in Zeiten einen verstärkten Eisverlustes in Grönland aufweist. Die untersuchten Sedimente bilden den gesamten tiefen Atlantik von Nord nach Süd ab, sowie einige Regionen mit direktem regionalen Einfluß auf die Nd-Isotopie. Neben einer starken Tiefenzirkulation während MIS-11 konnte auch ein wichtiger Beitrag von Wasser aus der Arktis (nahe der Island-Schottland-Schwelle), sowie ein langanhaltender Einfluss von Wasser der Labrador See nachgewiesen werden. Im tiefen Westatlantik sind über den gesamten Zeitraum des Interglazials sehr unradiogenen Nd Isotopenwerte vorzufinden. In diesem Fortsetzungsprojekt, möchten wir die zeitliche Auflösung der Nd-Isotopenuntersuchungen einiger Sedimentkerne aus der Labradorsee und dem Kapbecken verbessern und die Publikation der Ergebnisse mit Fokus auf den Vergleich von MIS-11 und einem zukünftig wärmeren Klima vorantreiben und bewerten.
Unsere Motivation liegt in der Tatsache, dass die dynamische Verbindung zwischen dem marinen Oberflächenfilm (engl. sea-surface microlayer, SML) und der darunterliegenden oberflächennahen Wasserschicht über Konvektion zu heterogenen Eigenschaften der SML führt. Dies wiederum steuert das Ausmaß der bio-photochemischen Reaktionen und des Gasaustausches zwischen dem Ozean und der Atmosphäre. Die Konvektion wird durch Verdunstung angetrieben, die die SML abkühlt und es salzhaltiger macht. Infolgedessen wird die SML dichter, sinkt ab und wird durch das darunterliegende Wasser ersetzt. Die auftriebsgetriebene Konvektion wurde jedoch bei der Erforschung der SML und des Gasaustausches als dynamisches Bindeglied zwischen der Atmosphäre und dem Ozean vernachlässigt. Unser Hauptziel ist es, ein mechanistisches Verständnis der Dynamik zwischen der SML und der oberflächennahen Wasserschicht zu beschreiben. Ein mechanistisches Verständnis der Konvektion ist wichtig, da das Ausmaß der bio-photochemischen Reaktionen und Austauschprozessen von Spurengasen, Energie und Impuls letztlich durch Austauschprozesse zwischen der SML und der oberflächennahen Wasserschicht und schließlich mit tieferen Schichten bestimmt wird. Wir werden einen experimentellen Aufbau mit mehreren profilierenden Mikroelektroden und einem optischen Schlierensystem entwickeln, um die Konvektion unter verschiedenen externen Antrieben zu untersuchen. Wir werden den Effekt der horizontalen Strömung aufgrund von Gradienten der Oberflächenspannung (d.h. Marangoni-Effekt) untersuchen. Wir werden auch an dem gemeinsamen Mesokosmen-Experiment BASS teilnehmen, um den Einfluss biogener Tenside auf den konvektiven Transportmechanismus zwischen der SML und der oberflächennahen Wasserschicht zu untersuchen. Im gemeinsamen Feldexperiment BASS werden wir der Frage nachgehen, inwieweit Variationen der klein-skaligen Konvektion durch die Variabilität sub-mesoskaligen (1 km-10 km) und hydrodynamischen Prozessen nahe der Meeresoberfläche beeinflusst werden. Wir werden zwei Forschungskatamarane und eine Flotte von Treibbojen einsetzen, die mit Leitfähigkeits- und Temperatursensoren ausgestattet sind, um Dichteanomalien zwischen der SML und oberflächennahen Wasserschicht zu untersuchen. Wir werden externe ozeanische und atmosphärische Einflüsse beobachten, um die Dichteanomalien zu beschreiben. Schließlich werden wir die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborexperimenten, der Mesokosmos-Studie und der Feldstudie nutzen, um einen mathematischen Rahmen zur Beschreibung von Temperatur- und Salzgehaltsprofilen und deren Schwankungen unter dem Einfluss definierter ozeanischer und atmosphärischer Einflüsse zu entwickeln.
Als Voraussetzung für IODP-Bohrungen am Belize Barrier Reef ist eine detaillierte bathymetrische Studie geplant. Diese soll mit Hilfe von Multibeam und flachseismischer Technik entlang ausgewählter Abschnitte im Außenriff (Wassertiefen 20-150 m) durchgeführt werden. Es existieren bislang keine detaillierten und GPS-gestützten Bathymetrie- und Seismik-Daten des Außenriffbereichs. Basierend auf den zu gewinnenden Daten sollen potentielle Bohrlokationen für das IODP gefunden werden. Unsere Arbeitshypothese geht davon aus, daß postglaziale Riffe deutliche topographische Lineamente bzw. Terrassen entang des Plattformrandes bilden. Wir beabsichtigen, Lokationen zu identifizieren, die geeignet sind, postglaziale (20-10 kyr BP) und darunterliegende, ältere pleistozäne Ablagerungen entlang einer Reihe von Bohrtraversen zu gewinnen. Außerdem ist ein internationaler Workshop mit interessierten Kollegen geplant, um die Möglichkeiten zu diskutieren, einen IODP-Antrag zu entwickeln. Der darauf aufbauende IODP-Antrag könnte vier potentielle Ziele haben: (1) Rekonstruktion des postglazialen Meeresspiegel-Anstiegs, (2) Analyse und Quantifizierung der postglazialen Riff-Zusammensetzung und -Architektur, (3) Gewinnung von Temperatur- und Karbonat-Sättigungs-Daten während dieses Zeitfensters. (4) Außerdem können Aspekte der pleistozänen Riff-Initiation und Paläökologie untersucht werden, abhängig vom Kerngewinn in älteren pleistozänen Abfolgen. Vor dem Hintergrund der modellierten Zunahme der Meeresspiegeanstiegsrate im 21. Jahrhundert, können postglaziale, ertrunkene Riff-Abfolgen für zukünftige Meeresspiegel-Projektionen genutzt werden. Im Unterschied zu hochauflösenden und robusten, Riff-basierten postglazialen Meeresspiegelkurven im Indo-Pazifik (Huon, Tahiti, Great Barrier Reef), existiert nur ein vergleichbares Archiv im westlichen Atlantik (Barbados). Das Barbados-Archiv ist insoweit merkwürdig als von den Schmelzwasser-Ereignissen (MWP) 1A und 1B in Tahiti (IODP 310) und NE-Australien (IODP 325) nur MWP 1A nachgewiesen wurde. Außerdem wurden, wie auch in anderen früh-holozänen Riffabfolgen, Mikrobialithe in großer Häufigkeit gefunden. Diese fehlen aber offensichtlich in Barbados aus bislang ungeklärten Gründen. Besonders die Häufigkeit (Dicke, Volumen) der Mikrobialith-Fazies in postglazialen Riffen ist von Bedeutung als Umwelt-Proxy, da die vergleichsweise einfachen Organismen (Bakterien) in großem Maße von Umwelt-Veränderungen abhängig sind, und daher einfacher zu interpretieren sind als Proxy-Daten (Sklerochronologie, d18O, Sr/Ca) von enzymatisch kontrollierten Skelettbildnern wie Korallen. Es wird diskutiert, ob die Mikrobialith-Häufigkeit von der Art des Hinterlandes, der Karbonatsättigung oder der Rate des Meeresspiegel-Anstiegs gesteuert wird. Ein neues, postglaziales Korallenriff-Archiv aus dem tropischen Atlantik würde helfen, diese offenen Fragen zu beantworten und den Verlauf des Meeresspiegel-Anstiegs im westlichen Atlantik zu konkretisieren.
Erdbeben vorherzusagen ist enorm schwierig, jedoch sind solche Vorhersagen für unsere Gesellschaft wichtig, um die Risiken abzuschwächen, die von Erdbeben ausgehen. Durch immer besseres Erkennen der großen Vielfalt seismischer Ereignisse, die von massiven, zerstörerischen Beben wie etwa dem 2004 Sumatra Beben, bis zu langsamen Beben reicht, erhöht sich der Anspruch die geologischen Ursachen hinter Erdbeben zu verstehen. Deshalb wurde in der IODP Expedition 362 die Bengal/Nicobar Fächersequenz bis in die ozeanische Kruste erbohrt und beprobt, um die Materialien zu untersuchen, die in die Subduktionszone gelangen und dort zu extremen Beben beitragen werden. Das Sumatrabeben ist von spezieller Bedeutung, da es näher als vermutet am Tiefseegraben auftrat, was zu einem besonders starken Beben und Tsunami beitrug. Ein kürzlich veröffentlichter Artikel argumentiert, dass das flache Beben im Offshore-Bereich Sumatras durch diagenetisches Verfestigen von tief versenkten störungsbildenden Sedimenten verursacht wurde. Dieses Verfestigen wird mit kompletter Entwässerung der Silikate vor der Subduktion in Verbindung gebracht, was konventionellen Modellen widerspricht. Um zum besseren Verständnis dieser atypischen flachen seismischen Bewegung beizutragen, schlagen wir vor, die Mirko- und Poren-Strukturen von Kernproben, die während der Expedition in LN2 gefroren wurden, zu charakterisieren um (1) Anomalien in den Mikrostrukturen zu erkennen, die in Kombination mit Daten zu seismischen und physikalischen Eigenschaften, auf Horizonte zukünftiger Störungslokalisierung und Bildung von Abscherflächen hinweisen und (2) Deformationsmechanismen während der Versenkung und kleinmaßstäbliche Faltung zu erkennen, die helfen werden, die mechanischen Eigenschaften der Gesteine von ihrer derzeitigen Position in den Sumatra-Subduktions-Komplex zu extrapolieren. Um diese Zielvorgaben zu erreichen, werden wir zunehmend verfestigte und wenig deformierte Proben, die vor Ort unter kryogenen Bedingungen genommen wurden (d.h. keine Veränderung der Struktur durch Austrocknen des Probenwassers) und mehrere langsam getrocknete Proben mit (kryogenem) Broad Ion Beam Polieren und (kryogener) Rasterelektronenmikroskopie untersuchen. Wir werden diese Ergebnisse mit Mikrostrukturen von Kernproben vergleichen, für die die Spannungs-Verformungs-Kurve im Labor gemessen wird, um Hypothesen zu testen, wie die Sedimentsäule auf zusätzliche Versenkung oder Scherung reagiert, die sie in der Subduktionszone erfährt.
Während des letzten Eiszeit-Zykluses wurde CO2 aus der Atmosphäre jahrtausendelang in den tiefen Ozeanen gebunden. Die ozeanische Wassermassenstruktur, die eine solche erhöhte Kohlenstoffspeicherung ermöglichte, ist jedoch weiterhin nicht bekannt. Inkonsistente Rekonstruktionsergebnisse sind größtenteils eine Folge der begrenzten. Insbesondere sind nur wenige Rekonstruktionen von Tiefenwassermassen-Struktur mittels des Neodym (Nd)-Isotopen-Proxys für die letzten 100.000 Jahren verfügbar. Als Selten Erden Elemente wird Nd nicht durch den biologischen Kreislauf beeinflusst, wodurch die Nd-Isotopenzusammensetzung des Meerwassers benutzt werden kann, um Änderungen des Kohlenstoffkreislaufs von der Zirkulation in der Tiefsee getrennt betrachten. Aufgrund des Unterschieds der Nd-Isotopensignaturen zwischen Nord- und Südwasser mehrfach über signifikant unterschiedliche Wassermassenstrukturen des Atlantiks in der Vergangenheit berichtet. Kürzlich wurden jedoch Prozesse identifiziert, die unabhängig von der Herkunft der Wassermasse, die archivierten Nd-Isotopensignaturen (vor allem in Verbindung mit benthischen Nepheloid-Schichten) verändern können und somit die Interpretation als Wassermassen-Tracer in Frage stellen. Diese Prozesse könnten erhebliche Auswirkungen auf paläo-ozeanographische Rekonstruktionen haben, da die meisten Studien bislang Nd-Isotopien unter der Annahme unveränderlicher endmember interpretierten. Gegenwärtig existiert jedoch kein Datensatz aus dem Nordatlantik, der den nördlichen endmember ausreichend genau repräsentiert und dabei den gesamten Glazialen Zyklus abdeckt. Die hier vorgeschlagene Studie wird die etablierte Methodik über den Nd-Isotopen-Proxy an der Universität Heidelberg nutzen und zielt darauf ab, diese kritische Datenlücke zu schließen, indem ein nördlicher Nd-Isotopen-endmember von einem Sedimentkern über die letzten 100.000 Jahre definiert wird. Der IODP-Kern U1313 aus dem subpolare Nordatlantik ist hierfür besonders geeignet, denn er verfügt u.a. über eine ausreichend hohe Sedimentationsrate und liegt außerhalb des Einflusses von benthischen Nepheloid-Schichten oder vulkanischem Material.
Unser Ziel ist es, die Methanaufnahme im Boden (SMU) in der heterogenen Landschaft von Wetscapes 2.0 zu verstehen, indem wir die räumlichen und zeitlichen Zusammenhänge mit der Biogeochemie und den CH4-Flüssen im Ökosystem, die Rolle bisher wenig erforschter methanotropher Taxa und die Anfälligkeit der methanotrophen Gemeinschaften im Boden nach der Wiedervernässung untersuchen. Das Projekt erforscht speziell die methanotrophen Bodengemeinschaften und die SMU in wiedervernässten Niedermooren der gemäßigten Breiten in Abhängigkeit von ihren biotischen und abiotischen Faktoren auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Ebenen. Es quantifiziert die Rolle der Methanotrophen, einschließlich der anaeroben methanotrophen Taxa, bei den Treibhausgasflüssen.
The data layers provided show current values for seawater temperature, pH, calcite and aragonite saturation (%), oxygen concentration, and particulate organic carbon (POC) flux to the seafloor at different depths (500, 1000, 2000, 3000, and 4000m) at the present day (1951-2000) and changes in these variables expected between 2041-2060 and 2081-2100 under different RCP scenarios. The data layers were generated following the methods described in Levin et al. (2020). In short, in 2019, we obtained the present day and future ocean projections for the different years which were compiled from all available data generated by Earth Systems Models as part of the Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5 (CMIP5) to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Three Earth System Models, including GFDL‐ESM‐2G, IPSL‐CM5A‐MR, and MPI‐ESM‐MR were collected and multi-model averages of temperature, pH, O2 , export production at 100-m depth (epc100), carbonate ion concentration (co3), and carbonate ion concentration for seawater in equilibrium with aragonite (co3satarg) and calcite (co3satcalc) were calculated. The epc100 was converted to export POC flux at the seafloor using the Martin curve (Martin et al., 1987) following the equation: POC flux = export production*(depth/export depth)0.858. The export depth was set to 100 m, and the water depth using the ETOPO1 Global Relief Model (Amante and Eakins, 2008). Seafloor aragonite and calcite saturation were computed by dividing co3 by co3satarg and co3satcalc. All variableswere reported as the inter-annual mean projections between 1951-2000, 2041-2060, and 2081-2100. The data for calcite and aragonite saturation can be found in Morato et al. (2020).
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 1102 |
| Kommune | 1 |
| Land | 6 |
| Wissenschaft | 118 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 107 |
| Ereignis | 9 |
| Förderprogramm | 1075 |
| Repositorium | 2 |
| Taxon | 31 |
| Text | 11 |
| unbekannt | 17 |
| License | Count |
|---|---|
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| Language | Count |
|---|---|
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| Resource type | Count |
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