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Upwelling in the Atlantic sector of the Southern Ocean

Das Projekt "Upwelling in the Atlantic sector of the Southern Ocean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung Ozeanographie durchgeführt. Upwelling is an important process in setting the characteristic of the mixed layer. Upwelling also provides a pathway for gases, nutrients, and other compounds from the ocean's interior into the mixed layer and ultimately into the atmosphere. Since the upwelling velocities are small, they cannot be measured directly. Recently, Rhein et al. (2010) exploited the helium isotope disequilibria found in the equatorial eastern Atlantic to infer upwelling speeds, upwelling rates, and vertical heat fluxes between the mixed layer and the ocean's interior. The disequilibrium in the mixed layer is caused by upwelling of 3He-enriched water from the interior. The surplus 3He is introduced into the deep ocean by hydrothermal activities.A first survey of historical Helium isotope data in the Antarctic Circumpolar Current (ACC) and the Weddell Sea showed, that the mixed layer is also enriched with 3He, which in summer months is supplied by upwelling of water from below the mixed layer. Although the first estimates of upwelling velocities from the historical data set look promising, the present Helium data lack a sufficient resolution in the upper 200-300m to determine the horizontal and vertical He gradients, necessary for the compilation of the upwelling velocity and of the contribution of diapycnal mixing. Here we propose to take the historical He data, and a new dedicated He data sets to be taken in November 2010 - February 2011 during the POLARSTERN cruise ANT 27/2 and January- February 2012 during POLARSTERN cruise ANT28/3 to calculate upwelling speeds and -rates in the Weddell Sea and the ACC, as well as heat fluxes between the interior and the mixed layer.This proposal is part of the Cluster ' Eddies and Upwelling: Major Factors in the Carbon Budget ofthe Southern Ocean'

Teilprojekt: Einfluss von dem Indonesischen Durchstrom auf der Biochronologie von Nordwest Australien während des Pliozäns

Das Projekt "Teilprojekt: Einfluss von dem Indonesischen Durchstrom auf der Biochronologie von Nordwest Australien während des Pliozäns" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geologie durchgeführt. Im Rahmen der 'International Ocean Discovery Program (IODP) Expedition 356' (Aug-Sep 2015) wurden entlang eines Transekts über den oberen Kontinentalhang und Schelf nordwestlich von Australien (Perth Becken, Northern Carnarvon Becken, Roebuck Becken) sieben Kerne gebohrt. Das übergeordnete Ziel der Exp. 356 war die Entwicklung des Indonesischen Durchstromes (Indonesian Throughflow = ITF) seit dem Pliozän zu untersuchen. Der ITF ist ein wesentlicher Bestandteil der globalen thermohalinen Zirkulation und treibt den nach Süden strömenden Leeuwin Strom an. Es wird vermutet, dass der ITF einen großen Einfluss auf das Einsetzen der Trockenheit in Australien und den Indonesisch-Australischen Monsun hatte. Obwohl sich die Bohrlokationen heute im Flachwasser befinden, herrschten im Pliozän pelagische Bedingungen, da durch tektonische Senkung ein offenes marines Becken im späten Miozän entstanden war. Die Lage der Bohrlokationen im Ausstrombereich des ITF ist ideal, um Veränderungen des ITF seit dem frühen Pliozän zu untersuchen. Frühere Arbeiten aus dem Maritimen Kontinent und dem offenen Indischen Ozean westlich von Australien haben gezeigt, dass signifikante Veränderungen im ITF während des Pliozäns auftraten. Änderungen im ITF wurden jedoch bislang nicht im unmittelbaren Ausstrombereich des ITF erforscht. Die während der Exp. 356 erbohrten Sedimente ermöglichen den direkten Einfluss dieser Veränderungen im ITF auf das Klima in Australien zu untersuchen. Das Ziel dieses Projektes ist es die Biochronologie im östlichen Indischen Ozean zu verbessern, um die folgenden Hypothesen zu testen: a) die Biochronologie im östlichen Indischen Ozean war identisch mit der des äquatorialen Pazifiks bis zum mittlere Pliozän (3.3 Ma); b) die Pliozäne Entwicklung der Biogeographie von flach- und tief-lebende Foraminiferen war unterschiedlich während des Pliozäns wegen der tektonischen Änderungen des ITF. Dazu soll anhand stabiler Sauerstoffisotope benthischer Foraminiferen ein hochpräzises Altersmodell mit orbitaler Auflösung für das Zeitintervall frühes Pleistozän-Pliozän (1.8-5 Ma), über den Vergleich mit den d18O Daten des benthischen Foraminiferen 'LR04 stacks', erstellt werden. Dieses Altersmodell bildet die Basis um das Vorkommen von planktischen Foraminiferenarten zeitlich einzuordnen und um die Biostratigraphie nach planktischen Foraminiferen für den Indischen Ozean zu verbessern. Die biostratigraphischen Alter wichtiger planktischen Foraminiferenarten die im Indischen Ozean angewendet werden, stammen bisher jedoch entweder aus dem Atlantik oder dem Pazifik und weisen erhebliche Unterschiede von mehreren hunderttausend Jahren zwischen beiden Ozeanen auf. Die IODP Bohrung U1463 wurde zum Testen dieser Hypothesen ausgewählt. Die Lage der IODP Bohrung U1463 ist ideal, da sie im unmittelbaren Ausstrombereich des ITF liegt und aufgrund eines geringen terrigenen Eintrags während des frühen Pleistozän-Pliozän (1.8-5 Ma) reich an planktischen Foraminiferen ist.

Sub project: Plio-Pleistocene climate change and N-C cycles in low-latitude upwelling systems

Das Projekt "Sub project: Plio-Pleistocene climate change and N-C cycles in low-latitude upwelling systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Sektion Geowissenschaften, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. During the Pliocene-Pleistocene (about the last ca. 5.0 Ma), the Earth's climate transitioned from a warm and relative stable state towards cold conditions marked by amplified glacial/interglacial cycles and formation of widespread ice-sheets in the Northern Hemisphere. It has been recently hypothesized that the causes of this global climate switch, driving a warm planet to 'icehouse' conditions, were intimately tied to a progressive decline in atmospheric CO2. However, the reasons of this diminution are still uncertain. While some studies proposed that the coeval stratification of the polar oceans (North Pacific and Southern Ocean) has played a preponderant role in reducing CO2 release from the deep ocean to the atmosphere, the effects of changes in low-latitude high productive areas remain unclear. This is particularly intriguing since recent work indicated that major changes in the oceanic nitrogen cycle, one of the main processes controlling the biological carbon pump, mainly occurred in the tropical and subtropical oceans. To investigate possible climatic feedback mechanisms between ocean circulation, atmospheric CO2, and global cooling with past changes of nutrient conditions in high productive areas during the Plio-Pleistocene, we aim to establish delta 15N and of chlorines in combination with alkenone delta 13C and temperature records in low-latitude upwelling regions. These regions may have been very sensitive to and highly influential on the global ocean nitrogen inventory as well as for the atmosphere-ocean CO2 exchange. Investigating the coastal upwelling systems within eastern boundary currents off Mauritania, Namibia, Peru, and in the Eastern Equatorial Pacific will allow us to determine variations in the advection of nutrient-rich water masses and in nutrient utilisation as well as their balance with the processes of denitrification and nitrogen fixation in tropical and subtropical oceanic areas. Together with estimation of past changes in surface-water PCO2 levels the reconstructions of past nutrient conditions, coupled with other proxy records for past circulation and productivity, should unravel the role of biogeochemical cycling in low latitude high productive regions for global cooling during the Plio-Pleistocene.

Sub project: Ocean-continent interactions in the mid Cretaceous Equatorial Atlantic realm

Das Projekt "Sub project: Ocean-continent interactions in the mid Cretaceous Equatorial Atlantic realm" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geologie durchgeführt. The project aims at deciphering terrestrial environmental dynamics and palaeoceanographic changes during the mid-Cretaceous super-greenhouse world based on the analysis of macerals, carbon and hydrogen isotope composition of plant-wax lipids and inorganic geochemical parameters via XRF scans in marine sediments. Our proposal shall try to answer paleoenvironmental key questions arising from these projects. We expect a straightforward correlation of data from the terrestrial and marine realms, thus yielding the opportunity to obtain a comprehensive view of global change during the investigated time slice. Analyses in varying resolution will be carried out across the upper Albian to lower Turanian interval to assess environmental and oceanographic change during the formation of various palaeoceanographic events. These events are the latest Albian Oceanic Anoxic Event Id (OAE Id), the Mid Cenomanian Event (MCE) and the Late Cenomanian OAE 2 all of which are representing major perturbations of the global carbon cycle. Investigations will be made along a stratigraphic splice of two sites from OOP Leg 207 (Demerara Rise) (Sites 1258 and 1260). Complementary analyses will be performed on selected intervals of DSDP Site 367 (Cape Verde Basin - Late Albian to Late Cenomanian) and 370 (off Morocco, Late Albian to (?) middle Cenomanian) from the eastern Atlantic in order to better estimate past large-scale hydrological-terrestrial changes in northern South America and NW Africa and their influence on the deposition of black shales in the tropical Atlantic. The project has been designed to achieve the following main goals: - Identification of runoff variations and thus terrestrial climate change during the Late Albian to early Turonian in general and during exceptional palaeoceanographic events (OAE Id, MCE and OAE 2) in particular. - Providing an estimate of terrestrial input into the marine realm at Demerara Rise during the latest Albian to early Turonian. - Testing the conceptual model of arid climates and saline bottom water formations in the tropical Atlantic during the late Cenomanian. - Providing linkages between marine palaeotemperature variations and terrestrial climate. - Estimation of changes in large-scale hydrology and its consequence for the accumulation of organic-rich sediments. - Testing the hypothesis of a significant /pCO2 drop connected to OAE formation.

Teilprojekt: Ein Referenzprofil für schnell spreizende ozeanische Kruste: Petrologie und Geochemie des Wadi Gideah-Profils im Oman Ophiolith-Komplex

Das Projekt "Teilprojekt: Ein Referenzprofil für schnell spreizende ozeanische Kruste: Petrologie und Geochemie des Wadi Gideah-Profils im Oman Ophiolith-Komplex" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Sektion Geowissenschaften, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Fast-spreading oceanic crust covering a large part of our planet is regarded as layered and homogenous. In spite of tremendous efforts by ship-based research, a complete modern chemical/petrological profile based on natural samples is still missing. In order to establish a reference profile through fast-spreading oceanic crust, the present study aims to perform a geochemical/petrological investigation of a crustal section in the Cretaceous ophiolite of Oman, which is regarded as the best example of fast-spreading oceanic lithosphere on land. For this, a complete section (gabbros, dikes, basalts) representative of approximately 6.5 km of fast-spreading oceanic crust was sampled at the Wadi Gideah in the Wadi Tayin massif. Within this project we focus on (1) petrography and phase analytical studies, (2) bulk-analytical characterization, (3) quantifying sulfur cycling and (4) characterizing the evolution of hydrothermal alteration with depth by using Sr and O isotopes. This profile will be unique in terms of completeness of the crustal components and quality and coherence of analytical data to be obtained. Hence, it is well-suited for advancing our understanding of crustal accretion processes and the evolution of primary and secondary geochemical cycles at fast-spreading oceanic crust. Finally, the Oman reference profile provide scientific support for the drilling of the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) at Site 1256 (equatorial Pacific) where the deepening of the present hole down into the gabbro crust is scheduled for 2011.

Teilprojekt: Quantifizierung der mikrobiellen Zelldichte in tiefen Sedimenten des äquatorialen Pazifiks (IODP Leg 320/321)

Das Projekt "Teilprojekt: Quantifizierung der mikrobiellen Zelldichte in tiefen Sedimenten des äquatorialen Pazifiks (IODP Leg 320/321)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Die Erforschung der tiefen marinen Biosphäre hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht, viele fundamentale Fragen sind aber bis heute nicht oder nur unvollständig beantwortet. Eine der wichtigsten offenen Fragen ist die nach der lebenden Biomasse. Die bisher verfügbaren Proben stammten fast ausschließlich aus sehr produktiven Gebieten, es gab keine Daten aus den nährstoffarmen zentralen Bereichen der Ozeane, weshalb frühere Quantifizierungen der Biomasse wahrscheinlich deutlich zu hoch ausfallen. Neuere Proben dem Gebiet des zentralen und südlichen Pazifiks unterstützen die Zweifel an den bisherigen Quantifzierungen da sie deutlich geringere Zelldichten aufweisen als die bisherigen Proben. Da die neuen Proben nur mit Kolbenloten gewonnen wurden haben die Kerne nur eine Maximallänge von 35 m. Die zur Zeit laufenden IODP Ausfahrten 320 und 321 (PEAT, Paleocene Eocene Age Transect) erbohrt Kerne im Gebiet des äquatorialen Pazifiks bis in das basaltische Basement. Diese Proben können wertvolle Informationen über die Zellverteilung in tiefen küstenfernen Sedimenten liefern. Durch eine sich kurzfristig ergebene Möglickeit konnten Proben für die Zelldichte auf der Ausfahrt genommen werden. Es werden die Finanzierung einer studentischen Hilfskraft und von Verbrauchsmitteln für die Auswertung beantragt.

Sub project: Time scales for vertically moving axial magma chambers at fast-spreading ocean ridges and involved magmatic reactions: Insights from IODP Site 1256

Das Projekt "Sub project: Time scales for vertically moving axial magma chambers at fast-spreading ocean ridges and involved magmatic reactions: Insights from IODP Site 1256" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Mineralogie durchgeführt. Models on the geodynamics of oceanic spreading centers imply that the axial magma chambers (AMC) under fast-spreading ridges are transient phenomena, moving up and down in distinct time scales which are only poorly quantified up to now. Thanks to IODP multi-cruise mission 'Superfast Spreading Crust' (Site 1256, equatorial East Pacific Rise), a direct estimation of these time scales seems now possible. Expedition 312 drilled successfully a fossil conductive boundary layer (CBL): a horizon of metamorphosed, 'granoblastic' dikes sandwiched between gabbros and sheeted dikes, providing the potential to obtain fundamental temporal information of the movements of the AMC/Dike transition. By applying modern tools of diffusion modeling to those phases within the 'granoblastic' dike horizon, which were metamorphosed by the thermal imprint of the AMC in a high position, we aim to constrain the time scales of vertical movements of AMC's. During upward moving of an AMC into previously hydrothermalized dikes, vast reactions are expected causing assimilation and stoping. It is our attempt to simulate these processes experimentally, in order to understand/quantify the mechanism of the corresponding magmatic reactions for evaluation a general model, how contamination of MORB under fast-spreading ridges proceeds.

Sub project: The down-hole magmatic-metamorphic evolution in basalts and gabbros monitored by Fe-Ti oxides: A complete section of Superfast Spreading Crust at IODP Site 1256D

Das Projekt "Sub project: The down-hole magmatic-metamorphic evolution in basalts and gabbros monitored by Fe-Ti oxides: A complete section of Superfast Spreading Crust at IODP Site 1256D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Mineralogie durchgeführt. The IODP multi-cruise mission Superfast Spreading Crust drilled successfully a complete section of the upper oceanic crust into the underlying gabbros (Site 1256D; eastern equatorial Pacific; 15 Ma crust formed at the East Pacific Rise). The recovered rocks, now representing the first reference profile through fast-spreading upper oceanic crust, reveal a complex interaction between magmatic and metamorphic processes: Primary crystallization; low- and high-temperature alteration; contact-metamorphism; partial melting/assimilation; magma mixing. The petrographic record of the whole section reveals that all processes involve the formation of, or the reaction with, Fe-Ti oxides, which can consequently be used as suitable proxies for monitoring the different stages in the magmatic-metamorphic evolution of fast-spreading oceanic crust. Therefore, we plan a detailed microanalytical study on the Fe-Ti oxides in 1256D crustal section. Electron microprobe data should be applied to an improved Fe-Ti oxide thermooxybarometer in order to evaluate the temperature-oxygen fugacity history. In-situ analysis of iron isotopes should improve our understanding of the interplay between hydrothermal circulation and primary magmatic processes. To constrain the conditions prevailing in the conductive boundary layer between the magma chambers and the axial high-temperature hydrothermal systems, an experimental study using very oxide-rich (Fe-Ti-rich) gabbros as starting material is planned to determine temperatures, redox conditions and volatile activities prevailing during crystallization. Such evolved compositions are interpreted as representing a key lithology at the transition between magmatic and hydrothermal systems.

Teilprojekt: Der tropische Regengürtel Südamerikas während der Abkühlungsphasen im späten Pliozän und frühen Pleistozän

Das Projekt "Teilprojekt: Der tropische Regengürtel Südamerikas während der Abkühlungsphasen im späten Pliozän und frühen Pleistozän" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Das Vorhaben beschäftigt sich mit der zeitlichen Einordnung der atmosphärischen Zirkulation und Lage der Innertropischen Konvergenz (ITCZ) über Südamerika während des Pliozäns. Abkühlung im Pliozän beinhaltend die Intensivierung der atmosphärischen Zirkulation im Zusammenhang mit Veränderungen der Meerestemperaturen im äquatorialen Pazifik. Anzeiger der pliozänen Meeresoberflächentemperaturen im Pazifik deuten auf einer Erhöhung des zonalen und meridionalen Gradienten, die die Walker-Zirkulation bzw. die Hadley-Zirkulation verstärkte. Die Divergenz in der Salinität zeigt, dass der Austausch von Oberflächenwasser zwischen Atlantischem und Pazifischem Ozean zwischen 4.7 und 4.2 Ma mit der endgültigen Schließung der Landenge von Panama unterbrochen wurde. Die Schließung hatte einen starken Einfluss auf die Zirkulation im äquatorialen Pazifik und auf die Entstehung einer Kaltwasserzunge im äquatorialen Ostpazifik. Auch beeinflusste die Schließung Panamas die Lage der ITCZ, aber Modellrechnungen und Daten kommen zu unterschiedlichen und unvereinbarten Ergebnissen. Das Vorhaben zielt auf die Erfassung der Änderungen in der Vegetation des westäquatorialen Südamerikas während drei Schlüsselphasen des Pliozäns mit Hilfe von Pollen und Sporen aus marinen Sedimenten des ODP Site 1239 vor der Küste Ecuadors. Die Daten sollen zum einen die Änderungen im Klima und terrestrischen Hydrologie von nordwestlichem Südamerika im Zusammenhang mit einer frühen Verschiebung der Lage der ITCZ zwischen 4.7 und 4.2 Ma aufzeichnen; zum anderen sollen die Daten den zeitlichen Verlauf der Verstärkung der Walker-Zirkulation zwischen 3.6 und 1.7 Ma dokumentieren. Im ersten Jahr des Projektes wurde die früh-Pliozäne Phase im Angriff genommen. Eine Verschiebung der Lage der ITCZ nach Süden konnte nachgewiesen und damit die Hypothese der Daten bestätigt werden.

Sub project: Stable isotope analyzes on benthic foraminifera from the Late Cretaceous (Turonian - Santonian) of Demerara Rise (ODP Leg 207) and comparison with the Pacific Ocean

Das Projekt "Sub project: Stable isotope analyzes on benthic foraminifera from the Late Cretaceous (Turonian - Santonian) of Demerara Rise (ODP Leg 207) and comparison with the Pacific Ocean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. The principal objectives of this project are (1) to establish a bottom-water paleotemperature record for the Turonian to Santonian (early Late Cretaceous), (2) to reconstruct the paleoceanographic conditions of the equatorial Atlantic, and (3) to address the question if there are significant ice sheets and/or short-term cooling phases during the early Late Cretaceous. In order to achieve this, it is intended to analyze the oxygen isotopic composition of benthic foraminifera. Two boreholes of ODP Leg 207 (Sites 1259 &1261) have been chosen. The cored sediments consist mostly of TOC-rich claystones and contain benthic foraminifera which show a glassy preservation. This status of preservation provides ideal conditions for the planned investigations and allows the calculation of reliable paleotemperatures. Furthermore, Demerara Rise occupies a central position for understanding mid- to Late Cretaceous ocean temperatures and the mechanisms of Cretaceous deep-water formation. Another important aspect of this investigation is a comparison with the Pacific Ocean for the same time interval. This will be achieved by studying material from DSDP Sites 305 and 463. Further objectives of this project are: (1) to refine the isotope stratigraphy, (2) to define possible short-term changes in bottom-water sources, and (3) to verify inter-species and species-specific variations in the isotope signals.

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