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s/wave/cave/gi

Pliocene benthic foraminiferal abundances of ODP Hole 105-646B from north Atlantic

Our benthic foraminiferal data clearly indicate eight layers of deep-water turbidites during the Messinian (MTL 1-8) and one in the early Pliocene (PTL 1) in Ocean Drilling Program Leg 105, Site 646B. These deep-water tuibidite deposits are characterized by highly concentrated agglutinated marsh benthic foraminifera (e.g., Trochammina cf. squamata, Ammotium sp. A, Miliammina fusca), rounded quartz, polished thick-walled benthic foraminifera, wood fragments, plant seeds, plant fruit, and highly concentrated mica and are interbedded with sediments containing deep-water benthic faunas. We suggest these turbidites deposited during sea-level low stands (approx. 80-100 m below sea level), and their ages are tentatively correlated to 6.59, 6.22, 6.01, 5.89, 5.75, 5.7, 5.65, 5.60, and 5.55 Ma, respectively, based on the Messinian oxygen isotope enrichments at Site 552A of Deep Sea Drilling Project Leg 81. The turbidites layers during the late Messinian, coeval with frequent climate changes suggested by six oxygen enrichment excursions of Site 552A, may have been in part linked to the late Messinian evaporite deposits in the Mediterranean Basin. The most profound climate changes at 5.75 and 5.55 Ma may have been related to the Lower and Upper Evaporites in the Mediterranean Basin.

Pliocene-Pleistocene distribution of benthic foraminifers from ODP Hole 110-672A (Table 2)

Site 672 is located on the Atlantic abyssal plain to the east of the Lesser Antilles forearc region. It serves as a stratigraphic reference section for sediments entering the Barbados accretionary prism. A relatively complete Pliocene through lower Pleistocene section was recovered from Site 672 that contains a moderately well-preserved population of benthic foraminifers. Q-mode factor analysis of the benthic population data identified three Pliocene-Pleistocene assemblages that inhabited this site. The Factor 1 fauna, characterized by Nuttallides umboniferus, is commonly associated with the presence of Antarctic Bottom Water (AABW). The Factor 2 assemblage is characterized by Globocassidulina subglobosa, Epistominella exigua, and a combined category of unilocular species. The Factor 3 assemblage is characterized by Epistominella exigua, and Planulina wuellerstorfi. The Factor 2 and 3 faunas are associated with bottom water significantly warmer than that preferred by the Factor 1 assemblage. The distribution of these assemblages has been used to distinguish three climatic intervals in the abyssal environment during the Pliocene-Pleistocene. An early Pliocene warm interval occurred from the Ceratolithus rugosus Subzone to the middle of the Discoaster tamalis Subzone. The upper Pliocene is characterized by oscillations between the Factor 1 and Factor 2 assemblages, which suggests climatic deterioration and increased pulses of AABW flow. The persistence of an essentially modern (Factor 1) fauna throughout the early Pleistocene suggests full glacial development at both poles and a substantial volume of AABW production.

Methanproduktion durch Mikrophytobenthos und dessen Beitrag am benthischen Methanfluss in der Küstenzone der Ostsee

Der Anstieg natürlicher Emissionen des Treibhausgases Methan haben einen bedeutenden Einfluss auf das Klima der Erde. Als Methanquelle nehmen küstennahe Gewässer eine besondere Stellung ein, da die Methankonzentration im Wasser hier wesentlich höher ist als im offenen Ozean. Trotz der Bedeutung der Küstengebiete ist bisher nur wenig bekannt über die hier zu findenden Methanemittenten und ihr jeweiliger Beitrag am atmosphärischen Methanfluss. Zudem zeigen eine Reihe aktueller Untersuchungen, dass Methan nicht nur unter anoxischen Bedingungen mikrobiell gebildet werden kann, sondern dass dies auch in einer oxischen Umgebung möglich ist. Eine solche Methanproduktion nahe der Meeresoberfläche würde den Weg zwischen Methanquelle und Atmosphäre wesentlich verkürzen und damit den Methanfluss in die Atmosphäre verstärken. Aufgrund einiger Untersuchungen, die eine Verknüpfung zwischen Primär- und Methanproduktion aufzeigen, stellen wir die Hypothese auf, dass Mikrophytobenthos (MPB)-Gemeinschaften eine wichtige, aber bisher nicht bearbeitete Stellung in der Flachwasser-Methandynamik zukommen. MPB-Gemeinschaften nehmen eine herausragende Rolle in der Primärproduktion von Küstensedimenten ein. Um die Bedeutung der MPB-assoziierten Methanproduktion besser einordnen zu können, werden wir das Potential dieser Methanquelle in Inkubationsexperimenten detailliert untersuchen. Zur Bestimmung der hierbei wichtigen Effektoren und Mikrophytobenthosarten werden wir an verschiedenen axenischen und xenischen klonalen Kulturen benthischer Diatomeen-Spezies die Primär- und Methanproduktion unter kontrollierten Temperatur- und Lichtbedingungen bestimmen. Mit Hilfe einer neuen Cavity-Ring-Down-Spektroskopie basierten Methode planen wir an geschlossenen Inkubationen die Methankonzentrationsentwicklung in hoher zeitlicher Auflösung über Tag/Nacht Zyklen zu erfassen. Zusätzliche Inkubationen mit 13C-markierten Substraten werden es uns erlauben, den Weg der Methanproduktion in den Diatomeen einzugrenzen. Bisher wurde der Prozess der oxischen Methanproduktion nur in Kulturexperimenten untersucht. Ob die hier ermittelten Raten auch in die natürliche Umgebung übertragbar sind, wurde hingegen nicht geprüft. Um diese Wissenslücke zu schließen, planen wir neben den Experimenten an klonalen Kulturen auch Studien an natürlichen MPB-Gemeinschaften durchzuführen. Diese Gemeinschaften werden wir im Flachwasser vor der Insel Askö (schwedische Ostseeküste) und dem inneren Küstengewässer vor Zingst (Darßer-Zingst-Bodden, deutsche Ostseeküste) beproben, um ein möglichst breites Spektrum an Sedimenten, hydrodynamischen Bedingungen und MPB-Gemeinschaften abzudecken. Um die in unseren Experimenten ermittelten Methanproduktionsraten in die benthischen und atmosphärischen Methanflüsse besser einordnen zu können, werden wir in beiden Untersuchungsgebieten die Methanflüsse zwischen Sediment, dem Wasser und der Atmosphäre bestimmen.

Sonderforschungsbereich (SFB) 806: Unser Weg nach Europa: Kultur-Umwelt Interaktion und menschliche Mobilität im Späten Quartär, Teilprojekt A01: Out of Africa - Jungpleistozäne Höhlenstratigraphien und Paläoumweltverhältnisse in Nordost-Afrika

Teilprojekt A1 konzentriert sich auf zwei Makroregionen in Afrika: Äthiopien und Ägypten. Während in den letzten Jahren geoarchäologische Arbeiten an zwei Fundplätzen (Mochena Borago in Äthiopien, Sodmein Cave in Ägypten) im Vordergrund der Untersuchungen standen, ist es das Ziel im beantragten Forschungsvorhaben zu einem umfassenden Verständnis vergangener Umwelt- und Bevölkerungsdynamiken in diesen beiden Makro-Regionen zu gelangen. Dies soll durch die Integration von Daten aus verschiedenen archäologischen Fundstellen und geologischen Archiven erreicht werden. Dies erfolgt in enger Zusammenarbeit insbesondere mit den Teilprojekten A3, F6 und Z2.

Forschergruppe (FOR) 2358: Mountain Exile Hypothesis - How humans benefited from and re-shaped African high altitude ecosystems during Quarternary climatic changes, Teilprojekt: Anthrosole der Bale Mountains - Archive für die Rekonstruktion der Besiedlungs-Chronologie und -Intensität sowie Interaktionen mit Feuer und der Zerstörung der Erica-Vegetation auf dem Sanetti-Plateau

In Projekt P2 werden wir die Chrolonolgie und Intensität der menschlichen Besiedelung der Bale-Mountains untersuchen und deren Auswirkungen auf die Entwaldung des Sanetti-Plateaus durch Feuer. Um diese Zusammenhänge zu untersuchen, werden wir uns auf folgende Punkte konzentrieren:1. In Zusammenarbeit mit Projekt P1 (Archäologie) werden wir Chronologie (mittels Radio-Kohlenstoff- und Optisch stimulierter Lumineszenz-Datierungen) und Art und Intensität der menschlichen Besiedelung untersuchen. Hierzu dienen Anthrosole unter Felsvorsprüngen und Höhlen als Archive und molekulare Marker als Landnutzungs-Indikatoren, wie z.B. Phosphor-Mapping (Birk et al. 2007), Benzolpolycarbonsäuren (Glaser et al. 1998) und Sterole und Gallensäuren als Fäkalbiomarker (Birk et al. 2012). 2. In Zusammenarbeit mit den Projekten P3 (Basis-Umweltdaten-Erhebung) und P7 (Erd-Käfer) werden wir typische Standortseigenschaften (Böden und Topographie) erhoben. Diese Daten erlauben uns die Rekonstruktion der ehemaligen Erica-Ausbreitung sowie von gegenwärtigen reellen und potenziellen Erica-Standorten. 3. Mit der gleichen Intension werden wir potenzielle molekulare Erica-Marker untersuchen wie z.B. Cutin und Suberin (Spielvogel et al. 2014), CuO lignin und Monosaccharide (Spielvogel et al. 2007; Eder et al. 2010), Phytolithe (Iriarte et al. 2010), n-Alkane, Stabilisotopen-Signaturen (Glaser und Zech 2005).Sollten keine Erica-spezifischen Biomarker gefunden werden, wenden wir Metabolomics-Techniken an, um zwischen Erica und Gras-Vegetation im Boden zu unterscheiden.4. Um mögliche Interaktionen zwischen der menschlichen Besiedelung und der zeitlichen und räumlichen Dynamik der Erica-Vegetation zu identifizieren, werden Sedimente von konkaven glazialen Ablagerungen auf dem Sanetti-Plateau mit den oben beschriebenen molekularen Markern untersucht. Wir gehen davon aus, dass die Chronologie und Intensität von Feuer die Dynamik der Erica-Vegetation bestimmt. In Zusammenarbeit mit P4 (Paleoökologie, Pollen) und P5 (Paleoclimatologie, 18O-Zucker) werden wir identifizieren, ob das Brennen der Erica-Standorte mehr durch die menschliche Besiedelung oder durch paläoklimatische Fluktuationen bestimmt wird.

(Table T1) Benthic foraminfera stratigraphy of ODP Hole 199-1218A and 199-1219A sediments

We investigated benthic foraminiferal assemblages from Sites 1218 and 1219, Ocean Drilling Program Leg 199, to understand the abyssal response of the eastern equatorial Pacific to the Oligocene climate. Globocassidulina subglobosa, Oridorsalis umbonatus, Gyroidinoides spp., Cibicidoides spp., and Pullenia spp. are common in the lower Oligocene, whereas Nuttallides umbonifer, a dominant species in carbonate corrosive deep water, often dominates the upper Oligocene assemblage at both sites.

(Appendix A) Radiolarian abundances in ODP Hole 175-1084A

The changing composition of radiolarian faunas from late Neogene deep-sea sediments has been used in recent years as a proxy for changes in marine paleoproductivity. We examine radiolarian faunas, organic carbon content (TOC), opal and coarse-fraction components over the last 270,000 years in sediments from ODP Hole 1084A, drilled in a high productivity upwelling region within the Benguela Upwelling System off the west coast of Africa. Age control is provided by stable oxygen isotope measurements of benthic foraminifera. Prior research has established that late Pleistocene glacial intervals in this upwelling system generally had higher productivity than interglacials. The radiolarian WADE (water-depth ecology) paleoproductivity index correlates well with TOC and opal in these samples, and all three parameters change in synchrony with the benthic isotope curve over all but the MIS 5e–6 time interval. WADE inferred productivity is significantly higher in glacials than interglacials. We conclude that the WADE index is a useful proxy for paleoproductivity at this location, as are also opal and organic carbon accumulation rates. Carbonate and carbonate based indices such as the accumulation rate of benthic foraminifera (BFAR) by contrast do not correlate well either to productivity indices or to the glacial–interglacial cycle, and are interpreted to primarily reflect carbonate dissolution.

Monitoring and modeling of water and water-related nutrient fluxes in rice-based cropping systems

Many studies have been conducted with the aim to better understand biologic and hydrologic processes that control C and N fluxes in rice paddy systems. But rarely have studies attempted to explicitly link the hydrological and biogeochemical controls of nutrient transport on the field scale. In this research project we aim to improve our understanding of processes that are involved in storing and releasing water and nutrients of different rice-based cropping systems. The Catchment Modeling Framework (CMF) will be coupled to the biogeochemical MOBILE-DNDC model (SP6) in to simulate (1) vertical and lateral transport processes of water, C and N and (2) to predict the reaction of ecosystem services such as water storage and purification, gas regulation, nutrient cycling and food supply in dependence of cropping systems. SP7 follows a rejectionist framework where model complexity is adapted to available data and process understanding. State-of-the-art analytical instruments will be connected to a unique automatic sampling system to continuously measure water isotopic composition as well as dissolved carbon and nitrogen solutes in situ for the first time. Waters to be sampled include surface water, irrigation water, groundwater and water vapor. Cavity Ringdown Spectroscopy will be used to measure 2H/H and 18O/16O. Isotopic signatures will allow estimating water mean transit times, partitioning between evaporation and transpiration and separating flow paths. Hyperspectral UV photometers equipped with a flow-through cell will be installed for continuous measurements of nitrate and DOC.

Untersuchung der Laser-induzierten Plasmaausbildung im Wasser beim Doppelpuls-LIBS bei einem hydrostatischen Druck von 60 MPa (LIBS60)

Das Ziel des Forschungsvorhabens liegt in der grundlegenden Untersuchung der Kavitäts-/Plasmaausbildung und der Plasmastrahlung in einer Doppelpuls-LIBS-Anwendung an metallischen Proben unter Wasser bei einem Wasserdruck von bis zu 60 MPa. Zunächst ist hierfür die Laser-induzierte Kavität zu analysieren, um daraus Informationen über die Geometrie, Lebensdauer und die entstehende Schockwelle abzuleiten. Hierbei ist von besonderem Interesse, wie sich die wesentlichen Prozessparameter auf die Kavität auswirken und wie sich die Lebensdauer der Kavität steigern lässt. Des Weiteren sind Störquellen für die Kavitäts- bzw. Plasmaerzeugung von Interesse, wie das optische Durchbruchverhalten im Wasser in Abhängigkeit vom Wasserdruck. Weiterhin gilt es, die Voraussetzungen und die zeitlichen Perioden für die Emission von Linienstrahlung im Verhältnis zur Kontinuumstrahlung, herauszuarbeiten. Für die Elementanalyse durch LIBS ist die Untersuchung der Linienprofile von Interesse, hierbei insbesondere die Absorptions- und Verbreiterungsmechanismen eines Laser-induzierten Plasmas bei hohem Wasserdruck in Hinblick auf die Auswertbarkeit von Einzellinien. Mit diesem Wissen sollen Schlussfolgerungen auf die erforderliche Technik, geeignete Auswertemethoden und die erreichbare Genauigkeit für LIBS in der Tiefsee gezogen werden.

Ermittlung des Potenzials von Speläothemen zur Rekonstruktion von (kurzfristigen) Phasen extremen Klimas

Ziel dieses Antrags ist es, das Potenzial von Speläothemen für die Rekonstruktion von (kurzlebigen) Phasen und Ereignissen extremen Klimas, wie besonders niedrigen Temperaturen, extreme, Niederschlagsmengen oder hohen Windgeschwindigkeiten, zu ermitteln. Solche Extremereignisse treten selten auf, verursachen aber oft große Schäden mit schwerwiegenden Folgen für Bevölkerung und Ökosysteme der betroffenen Region. Ein besseres Verständnis der Ursachen und Randbedingungen von Extremereignissen ermöglicht eine bessere Prognose ihres Auftretens in der Zukunft, was wesentlich ist für das Treffen entsprechender Vorkehrungen.Speläotheme bieten präzise datierte Multi-Proxy-Zeitreihen mit nahezu jährlicher Auflösung und haben somit ein großes Potenzial als Archiv von Extremereignissen. Allerdings werden die in Speläothemen gespeicherten Proxy-Signale im Aquifer über der Höhle in einem gewissen Umfang geglättet, weshalb die Sensitivität der jeweiligen Höhlensysteme und Proxys für die Rekonstruktion vergangener Extremereignisse bestimmt werden muss. Der Schwerpunkt dieses Antrags liegt auf dem 8.2 ka Event und den letzten 2000 Jahren. Das 8.2 ka Event war die extremste Klimaanomalie des Holozäns und spiegelt die Auswirkungen eines enormen Süßwassereintrags in den Nordatlantik während eines Interglazials wider. In den letzten 2000 Jahren wurden mehrere hundertjährige Klimaschwankungen identifiziert (z.B. die Mittelalterliche Warmzeit und die Kleine Eiszeit). Zusätzlich konnten andere, kurzlebige Klimaanomalien festgestellt werden, wie z.B. das historische Magdalenenhochwasser im Juli 1342 AD oder Hitze und Trockenheit in Europa von 1540 AD. Manche Ereignisse wurden durch Vulkanausbrüche ausgelöst (z.B. das Jahr ohne Sommer 1816 AD durch die Tambora Eruption 1815 AD).Mehrere Speläotheme, die während des 8.2 ka Event und der letzten 2000 Jahre wuchsen, aus drei Höhlen in Deutschland stehen zur Verfügung. Für alle drei Höhlen wurden langfristige Monitoring-Programme eingerichtet, was eine Voraussetzung ist, um die Prozesse in den Höhlen zu verstehen und die Proxy-Signale der Speläotheme zu interpretieren. Wir werden stabile Isotope und Spurenelemente in den entsprechenden Abschnitten der Stalagmiten mit sehr hoher Auflösung (jährlich) analysieren, und die Proben mittels MC-ICPMS 230Th/U-Datierung präzise datieren. Die Identifizierung der am besten geeigneten Proxys für die Rekonstruktion der Extremereignisse wird unter Verwendung eines quantitativen Modells basierend auf meteorologischen und Monitoring-Daten durchgeführt. Die Kombination aus präzise datierten, hochaufgelösten Multi-Proxy-Records und einem quantitativen Modell stellt eine solide Basis dar, um (i) geeignete Proxys für die Rekonstruktion der Extremereignisse zu identifizieren und (ii) bestimmte Ereignisse in verschiedenen Speläothemen zu vergleichen. Dies ermöglicht die Bestimmung von Zeitpunkt, Dauer und Struktur der Ereignisse.

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