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Schwerpunktprogramm (SPP) 2017: Gebirgsbildungsprozesse in 4-Dimensionen (4D-MB), Ozeanbodenseismologie und Tektonik in der Ligurischen See (LOBSTER)

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.

Biogeochemie von Spurenelementen im Südost-Atlantik; ein deutscher Beitrag zum internationalen GEOTRACES-Programm

Unsere bewilligte Forschungsfahrt M121 mit FS Meteor im Südostatlantik wird im November/Dezember 2015 stattfinden. Mit dem vorliegenden Antrag beantragen wir Mittel für Personal zur Teilnahme an der Fahrt und Kosten für die Auswertephase nach der Fahrt. Der Fokus des Projektes liegt auf der Biogeochemie und chemischen Ozeanographie von Spurenmetallen, wofür aber auch physikalische und biologisch-ozeanographische Informationen gesammelt werden. Die Untersuchungsschwerpunkte sind die detaillierte Erfassung der Verteilung von Spurenelementen in der Wassersäule des Südostatlantiks, die Untersuchung von Eintrags- und Austragsmechanismen, die biogeochemischen Zyklen dieser Spurenelemente, und deren Zusammenhänge mit dem Stickstoffkreislauf im Untersuchungsgebiet. Die Ausfahrt wird als offizieller Bestandteil in das international koordinierte GEOTRACES-Programm eingebettet sein. Der erste Schwerpunkt wird die detaillierte Untersuchung der Verteilung der Spurenelemente in der Wassersäule des Benguela-Auftriebs sein, von denen einige als limitierende Mikronährstoffe der Bioproduktivität und der Diazotrophie fungieren. Wir werden die Beziehung zwischen Makro- und Mikronährstoffkonzentrationen und den Flüssen dieser Nährstoffe untersuchen sowie die Beziehung zur biologischen Produktivität und dem Stickstoffzyklus. Die Spurenmetallverteilung soll auch mit der Verteilung und Mischung der Wassermassen im Benguela-Auftriebsgebiet und deren Eigenschaften in Verbindung gebracht werden, insbesondere den Sauerstoffgehalten und dem Austausch mit dem anoxischen Schelf. Weiterhin werden wir den Eintrag und die Eintragswege der Spurenmetalle über Staub (Wüste Namib), Sediment und große Flüsse (hauptsächlich Orange und Kongo) erfassen. Den Abschluss der Projektarbeiten wird die Verteilung der Spurenmetalle in der gesamten Wassersäule im offenen Ozean des Südostatlantiks als Funktion der großskaligen Ozeanzirkulation und Wassermassenmischung sein; diese Arbeiten werden in enger Kooperation mit J. Scholten und M. Frank (Kiel) stattfinden, die einen komplementären Antrag einreichen. Die Arbeiten dieses Projektes haben eine Bedeutung für das globale Verständnis der Rolle unterschiedlicher Prozesse, die die chemischen Umweltbedingungen im Ozean, mit dem Fokus auf Spurenmetalle, steuern und in denen die Ökosysteme funktionieren.

Charakterisierung von Mineralstaub-Deposition mit hoher Zeitauflösung im Hinblick auf Partikelgröße, Zusammensetzung und atmosphärische Alterung an für ein atmosphärisch-ozeanisches Staubbudget relevanten Standorten

Nass- und Trockendeposition sind die wesentlichen Prozesse, die Mineralstaub aus der Atmosphäre entfernen. Teragramm Mineralstaub werden pro Jahr interkontinental verfrachtet. Erreicht Staub weitab von seiner Quelle wieder die Erdoberfläche, kann er erheblichen Einfluss auf Ökosysteme haben. Insbesondere ozeanische Ökosysteme sind in ihrer Bioproduktivität nährstofflimitiert. Diese Nährstoffe können durch Mineralstaub eingetragen werden. Trotz der Bedeutung der Deposition sind Messungen bislang rar, und Staubmodelle, die sich an den wenigen Messungen validieren, zeigen erhebliche Fehler. Hauptsächlich der Mangel an geeigneten Messdaten behindert im Moment das weitergehende Verständnis des Staubzyklus. Fehlende standardisierte Messtechnik zur Trockendepositionsmessung erschwert bislang gute Datenerfassung. Daher wird ein neuer automatisierter Nass- und Trockendepositionssammler entwickelt und charakterisiert. Der Sammler wird mit meteorologisch relevanter Zeitauflösung (Stunden bis Tage) betrieben und damit einen großen Nachteil vergangener Messungen beheben, nämlich eine Zeitauflösung von meist Wochen bis Monaten. Durch den Einsatz automatisierter rasterelektronenmikroskopischer Einzelpartikel-Analyse wird ein bisher unerreichter Daten-Detailreichtum für Partikelgrößen von 700 nm bis 100 mym zur Verfügung stehen, einschließlich Partikelgrößenverteilung, Elementzusammensetzung und Partikel-Mischungszustand. Besondere Aufmerksamkeit wird potentiellen Nährstoffen wie Fe, P, K, Mg und Ca gewidmet. Für ausgewählte Proben wird weiterhin Partikel-Hygroskopizität bestimmt.Nach der Testphase auf der Insel Frioul, Frankreich, während der der Sammler im Vergleich zur dort existierenden Zeitreihe validiert wird, werden drei Instrumente an Stationen in Betrieb genommen, die für Staubeintrag in die relevant Ozeane sind: Sao Vicente, Kap Verde und Barbados im Saharischen Ausfluss so wie Heimaey, Island, im arktischen Staub. In einer zweiten Phase (nach dem vorliegenden Projekt) soll das Netzwerk dann erweitert werden durch New Island, Falkland im südamerikanischen Ausfluss, Amakusa, Japan im asiatischen Ausfluss und die Insel Amsterdam zwischen dem südafrikanischen und dem australischen Ausfluss. Zum ersten Mal werden aus diesem Projekt kontinuierliche Zeitreihen der Nass- und Trockendeposition von Mineralstaub zur Verfügung stehen, die tägliche bzw. Ereignis-basierte Zeitauflösung und zudem Partikel-Größenauflösung bieten. Hieraus werden atmosphärische Schlüsselfaktoren abgeleitet, die zur Deposition führen. Weiterhin wird eine Partitionierung zwischen Nass- und Trockendeposition und ihr Größenverteilung von Nährstoffen - insbesondere P und Fe - untersucht. Partikel-Mischungszustand und Form werden durch ein Mischungsmodell und Bildanalyse bestimmt. Eine öffentliche Datenbank wird bereitgestellt, die z. B. für Modellvalidierung zu Verfügung steht. Es ist geplant, die Stationen nach Ende der DFG-Finanzierungphase weiter zu betreiben.

Zeitliche Variabilität von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der zeitlichen Variabilität in der Energie von internen Wellen und der Stärke von vertikaler Vermischung in Abhängigkeit des Nordatlantikstroms und dem damit verbundenen Wirbelfeld. Hierfür werden 5-6 Jahre von Strömungsmesserdaten und Temperatur/Leitfähigkeitsmessungen von drei Verankerungen entlang eines Schnittes westlich des Mittelatlantischen Rückens (MAR) sowie LADCP/CTD Daten von fünf Schifffahrten genutzt. Konkrete wissenschaftliche Ziele dabei sind:- Erstellung von Zeitserien der Energie in internen Wellen unter Benutzung der Verankerungszeitreihen von Strömung und Schichtung- Untersuchung der Zeitskalen auf denen Veränderungen in der Energie interner Wellen stattfinden. Mögliche Ursachen für Variabilität sind der Windeintrag, Position des Nordatlantikstroms und Wirbel- Identifizierung von Prozessen, welche die beobachteten internen Wellen generieren, wie z.B. Gezeiten, Stürme, Jahresgang, Wirbel, die Arme des Nordatlanikstroms (Verhältnis von lokalen zu großräumigen Erzeugungsmechanismen)- Bestimmung der Vermischungsraten (Temperaturinversionen, Thorpe Skalen, Feinstrukturparameterisierung) in Abhängigkeit der variablen Hintergrundbedingungen Hierfür werden zunächst Spektren potentieller und kinetischer Energy der internen Wellen auf ihre Abhängigkeit von veränderlichen Hintergrundbedingungen wie z.B. Wind, Gezeiten, Wirbel, Schichtung und Variabilität im Nordatlantikstrom sowieso des Einflusses der Topographie untersucht. Die instrumentelle Ausstattung der Verankerungen seit Sommer 2012 erlaubt zusätzlich die Approximation der internen Wellen durch vertikale Moden und damit verbunden die Berechnung von Energieflüssen, welche wichtige Informationen über die Menge und die Variabilität in der Energie, die in internen Wellen im Nordatlantik transportiert wird, liefern. Außerdem geben diese so gewonnenen Energieflüsse in Kombination mit der Berechnung von Ausbreitungspfaden von internen Wellen, welche am mittelatlantischen Rücken erzeugt wurden, Aufschluss über die relative Bedeutung der Topographie des MAR für die Erzeugung von internen Wellen. Beginnend vom Sommer 2015 werden die Analysen erweitert, indem Temperatur- und Druckdaten mit hoher Tiefenauflösung für die Berechnung von Thorpe Skalen und Dissipationsraten und deren zeitlichen Variabilität genutzt werden. Weitere Informationen über die zeitliche und räumliche Variabilität der Vermischungsraten im Nordatlantik werden durch die Analyse von Diffusionsraten, die anhand von LADCP/CTD Daten und einer Feinstrukturparameterisierung berechnet werden, erlangt. Dies liefert weitere Aufschlüsse über die dominanten Prozesse in der Erzeugung von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik, sowie deren zeitlicher und räumlicher Variabilität.

Physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE665

Conductivity-temperature-depth profiles were measured using a Seabird SBE 911plus CTD during RV HEINCKE cruise HE665. The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus), conductivity (SBE4) and oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer and an altimeter (PSA-916 Teledyne (Benthos)) were mounted to the CTD. Temperature, conductivity and oxygen sensors are calibrated by the manufacturer once a year before being mounted in January. They are used throughout the year and no post-cruise or in-situ calibration is applied. All other sensors are calibrated irregularly. Data were connected to the station book of the specific cruise as available in the DSHIP database. Processing of the data including removal of obvious outliers followed the procedures described in CTD Processing Logbook of RV HEINCKE (hdl:10013/epic.47427). The processing report for this dataset is linked below.

Raw data of physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE662

Raw physical oceanography data was acquired by a ship-based Seabird SBE911plus CTD-Rosette system onboard RV HEINCKE . The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus) and conductivity (SBE4) as well as one sensor for oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer (FLRTD) and an altimeter (Teledyne Benthos PSA-916) were mounted to the CTD. The data was recorded using pre-cruise calibration coefficients. No correction, post-cruise calibration or quality control was applied. Processed profile data are available via the link below.

Continuous thermosalinograph oceanography along RV ALKOR cruise track AL644

Underway temperature and salinity data was collected along the cruise track with a SBE21 thermosalinograph (TSG) together with a SBE38 Thermometer. Both systems worked throughout the cruise. While temperature is taken at the water inlet in about 4 m depth, salinity is calculated within the interior TSG from conductivity and interior temperature. No temperature validation was performed. Salinity was validated with independent water samples taken at the water inlet. For details to all processing steps see Data Processing Report.

Raw data of physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE669

Raw physical oceanography data was acquired by a ship-based Seabird SBE911plus CTD-Rosette system onboard RV HEINCKE. The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus) and conductivity (SBE4) as well as one sensor for oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer (FLRTD) and an altimeter (Teledyne Benthos PSA-916) were mounted to the CTD. The data was recorded using pre-cruise calibration coefficients. No correction, post-cruise calibration or quality control was applied. Processed profile data are available via the link below.

GTS Bulletin: SOVF01 EDZW - Surface data (details are described in the abstract)

The SOVF01 TTAAii Data Designators decode as: T1 (S): Surface data T1T2 (SO): Oceanographic data (Remarks from Volume-C: OCEANOGRAPHIC DATA)

Physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE669

Conductivity-temperature-depth profiles were measured using a Seabird SBE 911plus CTD during RV HEINCKE cruise HE669. The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus), conductivity (SBE4) and oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer and an altimeter (PSA-916 Teledyne (Benthos)) were mounted to the CTD. Temperature, conductivity and oxygen sensors are calibrated by the manufacturer once a year before being mounted in January. They are used throughout the year and no post-cruise or in-situ calibration is applied. All other sensors are calibrated irregularly. Data were connected to the station book of the specific cruise as available in the DSHIP database. Processing of the data including removal of obvious outliers followed the procedures described in CTD Processing Logbook of RV HEINCKE (hdl:10013/epic.47427). The processing report for this dataset is linked below.

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