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.
Vorhabenziel: Kaltes Auftriebswasser breitet sich nicht nur entlang der Küste aus, sondern wird auch durch kleinräumige und kurzlebige Filamente in den inneren Ozean transportiert. Im Vorhaben soll die Rolle dieser Auftriebsfilamente für die Wechselwirkungen des östlichen Randstroms vor Namibia mit dem offenen Ozean des Südatlantiks untersucht werden. Die verantwortlichen Prozesse für die Bildung der Filamente, ihre Struktur und Dynamik, ihre Lebensdauer und ihre Zerfallsmechanismen sind Inhalt der Studie. Darüber soll der Einfluss der Filamente auf den Transport von Wärme zwischen der Schelfregion und dem Subtropenwirbel des Südatlantiks quantifiziert werden. Arbeitsplanung: Während einer Schiffsreise im August 2013 werden die Filamente vor Lüderitz (Namibia) mit Hilfe schiffsgebundener und autonomer Messgeräte detailliert beprobt. Des Weiteren wird etwa 200 km von der Küste entfernt über einen Zeitraum von etwa 6 Monaten eine Tiefwasserverankerung ausgelegt. Hier beeinflussen keine Randwellen die Messdaten und die Gefahr von Verlust der Geräte durch Fischerei ist gering, so dass die durch Filamente verursachten Schwankungen von Strömung, Temperatur und Salzgehalt gut vermessen werden können. Die im Projekt erhobenen Daten werden durch die Auswertung von aktuellen und historischen Messdaten und Satellitenprodukten ergänzt.
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.
Objective: Hypoxic (low oxygen) conditions in aquatic ecosystems increase in number, duration and extent due to global warming and eutrophication. Global warming will lead to degassing of oxygen, increased stratification, reduced deep-water circulation and changes in wind patterns affecting transport and mixing. Projected increases in hypoxia (e.g. doubling of dead zones) are accompanied by enhanced emission of greenhouse gases, losses in biodiversity, ecosystem functions and services such as fisheries, aquaculture and tourism. A better understanding of global changes in oxygen depletion requires a global observation system continuously monitoring oxygen at high resolution, including assessment of the role of the seafloor in controlling the sensitivity of aquatic systems to and recovery from hypoxia. Here we propose to monitor oxygen depletion and associated processes in aquatic systems that differ in oxygen status or sensitivity towards change: open ocean, oxic with high sensitivity to global warming (Arctic), semi-enclosed with permanent anoxia (Black Sea, Baltic Sea) and seasonally or locally anoxic land-locked systems (fjords, lagoons, lakes) subject to eutrophication. We will improve the capacity to monitor oxygen depletion globally, by implementing reliable long-term sensors to different platforms for in situ monitoring; and locally by training and implementing competence around the Black Sea. Our work will contribute to GEOSS tasks in the water, climate, ecosystem and biodiversity work plans, and comply to GEOSS standards by sharing of observations and products with common standards and adaptation to user needs using a state of the art world data centre. We will connect this project to the GOOS Regional Alliances and the SCOR working group and disseminate our knowledge to local, regional and global organisations concerned with water and ecosystem health and management.
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.
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.
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