Das Ziel des hier vorgeschlagenen LOBSTER Projektes im Rahmen des SPP 4D-MB umfasst zum einen den Einsatz eines deutsch-französischen Netzwerkes von Ozeanbodenseismometern (OBS) in der Ligurischen See als marine Komponente des seismischen Netzwerkes von AlpArray und zum anderen die Bereitstellung von korrigierten und prozessierten marinen seismologischen Daten, die kompatibel mit den Landdaten sind. AlpArray ist eine europäische Initiative mit dem Ziel, ein enges Netzwerk an Breitbandstationen im alpinen Orogen einzusetzen, um Untergrundstrukturen in hoher Auflösung abzubilden. Die marine Komponente von AlpArray und SPP 4D-MB umfasst den Einsatz von 33 Breitbandstationen aus Frankreich und Deutschland in der Ligurischen See. Der Einsatz der deutschen Stationen wird hier beantragt. Dahingehend haben die französischen Kollegen für 2017 Schiffszeit zum Ausbringen der Stationen sichern können, während in Deutschland zeitgleich ein Antrag auf Schiffszeit auf FS Merian/Meteor eingereicht und für 18 Tage Anfang 2018 bewilligt wurde. Damit können die Schiffszeiten für das Ausbringen und Bergen der Stationen zwischen den beiden Nationen geteilt werden. Die OBS-Daten sind essentiell für die Identifikation von Untergrundstrukturen im Übergang der westlichen Alpen zum Apennin und für unser Verständnis der dreidimensionalen Geometrie des tektonischen Systems. OBS-Geräte unterscheiden sind grundsätzlich von Landstationen aufgrund ihres maritimen Einsatzbereiches und somit gilt gleiches auch für die registrierten Daten. Die Hauptaufgabe im Rahmen von LOBSTER wird es daher sein, eine Kompatibilität zwischen den marinen Daten und den Landdaten herzustellen. Die kombinierte Analyse der beiden Datensätze im Rahmen von SPP 4D-MB setzt eine zeitnahe Korrektur und Bereitstellung des marinen Datensatzes voraus, so dass beide Datensätze zusammengeführt werden können. Die dafür notwendigen Bearbeitungsschritte sollen im Zeitraum zwischen den Ausfahrten aufgesetzt und vorbereitet werden. Um Kompatibilität zu erreichen, ist zunächst eine Zeitkorrektur notwendig. Ohne Verbindung zur Außenwelt ist eine Synchronisation z.B. mit GPS erst nach der Bergung möglich. Bis dahin entstandene Zeitfehler können durch Kreuzkorrelation des seismischen Umgebungsrauschens (ambient noise) behoben werden. Da OBS autark abgesetzt werden, ist ihre Orientierung am Meeresboden zunächst nicht bekannt und muss z.B. aus Messungen von Airgun-Schüssen ermittelt werden. Als letzten Bearbeitungsschritt im Projekt sehen wir eine Charakterisierung des Spektralverhaltens der OBS mit Hilfe von Wahrscheinlichkeitsdichte-Verteilungen der spektralen Leistungsdichte vor, um Aussagen über die Entstehung und Ausbreitung des seismischen Umgebungsrauschens in der Ligurischen See treffen zu können.
Marine Ökosysteme sowie das Sediment am Meeresboden binden auf natürliche Weise Kohlenstoff aus der Atmosphäre und fungieren als CO2-Senken und -Speicher. Die Mechanismen, die dieser Speicherung zugrunde liegen, sind bisher wenig untersucht. Somit muss das Grundverständnis, dass Meeresschutz auch Klimaschutz ist, in den nächsten Jahren fachlich detailliert untermauert werden. Die pelagischen Habitate haben dabei eine Schlüsselrolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Sie bilden die Grundlage des Nahrungsnetzes und unterstützen damit alle höheren trophischen Ebenen bei der Bindung von Kohlenstoff. Das Verständnis der komplexen im Pelagial ablaufenden Prozesse steht in der Nordsee erst am Anfang. Es gilt daher, die Rolle pelagischer Habitate bei Umsetzung, Bindung und Transports von Kohlenstoff in die Tiefe zur langfristigen Speicherung besser zu verstehen, um letztendlich die Meeresschutzmaßnahmen so auszurichten, dass die pelagischen Habitate diese Rolle optimal erfüllen können.
Um den Zustand pelagischer Habitate zu bewerten und deren Rolle im natürlichen Klimaschutz einzuschätzen, sind Monitoringdaten sowie adäquate Indikatoren essentiell. Die Monitoringdaten müssen in hoher Frequenz gewonnen werden, da das Plankton schnellen saisonalen Veränderungen unterliegt. Für die deutschen Nordseegewässer liegt ein erster innovativer Monitoringkonzept vor, das noch weiter erprobt werden muss und sich an den bereits bei OSPAR etablierten Indikatoren für die Bewertung von pelagischen Habitaten wie auch deren Funktion im Kohlenstoffkreislauf orientiert.
Übergeordnetes Ziel des Projektes ist die Ausarbeitung einer adäquaten und kostengünstigen Monitoringstrategie, die in-situ Probenahmen sinnvoll mit innovativen Monitoringmethoden wie automatischen Samplern, Satelliten- und FerryBoxdaten, DNA-Analyse sowie Bildaufnamen kombiniert und so die Beurteilung der Rolle von pelagischen Habitaten im Zusammenhang mit der Eutrophierung im natürlichen Klimaschutz ermöglicht. Das Monitoringkonzept muss dabei kostengünstig sein, zeitgleich aber eine zuverlässige und raumzeitlich hinreichende Erfassung des Artenspektrums des Phyto- und Zooplanktons gewährleisten.
Im Rahmen des Vorhabens sollen einerseits herkömmliche Methoden zur Erfassung der Phyto- und Zooplanktongemeinschaften zur Anwendung kommen, welche praktische Probenahmen auf See sowie die mikroskopische Analyse der genommenen Proben umfassen. Die Probenahmen werden dabei auf BSH-Schiffen im Rahmen des chemischen Monitorings des BSH durchgeführt. Die Auswertung der Proben wird an spezialisierte Labore vergeben.
Außerdem sollen unterschiedliche innovative Methoden getestet und bewertet werden. Für das Metabarcoding wird ebenfalls die o.g. Probenahme auf See benötigt. Bei den anderen Methoden wird auf Daten Dritter bzw. Kooperationen mit anderen Instituten zurückgegriffen. Eine Literaturrecherche soll dabei helfen, die erhaltenen Ergebnisse im Kontext anderer Untersuchungen zu Auswirkung des Klimawandels auf das Pelagial einzuordnen.
Selbst in tiefen Sedimentschichten unter z.T. mehreren Kilometern mächtiger Sedimentbedeckung finden sich noch aktive Mikroorganismen. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Untergrund an und überschreitet irgendwann die Grenze bis zu welcher Leben möglich ist. Die bisher festgestellte Temperaturobergrenze von Leben auf der Erde wurden an Mikroorganismen von hydrothermalen Systemen, sogenannten Schwarzen Rauchern gemessen und liegt bei ca. 120 Grad C. In Sedimenten hingegen liegt die Grenze deutlich niedriger. Messdaten aus Ölfeldern deuten auf eine Grenze von ca. 80 Grad C hin. Diese Diskrepanz zwischen hydrothermalen und sedimentären Systemen wurde dadurch erklärt, dass die Mikroorganismen in Sedimenten nicht genügend Energie gewinnen können um die bei hohen Temperaturen verstärkt notwendigen Reparaturen ihrer Zellbestandteile wie DNA und Proteinen durchzuführen. Interessanterweise lässt sich metabolische Aktivität bei extrem hohen Temperaturen nur dann nachweisen, wenn die Experimente unter hohem Druck stattfinden. IODP Expedition 370 wurde spezifisch zur Klärung der Frage nach dem Temperaturlimit von Leben in sedimentären Systemen durchgeführt. Im Nankai Graben vor der Küste Japans herrscht ein recht hoher geothermischer Gradient von ca. 100 Grad C/km, d.h. das gesamte Temperaturspektrum in dem Leben möglich ist erstreckt sich über ein Tiefeninterval von etwas mehr als einem Kilometer. Durch modernste Bohr- und Labortechniken war es möglich, Proben von höchster Qualität zu gewinnen, welche garantiert frei von Kontamination sind. Die Expedition hat einen stark interdisziplinären Charakter, so dass eine Vielzahl von biologischen und chemischen Parameter gemessen wurde, welche eine detaillierte Charakterisierung des Sediments erlauben. Das beantragte Projekt ist ein wichtiger Teil der Expedition, da Sulfatreduktion der quantitativ wichtigste anaerobe Prozess für den Abbau von organischem Material im Meeresboden ist. Im Rahmen einer MSc Arbeit wurden bereits erste Messungen durchgeführt. Diese konnten zeigen das Sulfatreduktion über die gesamte Kernlänge messbar ist, wenn auch z.T. mit extrem geringen Raten. Im Rahmen des beantragten Projekts sollen weitere Messungen durchgeführt werden, unter anderem auch unter hohem Druck. Dazu soll ein Hochdruck Temperatur-Gradientenblock gebaut und betrieben werden. Neben Sedimenten von IODP Exp. 370 sollen weitere Experimente mit hydrothermal beeinflusstem Sediment aus dem Guaymas Becken durchgeführt werden. Ein Vergleich zwischen diesen beiden Sedimenten soll weitere Einblicke in einen der wichtigsten biologischen Prozesse im Meeresboden liefern und ein besseres Verständnis über die Grenzen von Leben im allgemeinen.
Es werden organische Schadstoffe im Meerwasser, in Organismen und im Meeresboden bestimmt. Hierzu werden gaschromatographische und massenspektroskopische Methoden zur eindeutigen Identifizierung herangezogen. Die Auswahl von Tieren unterschiedlicher oekologischer Stellung ermoeglicht Einblicke in Anreicherungsvorgaenge in der Natur.
Der Datensatz beinhaltet die Wassertiefen in den Überflutungsgebieten die im Zusammenhang mit dem 3. Zyklus der Hochwasserrisikomanagement-RL erhoben und berichtet wurden. Es werden Wassertiefe für drei Überflutungsszenarien (niedrige (Lo), mittlere (Me) und hohe Wahrscheinlichkeit (Hi)) von Fluss- (RW) und Küstenhochwasser (CW) bereitgestellt. Die Wassertiefen sind in fünf Klassen (0–0,5 m (1), 0,5–1 m (2), 1–2 m (3), 2–4 m (4) und 4 m) eingeteilt. Darüber hinaus werden die Wassertiefen in drei Gebiete unterteilt: Überflutungsgebiet (1), Nachrichtliches Überflutungsgebiet (2) und Hochwassergeschütztes Gebiet (3). Diese zwei Einteilungen sind im Attribute "T_class" zusammengefasst. Die erste Zahl des Attribute "T_class " gibt an um welches Gebiet es sich handelt und die zweite Zahl die Wassertiefenklasse. Z.B. T_class = 23 bezeichnet ein Nachrichtliches Überflutungsgebiet mit einer Wassertiefe von 1,0 - 2,0 m. Die Überflutungstiefen von Fließgewässern und Binnengewässern ist die Differenz zwischen Wasserstand ü.NHN und Gewässersohle ü.NHN. Die Überflutungstiefen von Küstengewässern ist die Differenz zwischen Meeresboden ü.NHN und dem Seekartennull plus der Gezeitenhöhe. Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verwaltet im Auftrag der Wasserwirtschaftsverwaltungen in Deutschland im nationalen Berichtsportal Wasser (WasserBLIcK) die Daten der Berichterstattung zu diversen wasserbezogenen EG-Umweltrichtlinien. Auf Basis dieser Datengrundlage stellt die BfG in Abstimmung mit der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) ausgewählte Karten- und Datendienste bereit. Die hier bereitgestellten Dienste basieren auf national flächendeckend homogenisierten Datenbeständen. Die Aktualität der Daten beschränkt sich auf den Abschluss des 3. Zyklus der Hochwasserrisikomanagement-RL. Somit besteht keine Gewähr hier den aktuellsten Datensatz der zuständigen Behörden vorzufinden. Andere administrative Ebenen in Deutschland (Land, Bezirk, Kreis, Kommune) stellen gegebenenfalls zu diesem Thema Dienste in einer höheren räumlichen und zeitlichen Auflösung bereit.