Hauptfragestellungen des IODP-Vorschlags 'Cenozoic climate, productivity, and sediment transport at the NW African continental margin' sind: i) das NW-Afrikanische Klima in einer wärmeren Welt und ii) die Reaktion hochproduktiver Ökosysteme auf andere Klimabedingungen als heute. Dazu sollen Sedimentkerne in sechs Gebieten vor NW-Afrika erbohrt werden. Eine zentrale Lokation für die Arbeiten liegt auf dem Kapverden Plateau in der Nähe der ODP-Bohrung 659. Für dieses Gebiet existieren jedoch keine modernen hochauflösenden seismischen Daten. Solche Daten werden im Rahmen der Meteor-Ausfahrt M155 im Zeitraum vom 26. Mai bis 30. Juni 2019 gesammelt. Hauptziel dieses DFG-Antrags ist die Bearbeitung und Interpretation der neuen seismischen Daten, um die Sedimente des Kapverden Plateaus seismisch-stratigraphisch einzuordnen. Die seismischen Untersuchungen zielen darauf ab, eine Lokation zu identifizieren, an dem das Plio-Pleistozän dünner und das Miozän mächtiger ist als in der ODP-Bohrung 659. Damit wäre es möglich mittels APC-XCB tiefer in das Miozän zu bohren, was von entscheidender Bedeutung für die Gewinnung von qualitativ hochwertigen Kernen für Paläoklimauntersuchungen ist.
Der Towuti See auf Sulawesi, Indonesien ist ein stratifiziertes eisenreiches System, dessen tiefes Becken wechselnde Redoxbedingungen mit variablen Eisenoxidzuflüssen erfährt. Im Sommer 2015 erbohrte das ICDP Towuti Drilling Project Sedimentkerne, die ein Archiv über die Klima- und Ablagerungsgeschichte der letzten 1 Ma beinhalten. Während des späten Quartärs wechselten Nass- und Trockenperioden im See ab was zu unterschiedlichen trophischen und Redox Bedingungen führte. Das Projekt BioMetArchive wird untersuchen, welche Auswirkungen sedimentologische und geochemische Bedingungen zum Zeitpunkt der Ablagerung auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft haben und diese durch die 1-Ma-Chronosequenz verfolgen. Wir werden den Towuti-See als modernes Analogon eisenreiche Systemen der frühen Erde nutzen um weitere Einblicke in die mikrobiellen Prozesse zu gewinnen. Die beiden Haupthypothesen des Projekts sind: (1) Mikrobielle Gemeinschaften spiegeln die lakustrinen Bedingungen zum Zeitpunkt der Ablagerung wieder, diese werden teilweise in sedimentärer DNA aufgezeichnet; (2) Umweltbedingungen in der Tiefe erzeugen einen Selektionsdruck hin zu spezifischen Stoffwechselprozessen, die es den Organismen der tiefen Biosphäre ermöglicht zu überleben. Diese Prozesse ähneln denen der eisenreisen Systeme der frühen Erde. Dank der jüngsten Fortschritte in der Metagenomik kann sedimentäre DNA nun verwendet werden, um mikrobielle Populationen in Bezug auf Häufigkeit, Diversität und Stoffwechselfunktionen zu charakterisieren. Das Projekt BioMetArchive wird Sedimentproben verwenden, die während der Bohrung im Jahr 2015 in hoher zeitlicher Auflösung genommen und seitdem bei -80°C tiefgefroren gelagert wurden. Kürzlich erfolgte Tests haben die Eignung dieses Materials für unsere geplanten Analysen bewiesen. Wir werden die phylogenetische Verteilung von Mikroorganismen ermitteln und genomische Daten mit bereits vorhandenen Umwelt- und geochemischen Datensätzen integrieren, um Parameter zu identifizieren, die die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft im Laufe der Zeit steuern. Durch Metagenomik werden wir identifizieren, welche mikrobiellen Taxa und metabolischen Merkmale an der Eisenreduktion und der Remineralisierung organischen Materials beteiligt sind. Außerdem werden wir Stoffwechselwege rekonstruieren, die effiziente Redox Reaktionen und die Remineralisierung organischen Materials in eisenhaltigen Sedimenten ermöglichen. Die eisenreichen Bedingungen im Sediment selektieren überwiegend für fermentative Bathyarchaeota. Metabolische Merkmale, die diesem völlig unkultivierten Stamm zugeordnet werden, deuten auf Eisen- und Schwefelmetabolismus sowie Methanogenese hin, was auf kryptische biogeochemische Zyklen schließen lässt. Die tiefe Biosphäre des eisenhaltigen Towuti-Sees stellt dabei ein modernes Äquivalent zu den Stoffwechselprozessen auf der frühen Erde dar.
Die Erdoberfläche verändert sich stetig aufgrund komplexer Wechselwirkungen zwischen Klima, Hydrologie, Vegetation, Verwitterung, Erosion und Sedimentablagerung und beeinflusst so unseren Lebensraum. Die Mechanismen sowie die Magnitude und zeitliche Abfolge mit der sich klimatische Veränderungen auf Vegetation, Verwitterung, Erosion und Sedimentdynamiken auswirken, sind jedoch nur unzureichend verstanden - dies erschwert die Interpretation von marinen Sedimentarchiven in Bezug auf das Paläoklima und Erdoberflächenprozesse. In marinen Sedimentarchiven vor der chilenischen Küste finden sich aber konkrete Hinweise auf einen direkten Zusammenhang zwischen Klima und Erdoberflächenprozessen, denn während an Land zu Beginn des Holozäns zunehmende Trockenheit einsetzt, verringern sich zeitgleich die Sedimentakkumulation im Ozean. In diesem Projekt wollen wir die Magnituden und zeitlichen Abfolgen von Änderungen in der Vegetation, Hydrologie, Verwitterungs- und Erosionsraten und Sedimentablagerung im Pazifischen Ozean vom letzten glazialen Maximum (LGM) bis heute entlang der chilenischen Küste quantifizieren. In diesem Projekt vernetzen wir die Forschungsdisziplinen der Sedimentologie, Geochemie und Biologie um die Feedbacks zwischen diesen Parametern zu untersuchen. Wir postulieren, dass der Einfluss der deglazialen Klimaveränderung auf die Landschaftsentwicklung stark durch die Vegetation moduliert ist. Dadurch existieren Zeitverzögerungen zwischen den untersuchten Parametern. Mit diesem Antrag schlagen wir einen neuen Ansatz vor, der auf der Anwendung hochspezialisierter organisch- und anorganisch-geochemischer Proxy Methoden basiert. Dazu sollen Biomarker Isotopenanalysen (Delta D, Delta 13C, als Proxy für Vegetation und Hydrologie), stabile Lithium Isotopenanalysen (Delta 7Li, als Proxy für Verwitterung) und kosmogene Nuklide (meteorische 9Be/10Be Verhältnisse, als Proxy für Erosion) kombiniert werden und an den gleichen marinen Sedimentkernen angewandt werden. In einem ersten Arbeitspaket (WP1) werden wir die heutigen räumlichen Unterschiede entlang des ausgeprägten N-S Klimagradienten der chilenischen Küste evaluieren und diese Proxies auf ihre Sensitivität kalibrieren. Dazu ist die Analyse der modernen Erosionsprodukte, die durch die Flüsse in den Ozean transportiert werden, sowie mariner Oberflächensedimente vorgesehen. In AP 2 (WP2) wenden wir die so kalibrierten Methoden an drei marinen Sedimentkernen entlang der chilenischen Küste an, um Veränderungen in Klima, Vegetation, Verwitterung, Erosion und Sedimenteintrag sowie deren zeitliche Abfolge und räumlichen Muster am gleichen Material zu rekonstruieren. Diese neuartige Kombination von Proxy Methoden und deren detaillierte Kalibration und Sensitivitätsanalyse werden es ermöglichen, die Mechanismen von räumlichen und zeitlichen Unterschieden in der Reaktion von Vegetation, Verwitterung, Erosion, und Sedimentablagerung auf eine klimatisch-induzierte hydrologische Veränderungen zu quantifizieren.
Der Klimawandel während der mittelalterlichen Klimaanomalie (MCA) und der kleinen Eiszeit (LIA) führte zur Ausdehnung bzw. Verringerung der hypoxischen Bodenbedeckung in der Ostsee. Hier schlagen wir eine Modellierungsstudie vor, um Mechanismen, durch die der Klimawandel zu den beobachteten Trends geführt hat, systematisch zu analysieren und Modellergebnisse anhand von geochemischen Sedimentkerndaten zu validieren. Das Zusammenspiel zwischen physikalischen und biogeochemischen Prozessen führt zu einer komplexen Dynamik, die den Sauerstoffgehalt in der Ostsee steuert. Die Sedimente spielen eine wichtige Rolle, indem sie sowohl als Quelle als auch als Senke für Phosphat fungieren, das den wichtigsten biolimitierenden Nährstoff bildet. Es ist jedoch kaum bekannt, wie der Klimawandel während der MCA zur Ausbreitung von Hypoxie führte. Es wurden bereits verschiedene Auslöser vorgeschlagen, um die Ausbreitung der Hypoxie während der MCA zu erklären, wie z.B. eine erhöhte Produktion von Cyanobakterien unter wärmeren Bedingungen, eine erhöhte / verringerte Stratifikation aufgrund sich ändernder Niederschlagsmuster und eine sedimentäre Freisetzung von Phosphaten. Im ersten Teil des Projekts (Arbeitspaket AP1) werden wir ein modernes Ökosystemmodell verwenden, um Szenarien zu identifizieren, die den Zusammenhang zwischen Klimawandel und Hypoxie im Mittelalter erklären können. Das Modell wird durch die Implementierung eines frühen diagenetischen Moduls verbessert, das chemische Profile im Sediment vertikal auflösen kann (AP2). Für biogeochemische Reaktionen werden temperaturabhängige Ratenausdrücke implementiert. Das Sedimentmodul wird zunächst auf den aktuellen Zustand der Sedimente kalibriert (AP3). Szenarien aus AP1, die die Sauerstofftrends erfolgreich erklären können, werden anschließend in Modellläufen vom Mittelalter bis zur Gegenwart getestet (AP4). Die Simulation des Mittelalters kann durch verschiedene Sedimentproxies validiert werden, die Trends in den Redoxbedingungen des Tiefenwassers, in der Zufuhr von Metallen aus Schelfe in tiefere Becken, welche die Sequestrierung von Phosphat beeinflusst, und in der Menge an in Sedimenten erhaltenem Phosphor und organischer Substanz rekonstruieren können. Die erwarteten Ergebnisse des Projekts sind die Zuordnung der Ausbreitung von Hypoxie während der MCA zu einem Mechanismus und ein verbessertes Verständnis der Rolle der benthischen Dynamik, die die Eutrophierung als Reaktion auf den Klimawandel beeinflusst.
Ziel der Untersuchungen ist es, den anthropogenen Eintrag von Schwermetallen in die Sedimente der an die suedoestliche Nordsee und der angrenzenden Wattgebiete in groben Zuegen quantitativ zu erfassen. Dazu wurde in ausgewaehlten Wattgebieten die raeumliche Verteilung von Schwermetallen anhand von ueber 100 Sedimentkernen ermittelt. Zusammen mit in der Inneren Deutschen Bucht durchgefuehrten Untersuchungen ergibt sich, dass ein wesentlicher Anteil der Schadstoffe im kuestennahen Bereich der Nordsee abgelagert wird.
Der Melvillesee ist ein Fjordsee, der sich in der letzten Eiszeit am Rande des hochdynamischen Laurentidischen Eisschildes (LIS) befand. Die obersten 10 m der insgesamt ca. 300-400 m Seesedimente haben die postglaziale Geschichte der letzten 10000 Jahre aufgezeichnet. In diesem dicken Sedimentpaket dürfte der See die Klimageschichte bis weit zurück vor das letzte Glazial gespeichert haben und würde sich daher als exzellentes Klimaarchiv anbieten. Um diesen Sachverhalt zu klären, wurde im Sommer 2019 eine Expedition mit dem FS Maria S. Merian (MSM84) unternommen. Während dieser Expedition wurden Sedimentkerne gezogen sowie ein dichtes Netz von hydroakustischen Messungen durchgeführt. Anhang der Sedimentkerne und der Sedimentecholot-Daten kann man fünf verschiedene Schichten im Untergrund des Sees erkennen: (I) post-glaziale Sedimente; (II) Sedimente aus der Zeit des Eisrückzuges; (III) Sedimente, die mit großer Wahrscheinlichkeit in einem subglazialen See unterhalb des aufschwimmenden LIS abgelagert wurden. Darunter finden sich (IV) wiederum schön geschichtete Sedimente, die aus einem früheren eisfreien Zeitraum stammen dürften, vermutlich MIS5, MIS4 oder die erste Hälfte des MIS3. Als unterste Schichte ist das Grundgestein (V) zu erkennen. Unsere Sedimentkerne enthalten Sedimente aus I und II sowie aus dem obersten Bereich von III. Im Rahmen dieses Projektes schlagen wir vor, die post-glazialen Sedimente sowie diejenige vom Rückzug des LIS genauer zu untersuchen, um daran Paläoklimaschwankungen sowie die Rückzugsgeschichte des LIS zu rekonstruieren. In einem zweiten Schritt möchten wir auch die Sedimente analysieren, die vom subglazialen See zu stammen, um diesen besser zu charakterisieren und um zu testen, ob auch diese Sedimente Klimaschwankungen aufgezeichnet haben. Um diese Fragen zu beantworten, werden wir die Sedimentkerne zuerst mit zerstörungsfreien Methoden wie CT-Scanning, Multisensor-Core-Logging und XRF-Scanning untersuchen. Danach werden ausgewählte Kernabschnitte beprobt. Mit Hilfe von Radiokarbondatierungen und paläomagnetischen Messungen werden wir ein Altersmodell erstellen können. Mit einer Kombination der zerstörungsfreien Messungen mit Einzelprobenmessungen (TIC, TOC, Korngröße, XRD, WD-XRF) werden wir die in den Kernen enthaltene paläoklimatologische Information entschlüsseln. Hierbei werden wir einen Schwerpunkt auf die Entwicklung von Proxies legen, die geeignet sind, die vergangenen Vorstöße und Rückzüge des LIS zu rekonstruieren. Falls wir zeigen können, dass die Sedimente des Melvillesees tatsächlich ein Archiv für Klimageschichte auch jenseits des Holozäns sind, dann empfiehlt sich der See als ein Hauptziel einer zukünftigen amphibischen Tiefbohrung von IODP und ICDP. Diese würde mit dem Ziel abgeteuft, die Dynamik des LIS zu rekonstruieren.
SeeWandel-Klima: Modellierung der Folgen von Klimawandel und Neobiota für den Bodensee SeeWandel-Klima hat zum Ziel, aktualisierte Vorhersagen der Folgen des Klimawandels - unter Einbezug der Auswirkungen von invasiven Arten - auf das Ökosystem Bodensee und dessen nachhaltige Nutzung zu liefern. Die Projektarbeiten in SeeWandel-Klima sind in 9 Teilprojekten organisiert. Zentral sind Modellierungsarbeiten, mit dem Ziel komplexe Folgen von Faktoren wie Klimaänderungen und invasiven Arten sowie deren Zusammenspiel für das Ökosystem Bodensee und dessen Nutzung vorhersagen zu können. Die dafür notwendige Bereitstellung robuster Parameter und Erkenntnisse zur Entwicklung solch prognosefähiger Modellsysteme erfolgt seitens verschiedener Teams von Forschenden. Teilprojekt 1: Vergangene Klimaänderungen im Bodensee – Lehren für die Zukunft Seesedimente sind ein hochauflösendes Archiv für Umweltänderungen, die nicht mit historischen Quellen und mit Messdaten belegt sind. Sie können darum helfen, das Ausmaß heute beobachteter Veränderungen besser zu verstehen, um sich auf zukünftige Veränderungen sinnvoll vorzubereiten. Das Teilprojekt wird erstmalig eine detaillierte Hochwasserchronologie des Bodensees und damit der Niederschlagshistorie seines alpinen Einzugsgebietes erarbeiten. Heute verwendbare neue Untersuchungsmethoden sollen gezielt genutzt werden, um die Hochwassergeschichte des Bodensees und Alpenrheins mit hohem Detaillierungsgrad in prähistorische Zeiträume zu verlängern. Damit lassen sich extreme Hochwasserereignisse und Jahre mit sehr geringen Zuflüssen durch den Alpenrhein identifizieren. Untersuchungen von Sedimentkernen sind zudem der einzig mögliche Ansatz, um Informationen zum Ökosystem Bodensee aus messtechnisch nicht erfassten Zeiträumen zu gewinnen, und von historischen menschlichen Aktivitäten (Landnutzung, Wasserkraft, Wasserbau, Eutrophierung) unbeeinflusste Zeiträume zu analysieren. So lässt sich aus der Vergangenheit für die zukünftige Entwicklung lernen, um eine nachhaltige Entwicklung zu ermöglichen. Die Brücke in die Ökosysteme der Vergangenheit bilden Schalen von Kieselalgen, Muschelkrebsen und Reste von Cladoceren, die über tausende Jahre im Sediment erhalten sein können und seit etwa 50 Jahren regelmäßig im Wasser untersucht werden. Diese Organismenreste werden in einzelnen Zeitabschnitten im Sediment bestimmt und nach Möglichkeit mit eDNA-Untersuchungen ergänzt. Ziel 1: Eine aus Sedimenten abgeleitete Hochwasserchronologie für die letzten 5000 Jahren soll als Grundlage für Hochwasserstatistiken und -gefährdungen am Bodensee etabliert werden. Ziel 2: Die Reaktion der aquatischen Lebensgemeinschaften auf von menschlichen Aktivitäten unbeeinflusste Klimaveränderungen der Vergangenheit soll für die Bewertung der heute beobachteten Veränderungen erfasst werden.
Mit detaillierten paläo-ozeanographischen Zeitserien soll das Wechselspiel zwischen nord- und südatlantischen Wassermassen und die Veränderlichkeit des transäquatorialen Wärmestromes rekonstruiert werden. Über Passagen in den Kleinen Antillen fließt warmes Oberflächenwasser aus dem Nordatlantik durch das Tobago Becken in die Karibik. Dieses Wasser fließt weiter in den Golf von Mexiko, dem Ursprungsgebiet des warmen Golfstromes. Das hier beantragte Vorhaben konzentriert sich auf die mikropaläontologische Auswertung von Sedimentmaterial, das im Rahmen der fünften Expedition des internationalen IMAGES Projektes im Juni 1999 im Tobago Becken gewonnen wurde. Feinskalige Paläo-Oberflächentemperaturprofile sollen für die letzten 150.000 bis 200.000 Jahre mit Hilfe der statistischen Bearbeitung der Vergesellschaftung planktonischer Foraminiferen entlang eines 38 m langen Sedimentkernes erstellt werden. Damit sollen kurzfristige Variabilitäten im Warmwasserpool des subtropischen Nordatlantik nachgezeichnet und versucht werden, zeitliche und mechanistische Querbezüge zu den raschen Klimawechsel im nördlichen Nordatlantik abzuleiten.
Der Sedimentkern 5017-1 wurde im Tiefsten Bereich des Toten Meeres im Rahmen des ICDP Dead Sea Deep Drilling Programms erbohrt. Die lakustrinen, und zum Teil laminierten Sedimente aus diesem tiefen Bohrkern, sowie vom Uferbereich des Toten Meeres sind einzigartige Archive für Variationen des Sedimenteintrags und Paläo-Niederschlagsregimes in der Levante-Region (Naher Osten). Die langfristigen paläo-hydrologischen Änderungen im Einzugsgebiet des Toten Meeres während der letzten ca. 20 Tausend Jahre werden durch Änderungen des relativen Sedimenteintrags aus verschiedenen Zuflüssen widergespiegelt und konnten mittels Messung der radiogenen Isotope von Neodym (Nd) und Strontium (Sr) entziffert werden. Allerdings ist bisher unklar, inwiefern auch kurzfristige und rapide Klimaänderungen, z.B. während des 8.2 Events oder der Bronze-zeitlichen Trockenphase, zu paläo-hydrologischen Änderungen beigetragen haben. Im Zuge des PRO-HYDRO Projekts ist ein neues Profil am Westufer (Ein Feshkha) bis zum Frühholozän erfasst worden um einen detaillierten Vergleich mit dem Sedimentkern 5017-1 zu erzielen. Des Weiteren wurden erstmals auch Jordanische Zuflüsse am Ostufer des Toten Meeres beprobt. In diesem Fortsetzungsantrag (PRO-HYDRO II) sollen die bisher erzielten Ergebnisse aus dem ICDP 5017-1 Bohrkern und dem Westufer durch die Erfassung des Profils von der jordanischen Seite des Totes Meeres erweitert werden. Ein Ostufer-Profil ist eine wichtige Ergänzung um lokal geprägte Überflutungen während rapider Klimaänderungen des Frühholozäns in der Levante und darüber hinaus rekonstruieren zu können.
Mit detaillierten sedimentologischen und geochemischen Analysen sollen die kleinskaligen Klimaänderungen und ihre Auswirkung auf Sedimentexport analysiert werden. Neben Gezeiten und Hurricanes erzeugen die Passage von Kaltwasserfronten einen wichtigen Transportmechanismus für die Verfrachtung von Karbonatschlämmen von einer flachen Karbonatplattform in tiefere Hangbereiche. Die Anwendung von Magnesium-Thermometrie für die Berechnung von Paläo-Oberflächentemperaturen wird die klimatischen Rahmenbedingungen gut charakterisieren können. Das hier beantragte Vorhaben konzentriert sich auf die Auswertung von Sedimentmaterial, das im Rahmen der fünften Expedition des internationalen IMAGES Projektes im Juni in der Nähe der Großen Bahama Bank gewonnen wurde. Feinskalige sedimentologische und geochemische Profile sollen für das Holozän entlang eines 38 m langen Sedimentkernes erstellt werden. Damit sollen kurzfristige Variabilitäten in der Karbonatproduktion der Großen Bahama Bank in Bezug zu hochfrequenten Klimaänderungen gesetzt werden.
| Origin | Count |
|---|---|
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