Das Projekt "Exploratory Study of the Formation and Distribution of Surfactant Films on the Ocean's Surface and Their Global Mapping" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. The sea-surface microlayer (SML) plays an important role in air-sea interactions, in particular for greenhouse gases affecting the global heat budget. This interfacial region between ocean and atmosphere is often enriched in naturally occurring surfactants affecting air-sea gas exchange processes. In this proposed study the formation and distribution of surfactant films in coastal and oceanic waters will be extensively investigated to study seasonal and small-scale variations. Carbohydrates originating from the primary production in the water column are the largest sources of surface-active substances (SAS) in the SML. A new approach for the investigation of the surfactant coverage of the ocean's surface will be applied using a simple and robust electrochemical method for SAS. Numerous samples will be analysed on SAS to obtain small-scale surfactant coverage of various environmental conditions, including primary production. The data will be used to interpolate a threshold value for chlorophyll and the primary production as indicator of the presence of surfactants films. Global ocean chlorophyll and primary productivity distribution maps estimated from SeaWIFS ocean color images and the derived threshold values will be used to provide maps illustrating surfactant coverage of the global oceans. Global maps of surfactant coverage will significantly improve the estimation of annual net fluxes of greenhouse gases, in particular for CO2, and therefore the prediction of the future climate.
Das Projekt "Teilprojekt (08) T02: Energiebilanz der Deckschicht des Ozeans" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung durchgeführt. Die wichtigsten Energietranfers im mesoskaligen Skalenbereich (zwischen 100m und 10km) wird identifiziert, quantifiziert und parametrisiert, mit dem Ziel sie in globale Klimamodelle zu integrieren. Dies wird mit Hilfe numerischer Ansätze erreicht, die aus zwei verschiedenen Modellstudien bestehen, spezialisiert auf turbulente Flüsse und regionale Ozeanprozesse, sowie mit Hilfe eines Feldprogrammes, welches die Ostsee als ein 'natürliches Labor' für die Beobachtung von sub-mesoskaligen Energietransfers nutzt.
Das Projekt "Teilprojekt: Sauerstoffentzug im Pazifischen Ozean während des Pliozäns" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geologie durchgeführt. Der Sauerstoffgehalt der Weltozeane ist notwendig zum Überleben der meisten Organismen und seine Abnahme hat damit einen enormen wirtschaftlichen Einfluss. Weil sich das globale Klima weiter ändert, werden nicht nur die Meere immer wärmer wodurch sie immer weniger Sauerstoff aufnehmen können, auch werden immer mehr Nährstoffe von den Kontinenten in den Meere gespült so dass viele Küstenregionen immer mehr Sauerstoff verlieren. Um den Einfluss des abnehmenden Sauerstoffgehalts auf marine Ökosysteme besser zu verstehen, brauchen wir Rekonstruktionen aus der Vergangenheit um zu verstehen was genau in der Zukunft passieren wird. Foraminiferen sind der ideale 'Proxy' um diese Änderungen zu rekonstruieren, weil sie nicht nur unter niedrigen Sauerstoffbedingungen überleben können sondern sogar auch weiter kalzifizieren, was notwendig ist um die Geochemie der Schalen zu nutzen. Während der Kalzifizierung werden z.B. redox-empfindliche Elemente wie Mangan in den Schalen eingebaut, was als Hinweis für frühere Sauerstoffbedingungen genutzt werden kann. Mit diesem Antrag plane ich, Mn/Ca in Foraminiferen zu nutzen, um zu zeigen wie der Pazifik im späten Pliozän den Großteil seinem Sauerstoffs verloren hat und damit seinen heutigen sauerstoffarmen Zustand erreichte. In diesem Projekt werde ich die nachfolgenden Hypothesen prüfen; zum ersten dass der Pazifik sein Sauerstoffgehalt innerhalb kürzester Zeit, nach dem Beginn der Nordhemisphären Vereisung (ca. 2.7 Ma), durch Wassermassenstratifizierung im Nordpazifik verloren hat; zweitens dass die Stratifizierung im Nordpazifik während des M2-Glazial (ca. 3.3 Ma) für die Abnahme des Sauerstoffgehalts des gesamten Pazifiks verantwortlich war; und drittens dass sich der Sauerstoffgehalt des Pazifik während der ersten Interglaziale (ca. 2.5 Ma) nach dem Beginn der Nordhemisphäre Vereisung zeitweise erholte.
Das Projekt "Teilprojekt (06) M06: Techniken zur Kopplung von Atmosphäre und Ozean durch Wellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH, Institut für Küstenforschung durchgeführt. Es sollen Techniken entwickelt werden um die Kopplung zwischen Atmosphäre und Ozean durch die Formation und das Brechen von Oberflächenwellen im Ozean zu quantifizieren. Diese Techniken beinhalten eine numerische Implementierung von diffusen Grenzflächenmethoden für eine thermodynamisch konsistente und voll gekoppelte Simulationen der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser, sowie Feldexperimente zur gleichzeitigen Messung von Luftstrom, der Ozeanwellenkopplung, und der turbulenten Energiedissipation im oberen Ozean.
Das Projekt "Meersoberflächenfilme - Bildung von biofilmähnlichen Grenzflächen zwischen dem Meer und der Atmosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. The objective of the proposed study is the exploratory investigation on the fundamental processes and distribution leading to the formation of a biofilm-like matrix within the sea-surface microlayer. The microlayer, the interfacial layer between the ocean and the atmosphere (typically 40-100 micrometer in thickness), plays an important role in air-sea interactions, particle aggregation and biogeochemical cycling. Preliminary work indicates the potential of exopolymer substances (EPS) to accumulate in the microlayer, a fundamental process in the formation of a biofilm-like matrix at the air-water interface. Microlayers are also inhabitated by unique bacterial communities, another shared characteristics with biofilms. The proposed study will address the mode by which a biofilm-like microlayer is formed and distributed, and how it leads to the establishment of bacterial communities adapted to the harsher environment. Through extensive field work biofilm formation and its chemical composition (down to the molecular level) will be monitored and linked to microbiological and meteorological parameter. The proposed work includes investigation of carbon transformations as a greater understanding of the relationship between the formation process and its function can reveal strategies promoting biofilm formation at the oceans surface. The proposed work will answer the question if the recent reported extensive microlayer coverage of the global ocean has generally biofilm-like characteristics. The hypothesis of a biofilm-like coverage of the ocean?s surface has wide implication on biogeochemical cycles and climate science.
Das Projekt "Teilprojekt (11) W02: Energietransfer durch 'low mode' interne Wellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung Ozeanographie durchgeführt. Die Ziele des Projektes sind die Entstehung und Ausbreitung von internen Wellen im globalen Ozean zu quantifizieren, die Transportwege von 'low-mode' internen Wellen zu untersuchen (inklusive der Prozesse entlang der Wege), die Quell- und Senkenregionen zu entdecken und den Beitrag zu lokaler Dissipation zu quantifizieren sowie die involvierten Prozesse zu identifizieren. Dafür werden wir (i) hoch-aufgelöste (1/10° oder höher) Modellläufe, (ii) Beobachtungen von Energieflüssen der internen Wellen und (iii) die Kombination aus Beidem nutzen.
Das Projekt "Teilprojekt (16) L03: Diagnose und Parametrisierung von Wirbeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Meereskunde durchgeführt. Wir quantifizieren die Diffusivität von Wirbeln und untersuchen die Interaktion von Wirbeln mit der mittleren Strömung sowie submesoskaligen Prozessen in Schlüsselregionen des Ozeans mit Hilfe von Lagrange-Partikelstatistik in Ozeanmodellen und Beobachtungen. Die Datengrundlage liefert ein Drifterexperiment und in-situ Beobachtungen an der Benguela-Auftriebsfront. Zusätzlich entwickeln wir eine energetisch konsistente Parametrisierung von meso- und submesoskaligen Prozessen welche wir für den globalen Ozean testen werden, wobei der Fokus auf Skalen von 100 km - 1 km liegt.
Das Projekt "Untersuchung von gelöstem organischen Kohlenstoff in den tropischen Flüssen von Malaysia durch in-situ und Satellitenbeobachtungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung für Erdfernerkundung (Fernerkundung der Atmosphäre) durchgeführt. Das Klima ist eng mit der Konzentration von CO2 in der Atmosphäre verbunden. Eine Priorität ist daher, Flüsse von Kohlenstoff zu quantifizieren und zu verstehen, wie die Menschheit diese Flüsse verändern. Forscher haben terrestrische Biome (d. h. tropische und gemäßigte Wälder und boreale Torfgebiete) sowie aquatische Ökosysteme (d. h. Seen und Ozeane) bearbeitet, aber sehr selten beide Biome verbunden oder die Verbindung zwischen den beiden, die Flüsse, untersucht. Obwohl Torfgebiete nur etwa 3% der Bodenfläche der Erde abdecken, speichern sie eine erhebliche Menge an Kohlenstoff und spielen eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die tropischen Torfwälder und Torfablagerungen stellen eines der größten oberflächennahen Reservoirs aus organischem Kohlenstoff dar. Südostasiatische Reservoire enthalten ca. 70 Gt C, größtenteils in Sumatra und Borneo. Die Flüsse, die aus diesen Torfgebieten abfließen, sind sehr reich an gelöstem Organischen Kohlenstoff (DOC). Indonesien allein kann 10% des globalen DOC-Flusses ausmachen, aber diese Schätzung basiert auf Daten von nur zwei Flüssen. In Südostasien ist der Eintrag des DOC vom Land zum Ozean nach den jüngsten Umwandlungen von Torfgebieten für die Landwirtschaft wahrscheinlich deutlich gestiegen, aber das ist aufgrund des Mangels an Daten noch nicht endgültig bestätigt. Beide Antragsteller haben in den letzten 4 Jahren Pionierarbeit über die Freisetzung von Treibhausgasen aus Torfabflussflüssen in Borneo durchgeführt. Das vorgeschlagene Projekt konzentriert sich auf die Etablierung von in-situ DOC Langzeitmessungen in einem repräsentativen Fluss. In Borneo werden viele Torfgebiete in landwirtschaftliche Flächen umgewandelt und wir wollen die jährlichen Schwankungen des DOC-Transports quantifizieren. In einer Erweiterung und ergänzend zu unserer laufenden Arbeit, werden wir mit Satellitenfernerkundungsdaten arbeiten, um die Analyse auf das gesamte Borneo zu erweitern. Das vorgeschlagene Projekt umfasst zwei Besuche von A / P Müller an der Universität Bremen, um den in-situ Logger zu installieren und gesammelte Felddaten zu analysieren (WP1) und mit Satellitendaten an der Universität Bremen zu vergleichen (WP2). Nach dem ersten Besuch werden in Malaysia (vor und nach dem nächsten Nordostmonsun im Oktober 2018 und März 2019) zwei Feldexpeditionen durchgeführt, gefolgt von einem zweiten kurzen Besuch von A / P Müller an die Universität Bremen, um die gesammelten Daten zu konsolidieren, ein Manuskript für die Veröffentlichung zu erarbeiten, und die langfristige Fortsetzung der Forschungskooperation in Person zu diskutieren (WP3).
Das Projekt "Teilprojekt B 04: Partikelaustausch an der Luft-Wasser-Grenzfläche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik und Physik, Physikalisches Institut durchgeführt. Fällt ein Regentropfen auf eine Wasseroberfläche oder platzt dort eine Gasblase, so wird in einem komplizierten strömungsmechanischen Prozess eine Vielzahl kleinster Tröpfchen produziert und in die Luft geschleudert. Diese Tröpfchen können ursprünglich im Wasser vorhandene Mikroplastikpartikel in die Luft übertragen. Da sowohl Regen als auch platzende Gasblasen in natürlichen und technischen Systemen wie Ozeanen, Pfützen oder Kläranlagen extrem häufige Ereignisse sind, liegt hier ein potenziell hochrelevanter Migrationspfad von Mikroplastik aus der Hydro- in die Atmosphäre vor. Dieser Prozess soll im vorliegenden Projekt durch eine Kombination aus Modell-Experimenten und Computersimulationen im Detail untersucht und verstanden werden.
Das Projekt "Teilprojekt: Gasmigration und Gashydratbildung in marinen Sedimenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Wir schlagen vor, IODP/ODP-Daten einzusetzen, um numerische Modelle für die Entstehung von Gashydraten in marinen Sedimenten zu kalibrieren. Wir möchten dabei besonders untersuchten, was mit dem Methangas geschieht, das entsteht wenn Gashydrate begraben und unterhalb der Stabilitätszone zersetzt werden. Dieses Gas kann entweder in die Stabilitätszone aufsteigen, um dort neues Hydrat zu bilden oder gemeinsam mit dem Sediment begraben werden. Wenn das Gas in die Stabilitätszone zurückfließt, kann dort sehr viel Hydrat akkumulieren. Ohne diese Rückführung liegt die Hydratsättigung im Porenraum dagegen in der Regel bei kleiner als 1 Prozent . In den Modellen, die bisher genutzt wurden, um die Hydratmenge im globalen Ozean abzuschätzen wurde angenommen, dass das Gas begraben und nicht zurückgeführt wird. Die tatsächliche Hydratmenge könnte sehr viel größer sein als bisher vermutet, falls die Gasrückführung ein weitverbreitetes Phänomen ist. Der Rolle der Gashydrate im Klimasystem und ihr Potential als fossiler Energieträger wären dann größer als bisher vermutet.
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