Das Projekt "Constraining future Antarctic ice loss with the coupled ice-ocean model PISM-FESOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Sea-level rise constitutes one of the major impacts of anthropogenic climate change. Mean sea-level has been rising with a rate of about 3 mm/yr since the beginning of the 1990s, dominated by ocean warming and the loss of mountain glaciers. The largest future contribution is however expected from mass loss of the large ice sheets on Greenland and Antarctica. The dynamic response of the Antarctic ice sheet to a warming climate is not well understood and therefore poses the largest uncertainty in future sea-level projections. In 2013 the IPCC acknowledged that a dependency of ice loss on future warming cannot be inferred due to a lack of understanding of the relevant processes and assessed a likely contribution of less than 20cm in the 21st century. New modeling results now indicate a risk of more than one meter sea level contribution from Antarctica under strong warming within the 21st century. Such contribution would dominate over other processes like thermal expansion, glacier melt and Greenland ice loss. The new projections leave sea-level impact scientists and coastal planners in a limbo as such upward-corrected projections would require massive changes in adaptation planning. Though the new projections are supported by the sensitivity of several meters per degree of warming inferred from records of past sea levels, the timescale of the contribution is difficult to infer from these records. Reconstructed sea-level histories suggest that fast changes occurred in the past in terms of 'melt-water pulses' with several meters of sea-level rise within a few hundred years. High rates of ice loss from Antarctica need to be sustained by an ocean circulation that is capable of providing the heat to melt the ice or transport icebergs towards warmer waters where they melt. Without thorough constraints on the ocean heat flux through energy conservation in the ice-ocean system, very high rates of ice loss remain therefore debatable. Only a coupled ice-ocean model will make it possible to provide such constraints and therewith reduce the uncertainty in future Antarctic ice loss. While the understanding of ocean and ice-sheet physics individually has matured, their interplay at the ice-ocean interface is still insufficiently understood. We therefore here propose to develop such a coupled model from well-established stand-alone models for the ice sheet and for the ocean.
Das Projekt "Sub project: Spatial Variations of the Phaseshift between Ocean Surface Warming, Evaporation and Changes oft Continental Ice Volume at Terminations I and II (P.O.E.T)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. The proposed study will examine the timing and phasing of the warming of the ocean surface during the beginning of interglacial Marine Isotope Stages (MIS) 1 and 5. The primary goal is to verify the hypothesis whether the tropical ocean or the Northern North Atlantic is pacing climate change at the glacial/interglacial transitions. The change in sea-surface temperature (SST) in relation to sea-surface salinity (SSS) and global ice volume change will be deciphered by using a hitherto unique approach, namely the measurement of combined ?44/40Ca, Mg/Ca and ?18O in the same planktonic foraminiferal species in comparison to alkenone-based temperatures. The high-resolution multi-proxy data series will be gathered from tropical to high northern latitude ocean areas in the Atlantic Ocean, roughly following the pathway of ocean heat and moisture via the Gulf Stream system, and hence, covering areas with different evaporation/precipitation ratios. We will reconstruct these oceanic parameters for the surface ocean by using shallow-dwelling and by using deep-dwellers foraminifers for the subsurface ocean.
Das Projekt "Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. 95% of the incoming solar radiation at the sea surface is absorbed by the ocean body. This process is an integral part of the oceanic heat budget, drives most of the global biological production and, thus, almost all major nutrient and carbon cycles in the ocean. This emphasizes the need of a proper understanding of the transport of solar radiation into the ocean. While previous research has been devoted to the mean energy input by solar radiation into the ocean, effects of the temporal and spatial fluctuations of the incoming solar radiation including its distribution with depth are poorly known, although certainly of large importance. Such fluctuations are caused by variations in the atmospheric transmission, sea surface roughness and spray, turbulent fluctuations in density, plankton, gelbstoff and other biological parameter. Since both the radiative transfer and the physical, biological and chemical response in the upper ocean are non-linear processes, temporal and spatial variability in the radiation yields a systematically different mean response compared to more homogeneous forcing. An existing Monte-Carlo radiative transfer code will be modified to simulate variability in light penetration through observed and simulated physical and biological states of the upper ocean. The results will be applied to ocean circulation models and to models of biological and chemical tracer cycles. Furthermore, the effect of radiation variability on algal physiology, i.e. photosynthetic performance and physiological acclimation, will be explored.
Das Projekt "Ocean Energy Web-GIS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) - Institutsteil Kassel durchgeführt. Das Ziel dieses Projekts ist das Design und die Implementierung eines interaktiven, webbasierten GIS (Geographisches Informationssystem) auf der OES-Homepage. Der Zweck dieser Anwendung ist es, interessierten Webseitenbesuchern detaillierte und weltweite Informationen mit Bezug zu Meeresenergien in Form einer optisch eindrucksvollen Kartenanwendung zu liefern. Die verfügbaren Informationen umfassen Meeresenergieanlagen, -Ressourcen und -Infrastruktur sowie weitere relevante geopolitische und geographische Informationen, allesamt dargestellt in Verbindung mit ihrem jeweiligen Standort bzw. Ausdehnung bzw. Verteilung auf einer weltweiten Karte.
Das Projekt "Sub project: What ends an Interglacial? Feedbacks between tropical rainfall, Atlantic climate and ice sheets during the Last Interglacial (EndLIG)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich 5 Geowissenschaften, Fachgebiet Geosystem Modellierung durchgeführt. When and how the present interglacial will end remains an open question. With a relatively wellknown climate, the Last Interglacial (LIG) and following glacial inception can shed some light on the climate mechanisms leading to the establishment of a new ice age. Two key questions arise from the chain of climate events known to end the LIG: (1) Did the interglacial North Atlantic warmth, prolonged by an active thermohaline circulation (THC), favor or delay the growth of northern ice sheets? (2) Did reorganizations in South American moisture contribute to prolong the North Atlantic warmth by maintaining a salty North Atlantic and active THC at the end of the LIG, as suggested by tropical moisture feedbacks observed during glacial times? To address these questions, we propose here to combine new paleoclimate reconstructions with climate model experiments. First, we will reconstruct the detailed evolution of the South American rainbelt during the last glacial inception, by applying complementary proxies on a transect of marine sediment cores. Second, we will assess the impact of tropical hydrologic changes on tropical Atlantic sea surface salinities (SSS) and the Atlantic THC, by comparing tropical Atlantic SSS and deep-water properties with model sensitivity experiments where we will vary the tropical freshwater forcing. Finally, we will perform a transient climate/ice-sheet model run for the last glacial inception, and a sensitivity study, in which different ocean heat fluxes will be imposed to investigate the effect of prolonged North Atlantic warmth on ice sheet growth.
Das Projekt "Nutzung der Meeresenergie in Deutschland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ecofys Germany GmbH - Niederlassung Berlin durchgeführt. Die Studie aus dem Jahr 2010 verfolgte das Ziel, die Grundlage für eine Neubewertung der Möglichkeiten zur Nutzung der Meeresenergie in Deutschland zu schaffen und die Bundesregierung damit hinsichtlich einer zukünftigen Förderungspraxis zu beraten. Der erste Teil der Studie umfasste die Bestimmung der Potentiale zur Nutzung der Meeresenergie in der deutschen Nord- und Ostsee. Ausgehend von einer detaillierten Recherche des weltweiten Stands der Technik und aktuellen Projekten zur Nutzung von Energie aus Strömung, Wellen, Gezeiten, Salz- und Temperaturgradienten wurde für jede dieser Energieformen das technische Potential in Deutschland bestimmt. Außerdem wurde eine Branchenumfrage unter deutschen Firmen und Experten mit Interesse an der Nutzung der Meeresenergie durchgeführt. Damit wurden die Möglichkeiten des Exports deutscher Meeresenergie-Technologie ins Ausland bewertet. Der dritte Teil der Studie umfasst eine detaillierte Analyse des deutschen Rechts- und Genehmigungsrahmens mit besonderem Fokus auf mögliche Barrieren zur Nutzung der Meeresenergie. Die Studienergebnisse bestätigten, dass das theoretische Potential für die Nutzung der Meeresenergie in Deutschland sowohl im Vergleich zu anderen Standorten auf der Welt als auch mit Blick auf die deutschen Ziele für den Ausbau der Erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung gering ist. Allein das Potential des Tidenhubs, der Wellen- und der Strömungsenergie scheint an einzelnen Standorten kleinere Anwendungen zur Erprobung von Technologien möglich zu machen.
Das Projekt "Veränderungen im Süßwassergehalt des Arktischen Ozeans in den Jahren 2006-2008 im Vergleich zu 1992-1999" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) durchgeführt. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass der Süßwassergehalt des oberen Arktischen Ozeans seit den 1990er Jahren um etwa 20 Prozent zugenommen hat. Das entspricht einem Anstieg von ca. 8.400 Kubikkilometern und hat dieselbe Größenordnung wie die Menge an Süßwasser, die im Mittel jährlich aus diesem Meeresgebiet in flüssiger oder gefrorener Form exportiert wird. Der Gehalt an Süßwasser im oberflächennahen Arktischen Ozean steuert, ob Wärme vom Ozean an die Atmosphäre oder an Eis abgegeben wird. Er wirkt sich auch auf die globale Ozeanzirkulation aus. Etwa zehn Prozent der globalen Festlandsabflüsse münden über die sibirischen und nordamerikanischen Flüsse in die Arktis, dazu kommt relativ salzarmes Wasser aus dem Pazifik. Dieses Süßwasser legt sich als leichte Schicht auf die tieferen salzreichen Ozeanschichten und koppelt damit auch deren Wärme von Eis und Atmosphäre weitgehend ab. Veränderungen dieser Schicht sind daher wichtige Steuergrößen für den sensiblen Wärmehaushalt der Arktis. Es ist zu erwarten, dass die zusätzliche Süßwassermenge im oberflächennahen Arktischen Ozean in den kommenden Jahren in den Nordatlantik ausströmen wird. Die Menge des aus der Arktis strömenden Süßwassers beeinflusst die Tiefenwasserbildung in der Grönlandsee und der Labradorsee, und hat damit Auswirkungen auf die globale Umwälzzirkulation des Ozeans. Insgesamt über 5.000 gemessene Salzgehaltsprofile wurden ausgewertet. Um die Tiefenverteilung des Salzgehalts zu messen, wurden Sonden von Schiffen aus eingesetzt oder an großen Eisschollen angebracht, so dass die Daten während der Eisdrift aufgezeichnet wurden. Auch Messwerte von U-Booten gingen in die Analysen ein. Ein Großteil der Daten stammt aus Expeditionen während des Internationalen Polarjahres 2007/08.Die starken Veränderungen in den oberen Wasserschichten bestehen in erster Linie aus einer Abnahme des Salzgehalts. Ein weiterer aber geringerer Effekt ist, dass die salzarmen Schichten mächtiger sind als früher. Der Süßwassergehalt des Arktischen Ozeans kann durch vermehrte Meereis- oder Gletscherschmelze, Niederschläge, oder über Flusseinträge zunehmen. Ein geringerer Export von Süßwasser aus der Arktis - in Form von Meereis oder flüssig - führt ebenfalls dazu, dass der Süßwassergehalt steigt. Die Autoren der Studie nennen veränderten Export von Süßwasser und veränderte Einträge aus den küstennahen Bereichen Sibiriens in den zentralen Arktischen Ozean als wahrscheinlichste Gründe. Mit Hilfe des gekoppelten Ozean-Meereis-Modells NAOSIM wurden die beobachteten Vorgänge simuliert. Die Modellexperimente erlauben, längere Zeiträume zu untersuchen, also auch Zeiten abzubilden, für die keine Messdaten vorliegen. Das Modell liefert auch wichtige Einblicke in die Ursachen des an- und abschwellenden Süßwassergehaltes und zeigt die große Bedeutung des lokalen Windfeldes. Messungen und Modell zeigen darüber hinaus, dass die Veränderungen des arktischen Süßwassergehaltes weit größere Gebiete umfassen als bisher angenommen.
Das Projekt "SO240 - FLUM: Fluidfluss und Manganknollen - Vorhaben: Geochemie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe durchgeführt. An Ausbissen durchlässiger (permeabler) basaltischer Kruste zwischen undurchlässigen (impermeablen) pelagischen Sedimenten kann Meerwasser in den Meeresboden eindringen, in der basaltischen Kruste zirkulieren und an anderen Stellen, chemisch verändert und erwärmt, wieder austreten. Auf diese Weise werden der ozeanischen Lithosphäre signifikante Wärmemengen entzogen. Hinweise auf einen Eintrittsbereich von Meerwasser in den permeablen Basalt wurden am Fuß einer der zahlreichen untermeerischen Berge (sog. Seamounts) im Arbeitsgebiet im äquatorialen Ostpazifik durch Voruntersuchungen bereits gefunden. Perlschnurartig aufgereihte kleine Becken, wie sie für fossile Meerwasser-Austritte typisch sind, treten ebenfalls auf. Es ist das Ziel des Projektes, die Lokationen von Meerwasser-Ein- und -Austrittstellen mittels Wärmestrommessungen zu ermitteln und durch Porenwasseranalysen zu untersuchen. Im Umfeld von Fluideintrittsstellen kommt es zu einer nach oben gerichteten Sauerstoffdiffusion in die überlagernden Sedimente. Die dadurch bedingten oxischen Verhältnisse beeinflussen die biogeochemischen Prozesse in den Sedimenten und das Elementinventar von Manganknollen. Die Erfassung dieser Prozesse und deren Reichweite um die Eintrittsstellen ist eine weitere Aufgabe des Projektes. An vermuteten Fluidaustrittsstellen soll untersucht werden, ob Fluidzirkulation durch 21 Mio. Jahre alte Kruste Metalle mobilisieren kann, und ob dies einen Einfluss auf Metallflussraten in Sedimenten und Manganknollen hat. Zum Erreichen der Vorhabenziele wird im Mai - Juni 2015 eine Forschungsexpedition mit FS SONNE durchgeführt. Die von der BGR in 2008 und 2009 erstellten bathymetrischen Karten der Arbeitsgebiete dienen als Grundlage für eine erfolgreiche Fahrtdurchführung. Die gewonnenen Daten und Proben werden in den Laboren der am Vorhaben beteiligten Partner ausgewertet und analysiert. BGR-Auswertearbeiten: Geochemische Gesamt- und Punktanalysen an Manganknollen mit RFA, ICP-OES/MS, Mikrosonde, PIXE, LA-ICPMS, XPS - Altersdatierungen von Einzellagen - Mineralogische Analysen mit RDA, TEM, Synchrotron - geochemische Modellierung mit PHREEQ-C - Publikation und Berichterstattung von Ergebnissen.
Das Projekt "SO240 - FLUM: Fluidfluss und Manganknollen - Vorhaben: Wärmefluss" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachgebiet Meerestechnik / Umweltforschung durchgeführt. Der ozeanischen Lithosphäre wird durch die Zirkulation hydrothermaler Fluide signifikante Wärmemengen entzogen. An Ausbissen permeabler basaltischer Kruste zwischen impermeablen pelagischen Sedimenten kommt es zum Fluidein- und -austritt. Hinweise auf einen Eintrittsbereich von Meerwasser in den permeablen Basalt wurden am Fuß eines der zahlreichen Seamounts im Arbeitsgebiet im äquatorialen Ostpazifik gefunden. Perlschnurartig aufgereihte kleine Becken, wie sie für fossile Fluid-Austritte typisch sind, treten ebenfalls auf. Es ist das Ziel des Projektes, die Lokationen von Fluidein- und -austrittstellen mittels Wärmestrommessungen zu ermitteln und durch Porenwasseranalysen zu untersuchen. Im Umfeld von Fluideintrittsstellen kommt es zu einer nach oben gerichteten Sauerstoffdiffusion in die überlagernden Sedimente. Die dadurch bedingten oxischen Verhältnisse beeinflussen die biogeochemischen Prozesse in den Sedimenten und das Elementinventar von Manganknollen. Die Erfassung dieser Prozesse und deren Reichweite um die Eintrittsstellen ist eine weitere Aufgabe des Projektes.
Das Projekt "WedUp: Weddellwirbel-Auftrieb und Dynamik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Der Weddellwirbel transportiert Wärme zu den Schelfeisen der Antarktis und reguliert die Dichte der Wassermassen, die den untersten Ast der globalen Umwälzzirkulation versorgen. Er stellt somit einen fundmentalen Bestandteil des globalen Klimasystems dar. Jedoch ist sehr wenig darüber bekannt, wie der Weddellwirbel auf langfristige Änderungen des atmosphärischen Antriebs reagieren wird. Der Auftrieb stellt eine wichtige Komponente im Klimasystem dar, da er Quellwassermassen durch Wärmeverluste und durch von Eisschmelze hervorgerufene Süßwassereinträge modifiziert. Während die beobachteten positiven Langzeittrends von Nährstoffkonzentrationen und Salzgehalten auf einen verstärkten Auftrieb hindeuten, könnte die im gleichen Zeitraum beobachtete Reduktion der Aufnahme von anthropogenem Kohlenstoff auf einen verringerten Auftrieb schließen lassen. Zusätzlich zum Auftrieb ist auch die Rolle der turbulenten wirbelbedingten Diffusion von Wärme kaum verstanden, aber möglicherweise von großer Bedeutung. Sie könnte einen wichtigen Mechanismus darstellen, um Wärme vom südlichen Ast des Weddellwirbels sowohl hin zum Zentrum maximaler Auftriebs zu befördern, als auch zu den Schelfeisen der Antarktis, wo die Wärme deren Abschmelzen und somit auch den Meeresspiegelanstieg vorantreiben könnte.Meine Vorarbeiten zeigen, dass Maud Rise eine wichtige Rolle für den Wärmehaushalt des Weddellwirbels spielt, dass aber gleichzeitig die kritischen Prozesse lokal bislang kaum in Feldstudien aufgelöst worden sind. Die Erforschung der Bedeutung von Maud Rise bezüglich des Wärmehaushalts ist von aktueller Bedeutung, da die Weddell-Polynya in 2017 nach vier Dekaden der Abwesenheit direkt über Maud Rise zurückgekehrt ist.Das Ziel von WedUP ist es, die langzeitlichen, großräumigen Änderungen der Zirkulation und des Auftriebs im Weddellwirbel zu bestimmen und deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt des Ozeans zu erforschen. Verbesserte Abschätzungen der räumlich und saisonal schwankenden Eddy-Diffusion sollen Analysen zum Beitrag von wirbelbedingten Wärmetransporten sowohl vom Zentrum des Weddellwirbels als auch zu den Schelfeisen ermöglichen. Abschließend soll eine Fallstudie basierend auf den zuvor erfolgten Auswertungen mit dem Ziel durchgeführt werden, die Rolle des Ozeans für das Auftreten der Weddell-Polynya in 2017 zu erforschen. WedUP wird den umfangreichen Datensatz des Argo-Float Observatoriums nutzen, das eine Abdeckung des Weddellwirbels seit 2002 zu allen Jahreszeiten und auch in von Meereis bedeckten Gebieten gewährleistet. Diese Daten sollen mit seehundgebundenen, schiffsgebundenen, und verankerungsgebundenen Messungen kombiniert werden, um die raumzeitlichen Änderungen des Salzgehalts und der Schichtung in Oberflächennähe zu erfassen. Die Erfassung von Langzeittrends in den Nährstoffkonzentrationen, oberflächennahen Salzgehalten und Radionukliden soll mich in die Lage versetzen, Änderungen der Rate des Auftriebs im Inneren des Weddellwirbels zu bestimmen.
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