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Global particulate organic carbon flux derived from Th-234: 13 ocean regions, 3 export depths

The 234Th–238U disequilibrium technique has been widely used to estimate the amount of particulate organic carbon (POC) exported from surface ocean layers to the deep sea. This method is based on determining 234Th fluxes from vertical 234Th–238U profiles in the water column and converting them into POC fluxes using POC/234Th ratios measured in sinking particles at a given calculation depth. We present here an extensive repository of POC fluxes, together with Th fluxes and POC/234Th ratios. Covering all the global ocean, classified in 13 regions, season and moment of the bloom and calculated at three different depths: i) a fixed depth (100 m) ii) the reference depth in the paper associated to the base of the euphotic zone iii) the 234Th–238U equilibrium depth. To ensure a compilation representative of the global ocean, the dataset were selected using the division areas proposed by the international network JETZON (Joint Exploration of the Twilight Zone Ocean Network); that agreed a division of the oceans in 13 regions based on their contrasted physics and biogeochemical characteristics. The stations from 234Th publications associated to each JETZON region were carefully selected according to their ability to represent regional environmental conditions. Furthermore, station selection was based on essential criteria such as data quality and accessibility, availability of time series, clear definition of export depth, measurements from established programs, e.g. GEOTRACES, and the presence of other additional relevant ancillary data. The data in the compilation are thus organized by region and include geographic coordinates, season, selected export depth, and other key factors (such as a description of the flux evaluation depth or the export depth zone). After 234Th–238U compilation, 234Th fluxes were calculated, when possible, at the three different depths, i), ii) and iii), under the assumption of steady-state conditions, following Le Moigne et al. 2013. Using POC/234Th ratios, POC fluxes are estimated from Th fluxes and both fluxes were included in the repository. POC/234Th ratios were chosen from pump samples, prioritizing particles larger than 53 μm when available. These ratios must be estimated at the flux calculation depth [i), ii) and iii)]. When they were not available at the calculation depth POC/234Th values were interpolated as described in the readme text file. The values of the ratios are included in the repository, specifying the depth at which they were determined and indicating whether they have been interpolated. Similarly, when 234Th, 238U concentrations were not available at the calculation depth, values were interpolated (see readme text file).

Bottom water data of sediment incubation experiments under anoxic conditions

Enhanced mineral dissolution in the benthic environment is currently discussed as a potential technique for ocean alkalinity enhancement (OAE) to reduce atmospheric carbon dioxide (CO2) levels. This study explores how biogeochemical processes affect the dissolution of alkaline minerals in surface sediments during laboratory incubation experiments. These involved introducing dunite and calcite to organic-rich sediments from the Baltic Sea under controlled conditions in an anoxic to hypoxic environment. The sediment cores were incubated with Baltic Sea bottom water. Eight sediment cores were positioned vertically in a rack. Since the sediment surface was slightly oxidized by the bottom water (∼125 μmol l−1 upon recovery), the cores were left plugged on the top for 13 days to settle after recovery until the sediment surface was anoxic. To achieve chemical conditions that are expected in the natural system, 500l of retrieved sea water were degassed via bubbling with pure dinitrogen gas in batches of 100 l. Afterwards, between 50 and 60 l were transferred into an evacuated gas tight bag. After the transfer, pH and total alkalinity (TA) were measured to determine the dissolved inorganic carbon (DIC) of the water. Afterwards the DIC was increased via adding pure CO2 until a CO2 partial pressure (pCO2 ) of ∼2,300–∼3,300 μatm was established mimicking conditions prevailing in Boknis Eck during summer. Stirring heads were installed on the cores. To prevent the development of oxic conditions, it was ensured that as little gas phase as possible was left in the cores. Elimination of pelagic autotrophs, heterotrophs, and suspended particles was achieved by flushing the cores with modified bottom water for 2 days with a flow rate of 1.5 mml min−1. Afterwards, a continuous throughflow of 700 μl min−1 from the reservoir of modified bottom water was applied, leading to a residence time of ∼2.1 days inside the cores. For the experimental incubations, six cores received additions of alkaline materials, three with calcite (Cal1 - Cal3) and three cores with dunite (Dun1 - Dun3), leading to three replicates per treatment. Two control cores remained untreated (C1, C2). The amount of added substrate was based on the rain rate of particulate organic carbon observed in Boknis Eck (0.5 mmol cm−2 a−). The incubation lasted for 25 days. The volume of water in each core was determined at the end of the experiment via measuring the height of the water column after removing the stirring heads. Bottom water samples were taken from the outflow of each core over a time period of several hours. Thus, samples represent the average outflow over the respective time period. Sampling intervals increased from daily during the first two weeks to every three to four days and weekly towards the end of the experiment. All samples were filtered through a 0.2 µm cellulose membrane filter and refrigerated in 25 ml ZinsserTM scintillation vials. Samples for TA were analyzed directly after sampling by titration of 1 ml of bottom water with 0.02N HCl. Titration was ended when a stable purple color appeared. During titration, the sample was degassed by continuous bubbling with nitrogen to remove any generated CO2 and H2S. The acid was standardized using an IAPSO seawater standard. Acidified sub-samples (30 μl suprapure HNO3- + 3 ml sample) were prepared for analyses of major and trace elements (Si, Na, K, Li, B, Mg, Ca, Sr, Mn, Ni and Fe) by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES, Varian 720-ES).

Innovative Ansätze zur Verbesserung des Kohlenstoffspeicherpotenzials von Vegetationsküstenökosystemen, Vorhaben: Ökosystemleistungen und sozio-ökologische Dynamik von vegetativen Küstenökosystemen

H2-Reallabor Burghausen / ChemDelta Bavaria, Teilvorhaben: I

Forest-Climate Projects KWAMP and PAPSTA (Rwanda)

Aim of the assignment was to undertake a feasibility study within the Kirehe 'Community Based Watershed Management Project' (KWAMP) and the 'Project for the Strategic Plan for the Transformation of Agriculture' (PAPSTA) do qualify as CDM projects according to the regulations of the Kyoto protocol. Services provided: Clarification of the additionality for both projects; Determination whether the projects can be implemented as Programme of Activities (PoA); Revision and improvement of technical mechanisms for monitoring, for continued support to the establishment of agroforestry systems, and for sharing monetary incentives with participating farmers; Assessment of the carbon finance opportunities for the planned small-scale biogas fermenters; Development of the Carbon Finance Documents for both projects based on the standard of the BioCarbon Fund of the World Bank.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Einflusss von Umweltveränderungen auf antarktisches Phytoplankton untersucht mit Hilfe eines synergistischen multi- und hyper-spektralen Satellitendatenansatzes

Klimamodelle sagen voraus, dass sich in naher Zukunft im Antarktischen Ozean signifikant die Temperatur und der PH-Wert ändern werden, bedingt durch den Anstieg der Konzentrationen troposphärischer Treibhausgase und vor allem durch den erhöhten Kohlenstoffdioxidausstoß aus fossilen Brennstoffen. Solche Änderungen wirken sich auf die Zusammensetzung des Phytoplanktons aus und damit auch auf die Stoffkreisläufe wichtiger Elemente (Kohlenstoff, Stickstoff, usw.). Ziel dieses interdisziplinären Projektes ist die genauere Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Variabilität der Biomasse von unterschiedlichen Phytoplanktontypen im Antarktischen Ozean. Einerseits wird hiermit das Verständnis der Rolle des antarktischen Phytoplanktons für das Ökosystem vertieft und andererseits deren Beitrag für den globalen Kohlenstoffzyklus genauer quantifiziert. Durch die einzigartige Kombination von Satellitendaten zweier unterschiedlicher Instrumententypen soll die Konzentration verschiedener Phytoplankton-Typen im Antarktischen Ozean zum ersten Mal mit umfassender zeitlicher und räumlicher Abdeckung bestimmt werden. Die Gesamtbiomasse wird durch eine an die Antarktis angepasste Prozessierung mit Hilfe multispektraler Satellitenmessdaten berechnet. Der Anteil wesentlicher Phytoplanktontypen an der Gesamtbiomasse wird anhand der Auswertung charakteristischer Absorptionsstrukturen von hyperspektralen Messdaten (PhytoDOAS-Methode) ermittelt. Somit soll ein synergetisches Produkt aus sich ergänzenden Informationen multi- und hyperspektraler Satelliteninstrumente entwickelt werden, das auf ähnliche Satelliteninstrumente, deren Messungen in naher Zukunft starten, übertragbar sein wird. Damit kann dann ein Datensatz über die Verteilung von Phytoplanktontypen über Dekaden erstellt werden. Mit dem im Projekt entstehenden Datensatz über die Verteilung der Phytoplanktontypen soll deren Variabilität und Korrelation mit sich ändernden Umweltfaktoren im Antarktischen Ozean in den vergangenen untersucht werden. Darüber hinaus soll unser Datensatz genutzt werden, zur Verbesserung und Evaluierung eines Ökosystem-Models, welches die Biogeographie verschiedener Phytoplanktontypen durch Parametrisierung physiologischer Eigenschaften an ein Ozeanzirkulatonsmodell errechnet. Mit Hilfe des Langzeitdatensatz und dem damit verbundenen Wissen über die Variabilität der Phytoplanktontypen, wird ein Fundament geschaffen, um den Einfluss der Klimaveränderungen im Antarktischen Ozean zu bemessen.

Mesocosm experiment on the influence of heatwave on plankton

In the context of global change, marine organisms are subjected not only to gradual changes in abiotic parameters, but also to an increasing number of extreme events, such as heatwaves. However, we still know little about the influence of heatwaves on the structure of marine communities, and experimental studies are needed to test the impact of heatwaves alone, and in combination with other environmental drivers. Here, we conducted a mesocosm experiment and applied an integrated multiple driver design to assess the potential impact of heatwaves under ambient and future environmental conditions on natural coastal plankton communities. To represent future environmental conditions, temperature and pH were manipulated based on the Representative Concentration Pathway 8.5 proposed by the IPCC for 2100, and dissolved N:P ratios were increased to simulate the conditions expected in European coastal zones. Throughout the experiment, we measured abiotic conditions as well as the abundance of bacterioplankton, phytoplankton, and microzooplankton.

Übersichtskarte der Organischen Kohlenstoffvorräte in Böden Schleswig-Holsteins – Karte 2: Corg-Vorräte bis 100 cm unter Geländeoberfläche in t/ha

In der organischen Substanz (Humus) von Böden wird Kohlenstoff gespeichert. Zur Darstellung der Humusmengen bzw. -vorräten in Böden dient die vorliegende Karte. Die Einheit ist Tonnen pro Hektar (t/ha). Die organischen Kohlenstoffvorräte (Corg-Vorräte) ergeben sich aus dem Produkt von Humusgehalten in Masse-% - Boden, der Trockenrohdichte des Bodens und der Betrachtungstiefe in cm (hier 100cm). Bei mineralischen Böden unter Wald erfolgt die Darstellung unter Einbeziehung der Humusauflage. Grundlage sind die Geometrien und Idealprofile (Leit- und Begleitböden) der Bodenübersichtskarte 1:250.000 von Schleswig-Holsteinl. Die Nutzungsinformationen stammen aus dem Datensatz Corine-Landcover (CLC 5 2018 des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG)) und wurden für diese Karte zu 5 Klassen aggregiert. Die Attributtabelle der Karte enthält zusätzlich die Information über absolute organische Kohlenstoffvorräte der Einzelflächen. Es werden Flächen bis zu einer Mindestgröße von 1 ha dargestellt. In Siedlungsgebieten und auf stark anthropogen beeinflussten Flächen weisen die Daten höhere Unsicherheiten auf, weshalb die Kartendarstellung in diesen Bereichen ausgegraut wurde. In der Attributtabelle der Flächendaten sind die entsprechenden Angaben enthalten.

Übersichtskarte der Organischen Kohlenstoffvorräte in Böden Schleswig-Holsteins – Karte 1: Corg-Vorräte bis 30 cm unter Geländeoberfläche in t/ha

In der organischen Substanz (Humus) von Böden wird Kohlenstoff gespeichert. Zur Darstellung der Humusmengen bzw. -vorräten in Böden dient die vorliegende Karte. Die Einheit ist Tonnen pro Hektar (t/ha). Die organischen Kohlenstoffvorräte (Corg-Vorräte) ergeben sich aus dem Produkt von Humusgehalten in Masse-% - Boden, der Trockenrohdichte des Bodens und der Betrachtungstiefe in cm (hier 30cm). Bei mineralischen Böden unter Wald erfolgt die Darstellung unter Einbeziehung der Humusauflage. Grundlage sind die Geometrien und Idealprofile (Leit- und Begleitböden) der Bodenübersichtskarte 1:250.000 von Schleswig-Holsteinl. Die Nutzungsinformationen stammen aus dem Datensatz Corine-Landcover (CLC 5 2018 des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG)) und wurden für diese Karte zu 5 Klassen aggregiert. Die Attributtabelle der Karte enthält zusätzlich die Information über absolute organische Kohlenstoffvorräte der Einzelflächen. Es werden Flächen bis zu einer Mindestgröße von 1 ha dargestellt. In Siedlungsgebieten und auf stark anthropogen beeinflussten Flächen weisen die Daten höhere Unsicherheiten auf, weshalb die Kartendarstellung in diesen Bereichen ausgegraut wurde. In der Attributtabelle der Flächendaten sind die entsprechenden Angaben enthalten.

Übersichtskarte der Organischen Kohlenstoffvorräte in Böden Schleswig-Holsteins – Karte 3: Corg-Vorräte bis 200 cm unter Geländeoberfläche in t/ha

In der organischen Substanz (Humus) von Böden wird Kohlenstoff gespeichert. Zur Darstellung der Humusmengen bzw. -vorräten in Böden dient die vorliegende Karte. Die Einheit ist Tonnen pro Hektar (t/ha). Die organischen Kohlenstoffvorräte (Corg-Vorräte) ergeben sich aus dem Produkt von Humusgehalten in Masse-% - Boden, der Trockenrohdichte des Bodens und der Betrachtungstiefe in cm (hier 200cm). Bei mineralischen Böden unter Wald erfolgt die Darstellung unter Einbeziehung der Humusauflage. Grundlage sind die Geometrien und Idealprofile (Leit- und Begleitböden) der Bodenübersichtskarte 1:250.000 von Schleswig-Holsteinl. Die Nutzungsinformationen stammen aus dem Datensatz Corine-Landcover (CLC 5 2018 des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie (BKG)) und wurden für diese Karte zu 5 Klassen aggregiert. Die Attributtabelle der Karte enthält zusätzlich die Information über absolute organische Kohlenstoffvorräte der Einzelflächen. Es werden Flächen bis zu einer Mindestgröße von 1 ha dargestellt. In Siedlungsgebieten und auf stark anthropogen beeinflussten Flächen weisen die Daten höhere Unsicherheiten auf, weshalb die Kartendarstellung in diesen Bereichen ausgegraut wurde. In der Attributtabelle der Flächendaten sind die entsprechenden Angaben enthalten.

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