Das Projekt "Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - Integrated Ocean Drilling Program/Ocean Drilling Program (IODP/ODP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe durchgeführt. Das International Ocean Discovery Program (IODP) ist ein zehnjähriges globales Vorhaben zur Erkundung der Bereiche unter den Meeresböden durch Tiefbohrungen. Es hat im Oktober 2013 begonnen und baut auf früheren wissenschaftlichen Ozean-Bohrprogrammen, namentlich dem Deep Sea Drilling Project (DSDP, 1968 - 83), dem Ocean Drilling Program (ODP, 1983 - 2003) und dem Integrated Ocean Drilling Program (IODP, 2003 - 2013), auf. Die wissenschaftlichen Ziele des neuen Bohrprogramms sind im Wissenschaftsplan 'Illuminating Earth's Past Present and Future' zusammengefasst. Darin sind vier Forschungsschwerpunkte festgelegt, die ihrerseits in insgesamt 14 verschiedene wissenschaftliche 'Herausforderungen' unterteilt sind:1) 'Climate and Ocean Change': Eine der wichtigsten wissenschaftlichen Herausforderungen ist es unser Verständnis für Änderungsraten und Ursachen globaler Klimaereignisse sowie deren Folgen zu verbessern. Die Erbohrung und Untersuchung von hochauflösenden Paläoklima-Archiven aus der Tiefsee erlauben Klimaänderungen und deren Rahmenbedingungen besser zu fassen und als Analogmodelle für den aktuellen Klimawandel sowie als Grundlage für numerische Modelle zur Vorhersage zukünftige Kimaänderungen heranzuziehen.2) 'Biosphere Frontiers': Eine weitere Herausforderung ist die Erforschung von Leben tief unterhalb des Meeresbodens, wo Mikroben isoliert von der photosynthetischen Welt an den Grenzbereichen theoretisch möglicher Lebensräume existieren. Die Erforschung dieser extremen Lebensräume erlaubt unter anderem Rückschlüsse auf die Entstehung des Lebens auf der Erde, da zu dieser Zeit ähnlich extreme Bedingungen herrschten. Eine weitere wichtige Herausforderung im Rahmen dieses Schwerpunktes ist die Beziehung zwischen Biodiversität und schnellen Umweltveränderungen. Ihre Erforschung ermöglicht Vorhersagen, wie der derzeitige Umweltwandel die marine Biodiversität und die marinen Ökosysteme beeinflussen könnte.3) 'Earth Connections': In diesem Schwerpunkt wird auf die geochemischen Austauschprozesse zwischen der festen Erde, den Ozeanen und der Atmosphäre fokussiert. Eine wichtige Herausforderung sind Bohrungen in den Erdmantel. Dieses größte geochemische Reservoir der Erde ist immer noch weitgehend unerforscht. Weitere Herausforderungen sind unter anderem ein besseres Verständnis für die Produktion ozeanischer Kruste sowie die involvierten Alterationsprozesse voran zu treiben.4) 'Earth in Motion': Dieser Schwerpunkt fokussiert auf kurzfristige geodynamische Prozesse von unmittelbarer gesellschaftlicher Relevanz. Hierunter fallen z.B. Prozesse im Zusammenhang mit Erdbeben, Erdrutschen und Tsunamis. Ebenfalls unter diesen Schwerpunkt fallen Herausforderungen wie ein Verständnis für die Bildung und Stabilität von Gashydraten und das Potential für die Sequestierung großer Mengen Kohlendioxid in Gesteinen der Tiefsee sowie die Installation von Bohrlochobservatorien.
Das Projekt "Teilprojekt D02: Datierung von Evaporiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Institut für Geologie und Mineralogie durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist es, die 176Lu-176Hf und 238U-230Th Methodik für die Anwendung an Evaporitmineralen (Karbonat, Anhydrit, Gips, Bassanit) zu entwickeln. In Kombination würden diese Methoden das gesamte zu erwartendene Alterspektrum in der Atacama Wüste abdecken (einige Zehntausend bis Zehnermillionen Jahre).
Das Projekt "Teilprojekt D03: Stabile Isotope: Entwicklung eines Paleo-Feuchtigkeit Proxys über die Sauerstoffisotopen-zusammensetzung von Kristallwasser in Calciumsulfaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Institut für Geologie und Mineralogie durchgeführt. Dieses Projekt untersucht die 16O-17O-18O and the H-D Isotopensysteme im Kristallwasser von Gips (CaS04-2H20) und Bassanit (CaS04-2H20). Ziel ist der prinzipielle Nachweis, ob es möglich ist aus der Isotopie des Kristallwassers atmosphärische Parameter, wie z.B. die Luftfeuchtigkeit zum Zeitpunkt der Mineral(um)bildung, zu rekonstruieren.
Das Projekt "Teilprojekt Z04: Analytischer Service" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Fachgruppe Physik, Institut für Kernphysik durchgeführt. Neun der neunzehn geplanten Teilprojekte verwenden kosmogene Nuklide und Radiokarbondatierung für Alters- und Prozessratenbestimmungen. Diese Methoden haben gemein, dass sie mittels Beschleunigermassenspektrometrie (AMS) durchgeführt werden und einer speziellen Probenaufbereitung bedürfen. Dieses Projekt liefert das Personal, um routinemäßig hochqualitative Analysen für die erwarteten mehr als 1000 AMS-Proben innerhalb des SFB durchzuführen; sowie die Expertise zur Planung geeigneter Probenahmestrategien und zur Interpretation der Daten.
Das Projekt "Teilprojekt D01: Kosmogene Nuklide: Datierung alter kontinentaler Sedimente in Trockengebieten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Institut für Geologie und Mineralogie durchgeführt. Ziel ist es, Methoden zu entwickeln, die geeignet sind alte Sedimente in Trockengebieten verlässlich zu datieren: (i) Entwicklung einer Methode um mittels kosmogenen 10Be and 53Mn terrestrische Alter von Mikrometeoriten (aus Trockenseesedimenten und der Gipsstaubbedeckung der Landschaft) zu bestimmen, (ii) Entwicklung und Anwendung der 10Be/21Ne-Bedeckungalterdatierung an Grobsedimenten, (iii) Entwicklung einer kosmogenen 21,22Ne Methode um Halit (Steinsalz) in Oberflächensedimenten (z.B. fossile Salzseen) zu datieren. Erwartete erschließbare Altersbereiche: ca. 1 bis 22 Ma bzw. ca. 0.5 bis 10 Ma, für 53Mn und 10Be/21Ne Bedeckungsaltersdatierung, es gibt keine theoretische Obergrenze für 21,22Ne.
Das Projekt "Die Rekonstruktion der delta44Ca-Isotopie des Phanerozoischen Ozeans" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR), Forschungsbereich 2: Marine Biogeochemie durchgeführt. Bei der Biocalcification spielt Calcium (Ca) neben Kohlenstoff (C) die entscheidende Rolle, trotzdem ist über erdgeschichtliche Variation des Elementes Ca in den Ozeanen relativ wenig bekannt. Dies ist auch dadurch begründet, daß bis in jüngste Zeit hinein Ca-Isotope, im Gegensatz zu den C-Isotopen, nicht mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden konnten. Durch den instrumentell-analytischen Fortschritt hat sich die Präzison der Calcium-Isotopenbestimmung (d44Ca) in den letzten Jahren jedoch gesteigert, so daß erstmalig säkulare d44-Ca-Variationen des Meerwassers im Laufe der Erdgeschichte aufgezeigt werden können, welche uns Informationen über die Dynamik der Calciumquellen und -Senken geben können. In einer umfassenden Bestandsaufnahme biogener und abiogener Calciumcarbonate wollen wir geeignete fossile Calciumcarbonate oder -Phosphate finden, die für die Rekonstruktion einer marinen Ca-Isotopen-Stratigraphie geeignet sind. Mit dieser Grundlage wollen wir gezielt bestimmte, in der Calciumcarbonatsedimentation auffällige Proben des Phanerozoikums untersuchen.
Das Projekt "Teilprojekt: Paläoklimatologie - Stabile Sauerstoff-(18O/16O) und Wasserstoff-(2H/1H) Isotopensignaturen von Pflanzen, Böden und Niederschlag entlang von Höhentransekten, und von Paläoklimaarchiven auf den Bale Mountains" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Professur für Bodenbiogeochemie durchgeführt. Äthiopien erhält den Großteil seiner Niederschläge durch Winde aus dem Süden die der Ostafrikanische Sommermonsun in den Nordhemisphärischen Sommermonaten bringt. Die Stärke der Ostafrikanischen Monsunniederschläge variierte jedoch zum Teil erheblich im Verlaufe des Quartärs und auch der Anteil von Niederschlägen durch die Westerlies könnte in der Vergangenheit sehr variabel gewesen sein. Während der vergangenen Jahre entwickelten sich einige neue Biomarker- und Stabilisotopenmethoden zu hochinnovativen und viel versprechenden (semi-)quantitativen Paläoklima-Proxies. Durch die Entwicklung und Anwendung solcher Biomarker- und Stabilisotopenmethoden zielt das beantragte Projekt darauf ab, einen Beitrag zur (semi-)quantitativen Paläoklimarekonstruktion der Bale Mountains in Äthiopien zu leisten. Im Speziellen sollen Temperatur, relative Luftfeuchte, Niederschlagsmenge und Änderungen im Quellgebiet der Niederschläge rekonstruiert werden.Im Rahmen eines der Arbeitspakete wird der rezente Niederschlag räumlich und zeitlich aufgelöst auf seine Isotopensignatur (2H/1H and 18O/16O) untersucht. Diese Daten sollen u.a. helfen die für die Bale Mountains relevanten atmosphärischen Zirkulationssysteme und deren spezifische Isotopensignaturen besser zu verstehen. In einem zweiten Arbeitspaket wird untersucht wie akkurat sich die Isotopensignatur des Niederschlags wie auch die relative Luftfeuchte und Temperatur in den Biomarker- und Stabilisotopensignaturen von Pflanzen und Böden widerspiegeln. Hierzu werden Klimagradienten entlang von Höhentransekten auf die Bale Mountains untersucht. Der methodische Schwerpunkt wird auf der Untersuchung von komponenten-spezifischen 2H-Analysen von Pflanzenwachs-bürtigen n-Alkan- und Fettsäurebiomarkern, auf komponenten-spezifischen 18O-Analysen von Hemizellulose-bürtigen Zuckerbiomarkern und auf Bodenbakterien-bürtigen Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraether (GDGT) Lipidbiomarkern liegen. Das dritte Arbeitspaket trägt zur Gewinnung von Sedimentbohrkernen und Aufstellung von dazugehörigen Chronostratigraphien bei. Diese Sedimentbohrkerne werden gemeinsam mit den Teilprojekten P2-Antrosole und P4-Paläoökologie als Archive genutzt um die menschliche Besiedelungsgeschichte wie auch die Spätquartäre Klima- und Landschaftsgeschichte der Bale Mountains zu rekonstruieren. Das Teilprojekt P5-Paläoklimatologie wird hierzu die oben spezifizierten Biomarker- und Stabilisotopenmethoden anwenden.
Das Projekt "Teilprojekt C04: Gipswüste & atmosphärischer Eintrag" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Department für Geowissenschaften, Institut für Geologie und Mineralogie, Abteilung Kristallographie durchgeführt. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Quellen und Raten atmosphärischer Deposition, sowie die Art und Kinetik von Phasenübergängen. Nitrate und Sulfate sind Ziele für die Bestimmung ihrer Quellen und Ablagerungsraten. Die wasserhaltigen und wasserfreien Polymorphe von Calciumsulfat sind das Hauptziel, um Phasenbeziehungen (als Funktion der Temperatur und der Wassermobilität) und die Kinetik der Transformation (Lösung/Fällung, Phasentransformation) zu untersuchen. Oberflächenelemente und untiefe Bodenelemente (Polygone, Krusten, Knollen, Keile) deuten auf die weit verbreitete, klimabedingte Transformationen von Sulfaten hin, die es zu untersuchen gilt.
Das Projekt "Magnesiumisotope (d26Mg) als Proxy für abiogene und biogene Kalzifikationsprozesse und für die chemische Evolution der Ozeane im Phanerozoikum" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR), Forschungsbereich 2: Marine Biogeochemie durchgeführt. Magnesium (Mg) ist das häufigste Erdalkalielement im Meerwasser und beeinflusst über seine Wechselwirkung mit Calcium (Ca) die biogene und abiogene Calcification in den Ozeanen. Trotz dieser herausragenden Bedeutung für den marinen Stoffkreislauf ist bisher nur wenig über die erdgeschichtliche Evolution der Magnesiumkonzentration im Ozean bekannt. Die erdgeschichtliche Entwicklung des Mg im Ozean könnte mit präzisen Messungen von Mg-Isotopenverhältnissen (d26Mg) besser untersucht werden, da die Mg-Isotopie eine genauere Charakterisierung der Mg-Quellen und Mg-Senken ermöglichen würde. Aktuelle technische/analytische Entwicklungen erlauben solche präzisen Mg-Isotopenmessungen mit der 'Multiple Collector-ICPMS'. Damit können die relevanten biologischen und abiologischen (Calcifications-) Prozesse des marinen Mg-Kreislaufs jetzt auch über Mg-Isotope studiert werden. Zunächst soll die Isotopenfraktionierung des Mg an verschiedenen rezenten Karbonaten umfassend untersucht werden. Ausgehend von den daraus gewonnenen Erkenntnissen sollen im Rahmen dieses Projektes Zeitreihen der d26Mg-Isotopie generiert werden, welche uns Informationen über die erdgeschichtlichen Variationen der Mg-Isotopie und Mg-Konzentration im Ozean geben. Von den Ergebnissen erwarten wir neue Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen der Mg-Konzentration im Ozean und der erdgeschichtlichen Entwicklung der biogenen Calcification.
Das Projekt "Die Abhängigkeit der Strontiumisotopenfraktionierung (delta88Sr) bei der temperaturkontrollierten Präzipitation von Calciumcarbonat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR), Forschungsbereich 2: Marine Biogeochemie durchgeführt. Die physikalisch-chemischen Prozesse, welche eine Isotopenfraktionierung wichtiger Spurenelemente wie Strontium (Sr) bei der Präzipitation von Calciumcarbonat bewirken, sind bisher nicht bekannt. Im Rahmen der geplanten Forschungsarbeiten sollen die thermodynamischen Grundlagen und die Abhängigkeit der Sr-Isotopenfraktionierung (d88Sr=(88Sr/86Sr)Probe/(88Sr/ 86Sr)Standard-1)*1000 bei der Präzipitation von Calciumcarbonat von der Temperatur, der Mineralogie und der Kinetik biochemischer Prozesse untersucht werden. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob die d88Sr-Isotopensystematik als geochemischer und paläozeanologischer Proxie Anwendung finden kann.
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