Das indisch-deutsche Wissenschaftlerteam vom National Institute of Oceanography (NIO) und vom Alfred-Wegener-Institut ist von seiner Expedition mit dem Forschungsschiff Polarstern zurückgekehrt. Das Kooperationsprojekt Lohafex lieferte neue Einblicke in die Funktionsweise des planktischen Ökosystems. Es dämpfte jedoch die Hoffnungen, bedeutende Mengen Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre langfristig im Südozean binden zu können, um die Erderwärmung abzumildern. Die Wissenschaftler brachten sechs Tonnen gelöstes Eisen in ein 300 Quadratkilometer großes Gebiet ein, das innerhalb eines Meereswirbels von 100 Kilometern Durchmesser lag. Anschließend haben sie in diesem Fleck die Auswirkungen der Eisenzugabe auf das Plankton über 39 Tage kontinuierlich beobachtet. Zusätzlich untersuchten sie die Chemie des Ozeans, insbesondere den Gehalt von CO2 und weiteren klimarelevanten Gasen.
Das Projekt "LOHAFEX" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Vom deutschen Forschungsschiff Polarstern aus wird die Auswirkung von Eisendüngung auf Ökologie und Kohlenstoffaufnahmepotential im Südlichen Ozean untersucht. LOHA bedeutet in Hindi Eisen, FEX steht für Fertilization EXperiment (Düngungsexperiment). Durch die Düngung einer Fläche von 300 Quadratkilometern mit 20 Tonnen gelöstem Eisensulfat wird ein schnelles Wachstum von Phytoplankton (Meerespflanzen, einzellige Algen) angeregt. Ein Team aus Physikern, Chemikern, Biologen und Geochemikern untersucht dann während einer Dauer von sieben Wochen die Auswirkungen dieser Algenblüte auf den Austausch von Kohlendioxid (CO2) zwischen Meer und Atmosphäre, auf die Plankton-Nahrungsketten und auf die Organismen des darunter liegenden Meeresboden. Das Projekt soll klären, ob durch Düngung ausgelöste Algenblüten dazu beitragen können, der Atmosphäre das Treibhausgas CO2 über einen langen Zeitraum zu entziehen. Die Auswirkung der Düngung auf das Zooplankton ist ein weiterer Untersuchungsaspekt. Untersucht wird, ob die Eisendüngung auch zu einer Vermehrung der Krillbestände führen kann und somit eine Zunahme der Großwalbestände ermöglicht. Das Projekt ist umstritten und wird vom Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie von Umweltschutzverbänden abgelehnt. Insbesondere die Frage, ob das Projekt mit den Beschlüssen der 9. Vertragsstaatenkonferenz zum Übereinkommen über die Biologische Vielfalt (CBD) vereinbar ist, ist umstritten. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Forschung und Bildung nach der Auswertung mehrerer Gutachten Ende Januar 2009 genehmigt.
Das Projekt "Teilprojekt 1,2 Marine Biogeochemie im AWI-ESM (TP1 C-Isotope; Teilprojekt 2 Si-Isotope+Fe)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Simulation des marinen Kohlenstoffkreislaufes mit speziellem Fokus auf (i) der Simulation der Kohlenstoffisotope 13C und 14C und (ii) einem verbessertes Verständnis der Rolle von Eisen und Kieselsäure. Zu (i) wird insbesondere die Rolle der Ozeanzirkulation untersucht. Zu (ii) wird im Detail wird untersucht werden, inwieweit Eisendüngung und Kieselsaürenverlustes im Südozean - beides spezifische Änderungen der biologischen Kohlenstoffpumpe - eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislaufes gespielt haben. Im Zentrum der Analyse steht nach der Modellverbesserung ein besseres Verständnis der marinen Prozesse, die verantwortlich waren für: (a) während des Übergangs von der letzten Eiszeit in die heutige Warmzeit für den Anstieg des atmosphärischen CO2-Gehalts von ca. 100 ppm; (b) während des Beginns der letzten Eiszeit für einen Abfall der CO2 Konzentration; (c) während schneller Klimaschwankungen im Marinen Isotopenstadium 3 für Variationen in CO2 von ca. 20 ppm. Computersimulationsergebnisse werden mit Daten aus Sedimentbohrkernen, insbesondere Isotopendaten (13C, 14C, 30Si), verglichen, um Rückschlüsse auf die stattgefundene Prozesse zu ziehen.
Das Projekt "Quantification of organic carbon fluxes onto surface sediments of the Southern Ocean and comparison to the high latitude North Atlantic" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Hauptziel dieser bipolaren Studie ist ein Vergleich des Eintrags von organischem Kohlenstoff (Corg) auf den Meeresboden für den polaren Nord- und Südatlantik. Hiermit sollen Erkenntnisse über Ähnlichkeiten und Unterschiede im Export von Corg zum Meeresboden, Einbettungseffizienzen und Zusammenhänge zwischen Kohlenstoff und Silizium-Kreislauf in hohen nördlichen und südlichen Breiten gewonnen werden. Die Feldarbeiten konzentrieren sich hierzu auf den Südozean. Für diese Polarregion existieren, im Gegensatz zum nördlichen Nordatlantik, bisher keine in situ Messungen von Sauerstoff-Mikroprofilen zur exakten Berechnung von Stoffflüssen. Derartige Daten sollen während zweier Antarktis und einer Arktis-Expedition gewonnen werden. Das wissenschaftliche Konzept folgt einer Strategie, die von den Antragstellern zuvor erfolgreich für den nördlichen Nordatlantik angewandt wurde. Dabei wird die in situ-Messung von O2-Mikroprofilen kombiniert mit der numerischen Modellierung des Corg-Eintrags am Meeresboden und der Anwendung eines Geo-Informations-Systems (GIS) zur Berechnung räumlicher Budgets des Corg-Exports zum Meeresboden. In situ-Messungen und die Anwendung dieses Konzeptes auf den Südozean erlaubt den qualifizierten Vergleich von Unterschieden und Ähnlichkeiten bezüglich des Corg-Exports zum Meeresboden und die Kopplung zwischen Kohlenstoff und Silikatkreislauf. Diese Studie liefert Beiträge zu Themen der CO2-Fixierung durch Eisendüngung, globalen Kohlenstoff- und Siliziumbudgets und zur Proxi-Anwendung bei paläoozeanographischen Rekonstruktionen.
Das Projekt "Entwicklung eines Staub-Eisen-Modellierungssystemes und ein Benchmark-Studium für Staub-Eisen-Haushalt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Institut für Geophysik und Meteorologie, Bereich Meteorologie, Arbeitsgruppe Atmosphärische Modellierung durchgeführt. Jedes Jahr werden große Mengen an Staub in Richtung Ozean transportiert und dort abgelagert. Das im Staub enthaltene Eisen ist dabei ein wichtiges Düngemittel für die Biomasseproduktion auf der Ozeanoberfläche und bestimmt somit den Umsatz an atmosphärischem Kohlenstoff. Die quantitative Schätzung an abgelagertem Staub bzw. Eisen unterliegt allerdings nach wie vor Unsicherheit. Zur Untersuchung der Reaktion des marinen Ökosystems auf den Klimawandel sowie zur Abschätzung der Wirkung des Ozeans als Kohlenstoffsenke insbesondere für ansteigende atmosphärische CO2-Konzentrationen, sind wir auf Staubmodelle zur Bestimmung des Staub- und Eisentransportes angewiesen. Existierende Staubmodelle sind nicht in der Lage Staub-Partikelgrößenverteilungen zu bestimmen. Diese sind allerdings notwendig um Transportwege und Ablagerungen von Staub und Eisen exakt zu berechnen. In diesem Projekt wollen wir uns mit der Herausforderung befassen, ein neues regionales Staubmodell zu entwickeln, das die Fähigkeit zur Berechnung der partikelgrößenabhängigen Staub-/Eisenemission und -deposition hat und sowohl für Staubstürme als auch für sporadisch auftretende schwache Staubereignisse genutzt werden kann. Der Ansatz zur Staubemissionsparametrisierung ist dabei völlig neu. Das Modell wird auf das Lake Eyre Basin in Australien angewandt, einer Region, die als größte Mineralstaub- bzw. Eisenquelle in der südlichen Hemisphäre gilt. Zahlreiche Staub- und Eisenmessungen sowie Landoberflächencharakterisierungen liegen für diese Region vor. Sollte das Projekt erfolgreich sein, wird damit zum ersten Mal eine detaillierte Bestimmung des regionalen Staub- und Eisenbudgets möglich sein, die als Referenz für globale Simulationen von Staub- und Eisenablagerungen und damit einhergehende Reaktionen des marinen Ökosystems herangezogen werden kann.
Das Projekt "Die Eisendüngung vor Inseln im Südozean: Fe-Isotopenaustausch zwischen reaktiven Partikeln und Meerwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Die marine Eisendüngung durch Inseln ist ein wichtiger Steuerungsprozess der marinen Planktonproduktion, einer der größten atmosphärischen CO2-Senken. Der Prozess lässt sich allgemein im Südozean beobachten, wo die glaziale Verwitterung auf Inseln eine gut dokumentierte Quelle an reaktivem, partikulärem Fe (pFe) darstellt. Diese Verwitterung dürfte sehr empfindlich auf den globalen Klimawandel reagieren. Der diagenetische Stoffkreislauf auf dem Schelf, mit Rückdiffusion und Rücksuspension von Fe in die Wassersäule ist eine weitere Quelle von globaler Bedeutung. In unseren vergangenen Studien auf King George Island, antarktischer Inselbogen, konnten wir zeigen, Fe-isotope eine Unterscheidung dieser Quellen erlauben. Jedoch zeigt die Fe-Isotopenzusammensetzung des gelösten Fe (dFe) insgesamt im Südozean eine überraschend große Variabilität von etwa 2‰ (d56Fe). Dies bedeutet entweder eine lokal sehr variable Mischung der beiden Fe-Quellen, einen regional sehr diversen Fe-Stoffkreislauf mit variabler Interaktion zwischen dFe und pFe, ein regional sehr dynamischer biologischer Fe-Kreislauf in der Wassersäule, oder Kombinationen aller drei Aspekte. Ich beantrage während einer FS Polarstern Expedition (PS-133), die verschiedenen Fe-Quellen von der Küste der Insel Süd-Georgiens und den Fe-Transport in den offene Ozean mithilfe von Fe-Isotopenanalysen zu verfolgen, und die Transformation dieser partikulären Fe-Quellen in bioverfügbares dFe, z.B. durch Lösung und Austausch mit der Partikeloberfläche, auf der Basis der Fe-Isotopenfraktionierung zu bestimmen. Die Fe-Isotopenfraktionierungsfaktoren, die generell im marinen Millieu nur unzureichend bestimmt sind, sollen experimentell im Labor und an Bord bestimmt werden. Diese Austauschexperimente beinhalten Mischungen aus reinen Fe-Oxyhyroxiden und Mn-Oxiden mit künstlichem Meerwasser, sowie Mischungen aus mittels Tangentialflussfiltration angereicherten marinen Partikeln von der Schelf- und Kontinentalhangregion Süd-Georgiens mit filtriertem, partikelfreiem Meerwasser von stromaufwärts der Insel. Ebenso werden Mischungen aus reinen Mineralphasen mit Meerwasser des Südozeans untersucht. In allen Experimenten wird das Wasser mit einem monoisotopisch angereicherten „Spike“ versetzt, werden die Experimente (lang)zeit-kontrolliert beprobt, und die „Drei-Isotopenmethode“ konsequent verwendet, mittels derer die Extrapolation der isotopischen Fraktionerungsfaktoren möglich ist, selbst wenn die Austauschreaktion nicht vollständig abläuft. Die experimentell bestimmten Fraktionierungsfaktoren dienen als Basis, die natürlichen, molekularen Austauschprozesse bei der marinen Fe-Düngung zu identifizieren. Die natürliche Fe-Düngung soll vor Süd-Georgien auf der PS-133 Expedition vom Littoral bis in den offen, hochproduktiven Ozean beobachtet und beprobt werden. Zum Vergleich sollen zusätzlich Proben aus dem Littoral und der Küstenregion vor King George Island von einer früheren Expedition analysiert werden.
Das Projekt "Kohlendioxidaufnahme des suedlichen Ozeans" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 1 Physik,Elektrotechnik, Institut für Umweltphysik,Fernerkundung durchgeführt. General Information: Variations of atmospheric CO2 are affecting past, present and future of the global climate. The biological production of the oceans by photosynthetic fixation of dissolved CO2, as well as the related air/sea exchanges of CO2, are forcings of the abundance of CO2 in the atmosphere. The Southern Ocean plays a major role in the redistribution of CO2 between atmospheric and oceanic reservoirs. The Southern Ocean i unusual as it exhibits plenty essential nutrients nitrate, phosphate and silicate in surface water but somehow the photosynthetic CO2 fixation and plant biomass is low. It is the largest High Nutrients Low Chlorophyll (HNLC) region of the global ocean. Several independent models of the carbon cycle suggest that whatever limits the uptake of the classical nutrients in the Southern Ocean has a an over-riding influence on atmospheric carbon dioxide. From recent joint studies of several CARUSO partners it is now becoming apparent that inadequate supply of the essential trace metal iron in combination with poor light conditions preventing large diatoms to bloom and sequester CO2 into the deep sea. Thus the overall objective of CARUSO may be formulated in one hypothesis to be tested: 'The carbon dioxide uptake by the Southern Ocean is being dominated by synergistics of light and iron regulating the photosynthetic CO2 fixation of large diatoms and carbon export into deeper waters.' For unravelling the physical forcings (light, wind, mixing) and chemical and biological processes which together control the CO2 budget in the surface ocean a carefully designed combination of four lines of observation approach and their integration by modeling is proposed: 1) To assess on a large scale the role of the biological pump versus physical processes (up welling, advection) with the use of transient tracers (CFC, 3He/4He, Tritium) and the purpose to obtain and understand air-sea fluxes and deep mixing and transport of CO2. 2) To unravel and understand the physiology of some key Antarctic bloom-forming diatoms (e.g. Corethron criophilum, Fragilariopsis kerguelensis, Chaetoceros) with focus on the iron-light synergistics and the carbon metabolism. 3) To assess the sources of supply of the limiting trace nutrient iron to Antarctic surface waters with the us of natural isotopic tracer techniques (228Ra and '43Nd/'44Nd). 4) To assess the effect of an artificial in situ iron fertilization on the Antarctic ecosystem and on carbon fluxes, with the use of chemical labelling techniques, in the context of a larger survey of rate and state variables. 5) To integrate the results of our, and previous, investigations in an existing mechanistic ecosystem and elemental budget (C, N, Fe, Si) model for obtaining and understanding the climatic sensitivity of above processes. Prime Contractor: Netherlands Institute for Sea Research, Department of Marine Chemistry and Geology; Den Burg/Netherlands.
Das Projekt "Teilprojekt 4 Simulation glazialer Eisendüngung und Kieselsäuren-verlust mit dem Modell RECOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist, mit Hilfe von Computersimulationsmodellen ein verbessertes Verständnis der Rolle von Eisen und Kieselsäure für den Anstieg von atmosphärischem CO2 während des Übergangs von der letzten Eiszeit in die heutige Warmzeit zu entwickeln. Im Detail wird untersucht werden, inwieweit die Hypothese (a) der Eisendüngung und des (b) Kieselsäurenverlustes im Südozean eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf gespielt haben. Spezieller Fokus wird auf der Validierung der Simulationsergebnisse mittels Silizium (Si) Isotopen liegen. In einem ersten Schritt ist das Simulationsmodell der marinen Biologie und Biogeochemie RECOM zu verbessern, indem mögliche Quellen für Eiseneintrag (Sedimentflüsse, Meereis, kontinentale Verwitterung) eingebaut und validiert werden. In einem zweiten Schritt werden die Auswirkungen von flexiblen Si:N und Si:C Verhältnissen als Konsequenz von verändertem physiologischem Zustand, (d.h. Eisen- und Stickstoffkonzentrationen) auf das marine Phytoplankton mittels Computersimulationen untersucht und validiert. Letztendlich werden Si-Isotope eingebaut und deren simulierte Verteilungen mit Daten validiert. Anschließend werden mit dem verbesserten RECOM Modell Sensitivitätsstudien durchgeführt, in denen der Einfluss von Eisen, insbesondere von unterschiedlichen Eisenquellen, auf die Ergebnisse analysiert wird.
Das Projekt "Controls on and paleoceanographic utility of the valve size frequency distribution of the Southern Ocean diatom, Fragilariopsis kerguelensis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Unraveling the role of the Southern Ocean's biological pump in regulating climate would be enhanced by the development of paleoceanographic proxies specific to carbon or silica cycling. Observations that the average size of valves of the diatom, Fragilariopsis kerguelensis, varies seasonally, with latitude, and over glacial-interglacial cycles in the Southern Ocean suggest that the valve size frequency distribution in sediments could be used to reconstruct aspects of paleoproductivity and silica cycling. We aim to develop this proxy by using culture, field and sediment samples to determine the exact controls on valve size frequency distributions, the most important of which is likely to be the frequency of auxospore formation within the population. The controls on auxospore formation are as yet unknown and both mating experiments in culture as well as in situ iron fertilization experiments are likely to unravel the mechanisms determining auxospore formation under both controlled and field conditions. The valve size frequency distribution can then be used to indicate the intensity of the environmental and/or biological conditions triggering auxospore formation.
Das Projekt "Molecular ecology of diatom nitrate assimilation during Southern Ocean iron-enrichment experiment EIFEX" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stanford University Department of Geophysics durchgeführt. Die Auslösung des Nitrattransportes und der Nitratassimilation von Diatomeen als Antwort auf die Eisendüngung während des European Iron Fertilization Experiment (EIFEX), vom 20. Januar bis 25. März 2004 im antarktischen Ozean, zu charakterisieren ist das Hauptziel dieses Antrags. Neben der Verbindung des Stickstoffkreislaufes und des Eisenkreislaufes im Ozean, kann diese Studie helfen, die funktionale Rolle der Diatomeen in der marinen Umwelt zu verdeutlichen und Modelprognosen der Populationsdynamiken von Diatomeen zu verbessern. Fragen, die angesprochen werden, sind: 1) ob die NO3- Aufnahme speziell in Diatomeen als Antwort auf die Eisendüngung ausgelöst wird 2) ob die potentielle Induktion von hocheffizienten NO3- Transportwegen in Diatomeen zu ihrem ökologischen Erfolg unter Bedingungen der Eisendüngung beisteuern und 3) ob Ammonium (NH4+) vor und NO3- nach der Eisendüngung die Hauptstickstoffquelle für das Wachstum ist. Dieser hier umrissene Ansatz kombiniert Artenspezifische RNA Proben für die NO3- Assimilation der Diatomeen mit Messungen des Stickstoffisotopenverhältnisses (d15N) für partikuläre Stoffe und gelöste Pools. Dieser duale Ansatz zielt darauf ab, die Physiologie der Diatomeen mit der Biogeochemie des Stickstoffes zu integrieren und könnte ein starkes Werkzeug zur Aufklärung der Blütenbildungsmechanismen bei der Eisendüngung liefern.
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