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Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Dynamik der Oberflaechen- und Zwischenwassermassen im Pleistozänen subantarktischen Pazifik (IODP Expedition 383 - DYNAPACC)

Veränderungen im subantarktischen Südozean und ihre Wechselwirkungen mit der Atmosphäre werden als Schlüsselkomponenten für das Verständnis des Klimawandels auf orbitalen bis millennialen Zeitskalen angesehen. Schwankungen der Meereisbedeckung, Ozeanstratifizierung, biologischen Nährstoffnutzung und Ventilation von Zwischen- und Tiefwasser spielen eine Schlüsselrolle bei natürlichen Schwankungen pleistozäner atmosphärischer CO2-Konzentrationen. Wir planen, die Variabilität des Südozean-Zwischenwassers (SOIW) während der letzten ca. 1,5 Ma zu rekonstruieren in Bezug auf (1) Meeresoberflächen- und Thermoklinen-Stratifizierung, Temperatur- und Salzgehaltschwankungen (2) Ventilation und Karbonatchemie im Vergleich zu Zirkumpolarem Tiefenwasser (CDW) und daraus resultierende Kohlenstoffkreislauf-Änderungen, (2) mögliche Verbindungen zu niederen Breiten durch sog. Ozeantunnel. Wir verwenden einen Planktonforaminiferen Multispezies-Ansatz, bei dem stabile Isotope (18O, 13C, 11B) und Element-Geochemie (Mg/Ca, B/Ca) kombiniert werden. Unter Verwendung sowohl von oberflächennahen als auch tiefer in Thermoklinen bzw. Zwischenwasser lebenden Arten, kann eine Rekonstruktion der oberen ca. 500m Wassersäule erreicht werden, basierend auf zwei IODP-Sites, erbohrt während Expedition 383: U1541 vom pelagischen Ostpazifikrücken, und U1542 vom chilenischen Kontinentalrand. Frühere Arbeiten haben unterschiedliche Entwicklungen zwischen Oberflächen- und Thermoklinen-Charakteristika gezeigt, die auf Variationen der glazial-interglazialen SOIW Bildung oder lateraler Advektion hinweisen, möglicherweise verbunden mit Veränderungen der Westwinde. Stabile Kohlenstoffisotope werden verwendet, um die paläochemische Vorgeschichte zwischen SOIW und dem oberen Ozean zu rekonstruieren, während delta11B-Messungen Einblicke in Veränderungen der Carbonatchemie liefern sollen. Um eine zonale Rekonstruktion, als auch einen hochauflösenden Einblick in die sub-millenniale SOIW-Dynamik zu erhalten, soll IODP-Site U1542 Informationen über physikalischen Konditionierung und biogeochemischen Eigenschaften von SOIW liefern. SOIW versorgte potenziell die niederen pazifischen Breiten über den Ozeantunnel-Mechanismus mit Nährstoffen, die für die Steigerung der biologischen Primärproduktivität dort von entscheidender Bedeutung sind. Diese aus dem Süden stammende Nährstoffleckage wurde durch Zwischenwasserkonstruktionen aus dem Nordpazifik in Frage gestellt und ist Gegenstand anhaltender Debatten. Die beschriebenen Analysen werden durch hochauflösende XRF-Kernscandaten an beiden Sites ergänzt, um Änderungen der Produktivität, SE-Pazifischen Gyre und des antarktischen Zirkumpolarstrom in die Ergebnis-Interpretation einzubinden.

Entwicklung eines innovativen Systems für druckneutrale Hochspannungsanlagen unter Wasser ohne mechanische Schaltkontakte, Vorhaben: Hochspannungsschalter, Hochspannungswandler und Steckvorrichtung für die Demonstrationsanlage - HSWS

Umfassende Nutzbarmachung der Schwarzmeerressourcen und Entwicklung des Wasserstoffenergiebereiches in der Schwarzmeerregion

SO 254 - PORIBACNEWZ: Funktionelle Biodiversität von Bakteriengemeinschaften und ihrem Metabolom in der Wassersäule, dem Sediment und in Schwämmen des Süd-West Pazifiks um Neuseeland

FS SONNE (SO 214) NEMESYS: Variabilität von submarinen Gasaustritten in Struktur und Chemie und deren Klimarelevanz - Hikurangi Margin Neuseeland - Teilvorhaben A: Variabilität von submarinen Gasaustritten in Struktur und Chemie und deren Klimarelevanz - Hikurangi Margin Neuseeland

Aktive Gasaustrittsstellen (Seeps) am Hikurangi Margin zeigen eine starke Variabilität. Bereits bekannte Seeps sollen mit geochemischen und geophysikalischen Methoden weiter untersucht werden. Ziel ist es, die bisherigen Erkenntnisse über Variationen durch möglichst engmaschige Vermessungsnetze zu erweitern und 3-D Vermessungsstrategien anzuwenden. Entlang des Hikurangi Margins sind Seeps nicht nur von möglichen tektonischen Variationen beeinflusst, sondern treten auch in sehr unterschiedlichen Wassertiefen auf. Mit dem Partner BGR ist auch der Einsatz mariner elektromagnetischer Vermessungen möglich, die besonders in der Verbindung mit der Seismik zu wesentlich detaillierteren Tiefenaussagen über Hydratverteilungen führen. Es wurden fünf Hauptarbeitsgebiete ausgewählt, die nach der vorliegenden Datengrundlage am besten für die dargelegten wissenschaftlichen Ziele geeignet sind. Hierzu sind neue seismische Techniken (P-Cable 3-D, DeepTow), elektromagnetische Messungen, ein 3-D Grid von Sensorischen und geochemischen Methanmessungen in der Wassersäule und geoakustisches 3-D-Flare Imaging vorgesehen. Neben den kurzzeitigen Messungen während der Forschungsfahrt wird der Vergleich mit früheren Fahrten (SO-191, FS TANGAROA) auch Stichproben für langfristige Variabilitäten bieten.

OPTODEN: Entwicklung planarer Optoden für benthische Messungen, Vorhaben: Entwicklung eines modularen Bildverarbeitungs-Meßsystems und Anwendung der planaren Optoden

Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung, Optimierung und dem Test planarer Optoden und der zugehörigen Messsysteme zur Bestimmung der zweidimensionalen Verteilung von Sauerstoff, Kohlendioxid und des pH-Wertes an Grenzflächen im marinen Milieu. Es werden zwei Module entwickelt: Eine tragbare Version für Anwendungen im Flachwasser und eine Tiefwasserversion, die autonom arbeitet. Besonderes Augenmerk wird darauf gelegt, dass die Module an Remotely Operated Vehicles (ROV), autonome benthische Tauchapparate oder an Unterwasserstationen angekoppelt werden können.

TIMM - SMIS - Subsea Monitoring via Intelligent Swarms, Vorhaben: Druckneutrale Unterwasserfahrzeuge, Energieversorgungen und Antriebe

Erarbeitung eines integrierten Systems zum effizienten Monitoring großer Unterwassergebiete. Aufbauend auf das vorhergehende Vorhaben Druckneutrale Systeme Tiefsee (03SX276) sollen für 2 druckneutrale AUV s, Energieversorgungssysteme und Antriebe für ein Oberflächenfahrzeug und eine Bodenstation sowie für eine optischen und akustischen Relaisstation Lösungswege erarbeitet und anschließend entwickelt, konstruiert, gebaut und auf See getestet werden. Die AUV s sollen sowohl als Langsteckenmessfahrzeuge als auch als ROV im Flachwasser und bis 6000 m Wassertiefe eingesetzt werden können. Hierzu wird ein AUV mit einem bei der Langstreckenfahrt geschlossenen ROV Modul mit Hoverantrieben, Kamerasystem, Beleuchtung und Probennehmer ausgerüstet. Die manuelle Steuerung erfolgt durch ein optisches Modem über eine Relaisstat. am Einleiterkabel. Die AUV s besitzen ein eigenes Navigationssystem und werden durch möglichst viele akustische USBL - Kontakte zur Bodenstat. und den weiteren AUV s und Fahrzeuge über und unter Wasser fortlaufend georefferenziert. Sie besitzen eine kostengünstige Kunststoff - Metall - Komposit - Rahmenstruktur mit integrierten Auftriebselementen und Hauptenergiespeichern. Die AUV s können an der Bodenstation andocken, Daten sichern und sich mit Energie aufladen. Die Energiedichte der Energieversorgungssysteme soll verbessert und Lösungen für druckneutrale Hochenergiespeicher im Bereich von 100 kWh bis 300 kWh erarbeitet werden. Die druckneutralen Antriebssysteme sollen wesentlich verbessert und effizienter gestaltet werden.

TIMM - SMIS - Subsea Monitoring via Intelligent Swarms, Vorhaben: Entwicklung einer Bodenstation - Missionszentrale, Energie- & Datenübertragung bei der Tiefseeexploration - Technologietransfer/Verwertungsstrategien

In Kombination mit der Bodenstation, die Schwerpunkt dieses Teilprojektes ist, wird die Grundlage für die zeit- und kosteneffiziente Durchführung des Monitorings gelegt. Die Bodenstation hat entscheidenden Einfluss auf die Effizienz, da die AUVs durch sie in über 5000 m Wassertiefe mit Energie versorgt und die gewonnenen Daten gesichert werden. Eine Herausforderung bei der Entwicklung der Bodenstation ist, dass sie nicht wie in flachen Gewässern üblich durch eine Schiffswinde abgelassen wird, sondern kontrolliert 'frei fällt' und am Ende der Mission auch eigenständig wieder auftaucht. In diesem Teilprojekt wird neben den rein technologischen Fragen ein Schwerpunkt auf den Technologietransfer/Verwertungsstrategien und die wirtschaftliche Nutzung der Forschungsergebnisse zur Stärkung des Industrie- und Technologie- Standorts Deutschland und speziell der kmU gelegt.

TIMM - SMIS - Subsea Monitoring via Intelligent Swarms, Vorhaben: Kooperative Missionssteuerung und Überwachung eines Teams aus maritimen Fahrzeugen und Stationen

Ziel des Vorhabens ist es, Werkzeuge für die Team- und Schwarmsteuerung von Unterwasser (UW-)Robotern am Beispiel des UW-Monitorings zu entwickeln. Hierfür werden zum einen diverse Steuerungsalgorithmen für einzelne Roboter entwickelt, die den Roboter z.B. entlang einer vorgegebenen Bahn steuern oder an der Bodenstation andocken. Zum anderen werden Algorithmen erforscht, die ein Team oder einen Schwarm von Robotern steuern. Diese Algorithmen ermöglichen es dem Team, ein Gebiet möglichst effizient abzusuchen sowie das gegenseitige Überwachen der Roboter, um z. B. den Verlust eines Fahrzeugs zu vermeiden und auch auf unvorhergesehene Ereignisse zu reagieren. Die Algorithmen müssen flexibel, robust und skalierbar gestaltet sein. Um sie entwerfen und evaluieren zu können, wird zusätzlich eine Simulation entwickelt. Des weiteren wird eine Missionsplanung entwickelt, die es erlaubt, die Steuerungsalgorithmen effizient in einer Mission einzusetzen, die zusätzlich Informationen über Dauer und Verlauf einer Mission liefert. Das Vorhaben ist in drei wesentliche Abschnitte gegliedert: In der Entwurfsphase werden mit den anderen Partnern das Gesamtsystem und die jeweiligen Schnittstellen geplant. Basierend auf den Ergebnissen werden die Software und die Algorithmen entwickelt. Diese werden dann im Testbecken und auf See getestet. Während der gesamten Zeit wird die Kompatibilität aller Teilkomponenten sichergestellt.

Demonstration of two floating wind turbine systems for power generation in Southern European deep waters (FLOATGEN)

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