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The iron-snow regime in Fe-FeS cores: a numerical and experimental approach

In the Earth, the dynamo action is strongly linked to core freezing. There is a solid inner core, the growth of which provides a buoyancy flux that drives the dynamo. The buoyancy in this case derives from a difference in composition between the solid inner core and the fluid outer core. In planetary bodies smaller than the Earth, however, this core differentiation process may differ - Fe may precipitate at the core-mantle boundary (CMB) rather than in the center and may fall as iron snow and initially remelt with greater depth. A chemical stable sedimentation zone develops that comprises with time the entire core - at that time a solid inner core starts to grow. The dynamics of this system is not well understood and also whether it can generate a magnetic field or not. The Jovian moon Ganymede, which shows a present-day magnetic dipole field, is a candidate for which such a scenario has been suggested. We plan to study this Fe-snow regime with both a numerical and experimental approach. In the numerical study, we use a 2D/3D thermo-chemical convection model that considers crystallization and sinking of iron crystals together with the dynamics of the liquid core phase (for the 3D case the influence of the rotation of the Fe snow process is further studied).The numerical calculations will be complemented by two series of experiments: (1) investigations in metal alloys by means of X-ray radioscopy, and (2) measurements in transparent analogues by optical techniques. The experiments will examine typical features of the iron snow regime. On the one hand they will serve as a tool to validate the numerical approach and on the other hand they will yield important insight into sub-processes of the iron snow regime, which cannot be accessed within the numerical approach due to their complexity.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Landwirtschaftliche Aktivität und ihr Einfluss auf terrestrische und marine Ökosysteme im Ostseegebiet während der vergangenen 6000 Jahre

Im geplanten Projekt sollen landwirtschaftliche Aktivität während der vergangenen 6000 Jahre und zeitgleiche Klima- und terrestrische und marine Ökosystemänderungen im Ostseegebiet erfasst werden. Dies soll durch Untersuchung multidekadaler palynologischer Records von vier IODP-Expedition-347-Sites erreicht werden. Haupthypothesen des Projekts: a) Landwirtschaftliche Aktivität begann in Küstenbereichen früher als im Hinterland und breitete sich von Süden nach Norden aus. b) Aus landwirtschaftlicher Aktivität folgten Umweltveränderungen wie zum Beispiel Waldrodung. c) Die Intensität von Getreideanbau wurde durch Klimaparameter, zum Beispiel Niederschläge, beeinflusst. D) Landwirtschaft nahm Einfluss auf marine Ökosysteme, der in den Vergesellschaftungen mariner Palynomorpher und weiterer Mikrofossilien nachgewiesen werden kann. Die vier gewählten Sites liegen im Südwesten (Site M0059), im Zentralbereich (M0063) und im Nordwesten (Sites M0061/M0062) der Ostsee. Landwirtschaftliche Aktivität soll über das Auftreten von Pollenkörnern kultivierter Pflanzen, insbesondere Getreidearten wie Roggen (Secale) oder Weizen (Triticum), erkannt werden. Die vergangenen ca. 1600 Jahre sollen in besonders hoher zeitlicher Auflösung (ca. 25-50 Jahre) untersucht werden.Das Projekt würde eine Analyse des zeitlichen Rahmens landwirtschaftlicher Aktivität erlauben, z.B. die Dauer bis Getreideanbau in den verschiedenen Gegenden des Ostseegebiets - repräsentiert durch die gewählten Sites - eingeführt wurde, und wann er besonders intensiv war. Zeitliche Unterschiede bei der Getreideanbau-Einführung in küstennahen Bereichen und im Hinterland können durch Vergleich mit bekannten terrestrischen Datensätzen erfasst werden. Das Projekt wird ferner zu einem besseren Verständnis zeitgleicher Änderungen in terrestrischen Ökosystemen während der vergangenen 6000 Jahre, wie Entwaldung oder Pflanzenmigration, beitragen. Anwendung verschiedener Klimarekonstruktionsmethoden soll erlauben, klimatische Rahmenbedingungen landwirtschaftlicher Aktivität zu ermitteln. Da marine Sedimente genutzt werden, lassen sich zeitgleiche Änderungen in aquatischen Ökosystemen über die Untersuchung aquatischer Palynomorpher erkennen. So kann herausgefunden werden, ob Landwirtschaft den marinen Raum beeinflusste, z.B. durch erhöhten Nährstoffeintrag. Daten anderer Wissenschaftler (z.B. Diatomeen- und Foraminiferen-basierte Datensätze) sollen in die Analysen einbezogen werden. Die nötige zeitliche Auflösung ist durch hohe Sedimentationsraten in den erbohrten Becken gewährleistet. Pilotstudien während der IODP-Epedition-347-Onshore-Party und derzeit laufender Folgeprojekte zeigen eine gute Palynomorphenerhaltung für alle Sites und exzellente Erhaltung von Chironomidenresten für eine nördliche Site. Die Ergebnisse des geplanten Projekts werden zu einem detaillierten Einblick in die Entwicklung und den Einfluss landwirtschaftlicher Aktivität und die Umwelt- und Klimadynamik im Ostseegebiet beitragen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Terrestrische Ökosystem- und Klimadynamik in SE-Afrika für den Zeitraum der Entwicklung, des Vorkommens und des Aussterbens archaischer Hominiden (4-2 Ma) basierend auf Kernmaterial von IODP-Expedition 361

Das beantragte Projekt hat zum Ziel, die terrestrische Ökosystem- und Klimadynamik - und damit die naturräumlichen Rahmenbedingungen für die Evolution früher Hominiden - in SE-Afrika während des 'mittleren' Pliozäns und frühen Pleistozäns zu rekonstruieren. Um dieses Ziel zu erreichen, soll an Hand von Kernmaterial von IODP Expedition 361 ('Southern African Climates') eine Land/Meer-Korrelation vor SE-Afrika erarbeitet werden; diese wird die erste kontinuierliche Rekonstruktion der terrestrischen Ökosystem- und Klimaänderungen in SE-Afrika während des 'mittleren' Pliozäns bis frühen Pleistozäns liefern. Methodisch basiert das Projekt auf einem integrierten Ansatz, der palynologische (Pollen und Sporen) und elementgeochemische (XRF-Scanning) Analysen vereint und auf den Splice von IODP-Site U1478 (Straße von Mosambik) angewendet werden soll. Eine präzise Alterskontrolle wird durch die hochauflösende Benthos-Sauerstoffisotopenstratigraphie ermöglicht, die aktuell für Site U1478 erarbeitet wird. Site U1478 ist für die hier vorgeschlagenen Untersuchungen aus einer Reihe von Gründen ideal geeignet: (i) er stellt ein stratigraphisch außergewöhnlich vollständiges Archiv dar und verfügt dabei über hohe Sedimentationsraten; (ii) seine proximale Lage in Bezug auf das Limpopo-Delta gewährleistet einen hohen Anteil terrigenen Inputs im Kernmaterial; (iii) die Ursprungsregion dieser terrigenen Komponenten lässt sich hervorragend eingrenzen; (iv) er ist gegenüber terrestrischen Klimaänderungen hoch empfindlich, wie frühere Studien an nahe gelegenen Kurzkernen belegen; (v) die für das vorgeschlagene Projekt durchgeführten Pilotstudien an Kernfänger-Material belegen, dass seine Sedimente in Bezug auf Pollen und Sporen extrem produktiv sind; er liegt in einer proximal Position hinsichtlich der paläoanthropologischen 'Cradle of Humankind'-Fundstätten in Südafrika. Unter Berücksichtigung des gegenwärtigen Forschungsstandes zur Evolution archaischer Hominiden (insbesondere Australopithecus africanus) fokussiert das Projekt auf den Zeitraum zwischen 4 und 2 Ma; kritische Intervalle der Evolution archaischer Hominiden sollen in besonders hoher zeitlicher Auflösung analysiert werden. Die Integration der palynologischen und elementgeochemischen Proxy-Daten wird detaillierte Aussagen zum Charakter und Zeitpunkt wie auch zur Stärke und Geschwindigkeit der Ökosystem- und Klimavariabilität im Einzugsgebiet des Limpopo River und damit in der 'Cradle of Humankind'-Region erlauben. Dadurch wird nicht nur die Klärung der Frage möglich, inwiefern Intervalle mit besonders ausgeprägtem Umweltwandel tatsächlich mit Schritten in der Hominiden-Evolution einhergehen, sondern es lassen sich auch die einzelnen Komponenten dieses Umweltwandels identifizieren. Diese Informationen können neues Licht auf die aktuelle Diskussion um potenzielle kausale Zusammenhänge zwischen Umwelt-'Forcing' und menschlicher Evolution werfen.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1357: MIKROPLASTIK - Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze; MICROPLASTICS - Understanding the mechanisms and processes of biological effects, transport and formation: From model to complex systems as a basis for new solut, Teilprojekt B 02: Verhalten und Transport von Mikroplastik in der strömungsarmen Wassersäule

Ziel des Projektes B02 ist, die Wechselwirkungen zwischen physikalischen, biogeochemischen und biologischen Einflüssen auf Transport, Sedimentation und Verteilung von MP in stehenden Gewässern zu verstehen. Neben Faktoren, die die Eigenschaften der Wassersäule definieren, wie z. B. Wasserchemismus, Turbulenzen, Dichtegradienten, Schichtung und Schwebstoffgehalt wird auch der Einfluss der physikalisch-chemischen Eigenschaften von definiertem Modell-MP während des Aufenthaltes in der Wassersäule (Partikelgröße, Kunststofftyp, Form, Oberflächenchemismus), die mikrobielle Besiedlung und Biofilmbildung sowie der organismische Transport von MP in der Wassersäule untersucht um deren Einfluss auf das Transportverhalten von MP zu verstehen. Diese Kombination aus modellhaften Labor-, und kontrollierten Mesokosmenstudien sowie hydrodynamischer Modellierung wird ein wissenschaftlich fundiertes Verständnis des MP-Transports in stehenden Gewässern ermöglichen.

Topographisch-thematische Geländemodelle der Nationalpark-Region Neusiedler See-Seewinkel Fertö-Hansag

Digitale Oberflächenmodelle der Sedimentschichten des Seebeckens (320 km2) und der Aufbau von Zeitreihen zur Untersuchung der Dynamik von Sedimentations- versus Abtrags-Prozessen im offenen See (150 km2) und in den zweitgrößten zusammenhängenden Schilfgebieten Europas (170 km2) dienen der detaillierten Erfassung und Analyse von hydrologisch-limnologischen sowie habitat-ökologischen Parametern in diesem grenzüberschreitenden UNESCO-World Heritage Site.

FZT 15: Der Ozean im Erdsystem; Ocean Margins - Research Topics in Marine Geosciences for the 21st Century, Sub project: Infrastructure, Support and Central Management

The research centre 'Ocean Margins' at the University of Bremen was established in July 2001 to geoscientifically investigate the transitional zones between the oceans and the continents. The work of the research centre is a cooperative effort, with expertise provided by the geosciences department and other departments of the university, as well as by MARUM (Center for Marine Environmental Sciences), the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, the Max Planck Institute for Marine Microbiology, the Center for Marine Tropical Ecology, and the Senckenberg Research Institute in Wilhelmshaven. Funded by the DFG, the studies focus on four main research fields: Paleoenvironment, Biogeochemical processes, Sedimentation Processes, and Environmental Impact Research. The term 'Ocean Margin' encompasses the region from the coast, across the shelf and continental slope, to the foot of the slope. Over 60 percent of the world's population live in coastal regions. These people have a long history of exploitation of coastal waters, including the recovery of raw materials and food. Human activity has recently been expanding ever farther out into the ocean, where the ocean margins have become more attractive as centers for hydrocarbon exploration, industrial fishing, and other purposes. The research themes of the centre range from environmental changes in the Tertiary to the impact of recent coastal construction, and from microbial degradation in the sediment to large-scale sediment mass wasting along continental margins. New full professorships and junior professorships have been established within the framework of this research centre. In addition to the primary research activities, a research infrastructure will be made available to outside researchers. Graduate education and the public understanding of science also play an important role. In the course of the first two rounds of the Excellence Initiative, the Research Centre was promoted to that status of a cluster of excellence, which has increased the amount of funding it receives up to the average amount of 6.5 million per annum received by clusters of excellence.

Känozoische Entwicklung der Sedimentation im Gebiet des Orange Fächers, Südost Atlantik

Der Orange Fächer stellt ein Archiv der Entwicklung der Sedimentation des südlichen Kapbeckens dar, da er bereits in der frühen Öffnungsphase dieses Beckens angelegt wurde und seither Sedimente aus verschiedenen Quellen erhält. Dieses Gebiet dokumentiert die unterschiedlichen Ablagerungsumgebungen, z.B. Wechsel von Meeresspiegelhoch- zu -niedrigstand oder verschiedene Turbiditsysteme als Liefergebiet, deren Variation vielfach auf Änderungen im Klimasystem (Erwärmung/Abkühlung, Veränderung der Wind- und Strömungssysteme) zurückzuführen ist. Diese Zusammenhänge sind für das Känozoikum bisher weder räumlich erfasst noch verstanden. Von großer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Auswirkung der beginnenden Vereisung der Antarktis, welche aber nur über die Darstellung der Unterschiede in der Sedimentation vor und seit Beginn der Vereisung aufzeigbar wird.1200 km hochauflösende reflexionsseismische Daten, die als Vorerkundung für ODP Leg 175 gewonnen wurden, bieten nun in Kombination mit den Ergebnissen der DSDP Leg 40 Sites 360 und 361 und ODP Leg 175 Sites 1085-1087 die Möglichkeit, detailliert die Sedimentverteilung für das Känozoikum im Bereich des Orange Fächers zu rekonstruieren und so eine Vorstellung über die Sedimentdynamik in diesem Gebiet zu entwickeln.

Klimaarchiv Fjorde: Bindeglied zwischen terrestrischen und marinen Sedimentationsräumen

Untersuchungen an Eiskernen auf Grönland zeigen Temperaturschwankungen in Polargebieten von 5 bis 10 Grad C innerhalb weniger Dekaden in den letzten 15000 Jahren. Derartige Schwankungen könnten zukünftig, trotz steigender CO2-Emissionsraten, zu extremen Abkühlungen des Erdklimas führen. Sedimentationsraten von bis zu 20 cm/100 Jahre in den Fjorden, die sowohl marine als auch terrestrische Signale in den Sedimenten archivieren, dokumentieren Ursachen und Konsequenzen dieser rapiden Klima- wechsel. Unter besonderer Berücksichtigung des organischen Kohlenstoffflusses sollen hochauflösende Zeitreihen mit folgenden Zielen erstellt werden: - Charakterisierung und Quantifizierung vertikaler(autochthoner) und lateraler (alochthoner) organischer Stoffflüsse in Fjorden und ihre Erhaltung im Sediment. - Klimagesteuerter Eintrag von organischer Substanz in Fjorde hoher Breiten; hochauflösende Rekonstruktion spätglazialer und holozäner Klimazyklen. - Computersimulation verschiedener Ablagerungsszenarien kohlenstoffreicher Sedimente in Fjorden sowie laterale und vertikale Organo-Faziesveränderungen.

Towards pollen accumulation rates as a measure of plant abundance a case study in NE-Germany

The aim of my study is to calibrate PAR from small lakes against tree biomass, which can be used to achieve quantitative estimates of biomass in the past. Furthermore, the relation between pollen percentages and plant abundance will also be investigated. As study area, the state Brandenburg was chosen, because it has a large number of lakes and is covered by different plant communities, like conifer forest, mixed forest, deciduous forest and open land. These are situated on a range of soil types in a terrain with little altitudinal differences. Lakes in different types of landscape were selected. They were of almost uniform size, mostly ranging from 100-300 m in diameter and without inflow and outflow. Deeper lakes in proportion to the lake size were preferred, to avoid lakes with a high pollen redeposition. In order to have an effective fieldwork and to get the broadest possible data spectrum for modeling, the relevant pollen source area of pollen (Sugita, 1994) was estimated, based on the map CORINE. The calculation shows that the pollen source area is approximately 5-6 km. However, we also sampled lakes which are situated closer together, especially when the landscape structure was very heterogenic at the small scale. From the surface samples of 50 lakes, the pollen percentages of different taxa will be compared with the information from the forest inventory data for different distances around the lakes to evaluate theoretical considerations of pollen source area. These data are available at the data base Datenspeicher Wald, which contains information about cover, age and biomass for the different tree species. This information was collected during the time of the German Democratic Republic (DDR) and is in the most continued. Concurrently, 15 of the short cores are selected for dating by 210Pb. PAR will be calculated based on the sedimentation rates obtained for these cores, so that PAR can be compared to tree biomass for different time slices over the past 50 years.

Untersuchungen zum Stoffaustausch mit den Sedimenten im Grossen Mueggelsee

Der Mueggelsee hat 1988 eine Wende zu einer P-Quelle vollzogen. Er speichert nun nicht mehr rund 15 kgP/d, sondern gibt im Mittel 18 kgP/d ab. Aus den saisonalen Betrachtungen folgt, dass nicht nur die Freisetzungsvorgaenge im Sommer an Intensitaet gewonnen haben, sondern auch die Rueckhalteprozesse negativ beeinflusst worden sind. Aktuelle Abschaetzungen zum Rueckhalt von P und Fe ergaben, dass der Verlandungsprozess langsamer als bisher angenommen ablaeuft und dass das Gewaesser noch 1500 Jahre als See existiert. Aus pelagischen Bilanzen erhielten wir mittlere herbstliche P- Entzuege von ueber 20 mgP/Quadratmeter/d. Weil die Primaerproduktion im Herbst nicht die zum Entzug solch grosser P-Mengen notwendige Groesse erreicht, muessen auch Sorptions- und Faellungsprozesse an der P-Rueckfuehrung beteiligt sein. Die Quantifizierung von Sedimentation und Resuspension ist weiterhin durch das Fehlen einer zuverlaessigen Messmethode (Sedimentfallen) verhindert. Bisherige Quantifizierungsversuche zeigten, dass die Resuspension weder durch Messungen am Ufer, noch allein im zentralen Bereich zu erfassen ist, da es sich um recht kurzfristige Ereignisse handelt, die nur Teile des Sees stark beeinflussen.

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