Veränderungen im subantarktischen Südozean und ihre Wechselwirkungen mit der Atmosphäre werden als Schlüsselkomponenten für das Verständnis des Klimawandels auf orbitalen bis millennialen Zeitskalen angesehen. Schwankungen der Meereisbedeckung, Ozeanstratifizierung, biologischen Nährstoffnutzung und Ventilation von Zwischen- und Tiefwasser spielen eine Schlüsselrolle bei natürlichen Schwankungen pleistozäner atmosphärischer CO2-Konzentrationen. Wir planen, die Variabilität des Südozean-Zwischenwassers (SOIW) während der letzten ca. 1,5 Ma zu rekonstruieren in Bezug auf (1) Meeresoberflächen- und Thermoklinen-Stratifizierung, Temperatur- und Salzgehaltschwankungen (2) Ventilation und Karbonatchemie im Vergleich zu Zirkumpolarem Tiefenwasser (CDW) und daraus resultierende Kohlenstoffkreislauf-Änderungen, (2) mögliche Verbindungen zu niederen Breiten durch sog. Ozeantunnel. Wir verwenden einen Planktonforaminiferen Multispezies-Ansatz, bei dem stabile Isotope (18O, 13C, 11B) und Element-Geochemie (Mg/Ca, B/Ca) kombiniert werden. Unter Verwendung sowohl von oberflächennahen als auch tiefer in Thermoklinen bzw. Zwischenwasser lebenden Arten, kann eine Rekonstruktion der oberen ca. 500m Wassersäule erreicht werden, basierend auf zwei IODP-Sites, erbohrt während Expedition 383: U1541 vom pelagischen Ostpazifikrücken, und U1542 vom chilenischen Kontinentalrand. Frühere Arbeiten haben unterschiedliche Entwicklungen zwischen Oberflächen- und Thermoklinen-Charakteristika gezeigt, die auf Variationen der glazial-interglazialen SOIW Bildung oder lateraler Advektion hinweisen, möglicherweise verbunden mit Veränderungen der Westwinde. Stabile Kohlenstoffisotope werden verwendet, um die paläochemische Vorgeschichte zwischen SOIW und dem oberen Ozean zu rekonstruieren, während delta11B-Messungen Einblicke in Veränderungen der Carbonatchemie liefern sollen. Um eine zonale Rekonstruktion, als auch einen hochauflösenden Einblick in die sub-millenniale SOIW-Dynamik zu erhalten, soll IODP-Site U1542 Informationen über physikalischen Konditionierung und biogeochemischen Eigenschaften von SOIW liefern. SOIW versorgte potenziell die niederen pazifischen Breiten über den Ozeantunnel-Mechanismus mit Nährstoffen, die für die Steigerung der biologischen Primärproduktivität dort von entscheidender Bedeutung sind. Diese aus dem Süden stammende Nährstoffleckage wurde durch Zwischenwasserkonstruktionen aus dem Nordpazifik in Frage gestellt und ist Gegenstand anhaltender Debatten. Die beschriebenen Analysen werden durch hochauflösende XRF-Kernscandaten an beiden Sites ergänzt, um Änderungen der Produktivität, SE-Pazifischen Gyre und des antarktischen Zirkumpolarstrom in die Ergebnis-Interpretation einzubinden.
Ziel des Vorhabens ist es, Werkzeuge für die Team- und Schwarmsteuerung von Unterwasser (UW-)Robotern am Beispiel des UW-Monitorings zu entwickeln. Hierfür werden zum einen diverse Steuerungsalgorithmen für einzelne Roboter entwickelt, die den Roboter z.B. entlang einer vorgegebenen Bahn steuern oder an der Bodenstation andocken. Zum anderen werden Algorithmen erforscht, die ein Team oder einen Schwarm von Robotern steuern. Diese Algorithmen ermöglichen es dem Team, ein Gebiet möglichst effizient abzusuchen sowie das gegenseitige Überwachen der Roboter, um z. B. den Verlust eines Fahrzeugs zu vermeiden und auch auf unvorhergesehene Ereignisse zu reagieren. Die Algorithmen müssen flexibel, robust und skalierbar gestaltet sein. Um sie entwerfen und evaluieren zu können, wird zusätzlich eine Simulation entwickelt. Des weiteren wird eine Missionsplanung entwickelt, die es erlaubt, die Steuerungsalgorithmen effizient in einer Mission einzusetzen, die zusätzlich Informationen über Dauer und Verlauf einer Mission liefert. Das Vorhaben ist in drei wesentliche Abschnitte gegliedert: In der Entwurfsphase werden mit den anderen Partnern das Gesamtsystem und die jeweiligen Schnittstellen geplant. Basierend auf den Ergebnissen werden die Software und die Algorithmen entwickelt. Diese werden dann im Testbecken und auf See getestet. Während der gesamten Zeit wird die Kompatibilität aller Teilkomponenten sichergestellt.
Erarbeitung eines integrierten Systems zum effizienten Monitoring großer Unterwassergebiete. Aufbauend auf das vorhergehende Vorhaben Druckneutrale Systeme Tiefsee (03SX276) sollen für 2 druckneutrale AUV s, Energieversorgungssysteme und Antriebe für ein Oberflächenfahrzeug und eine Bodenstation sowie für eine optischen und akustischen Relaisstation Lösungswege erarbeitet und anschließend entwickelt, konstruiert, gebaut und auf See getestet werden. Die AUV s sollen sowohl als Langsteckenmessfahrzeuge als auch als ROV im Flachwasser und bis 6000 m Wassertiefe eingesetzt werden können. Hierzu wird ein AUV mit einem bei der Langstreckenfahrt geschlossenen ROV Modul mit Hoverantrieben, Kamerasystem, Beleuchtung und Probennehmer ausgerüstet. Die manuelle Steuerung erfolgt durch ein optisches Modem über eine Relaisstat. am Einleiterkabel. Die AUV s besitzen ein eigenes Navigationssystem und werden durch möglichst viele akustische USBL - Kontakte zur Bodenstat. und den weiteren AUV s und Fahrzeuge über und unter Wasser fortlaufend georefferenziert. Sie besitzen eine kostengünstige Kunststoff - Metall - Komposit - Rahmenstruktur mit integrierten Auftriebselementen und Hauptenergiespeichern. Die AUV s können an der Bodenstation andocken, Daten sichern und sich mit Energie aufladen. Die Energiedichte der Energieversorgungssysteme soll verbessert und Lösungen für druckneutrale Hochenergiespeicher im Bereich von 100 kWh bis 300 kWh erarbeitet werden. Die druckneutralen Antriebssysteme sollen wesentlich verbessert und effizienter gestaltet werden.
Vorhabenziel: Kaltes Auftriebswasser breitet sich nicht nur entlang der Küste aus, sondern wird auch durch kleinräumige und kurzlebige Filamente in den inneren Ozean transportiert. Im Vorhaben soll die Rolle dieser Auftriebsfilamente für die Wechselwirkungen des östlichen Randstroms vor Namibia mit dem offenen Ozean des Südatlantiks untersucht werden. Die verantwortlichen Prozesse für die Bildung der Filamente, ihre Struktur und Dynamik, ihre Lebensdauer und ihre Zerfallsmechanismen sind Inhalt der Studie. Darüber soll der Einfluss der Filamente auf den Transport von Wärme zwischen der Schelfregion und dem Subtropenwirbel des Südatlantiks quantifiziert werden. Arbeitsplanung: Während einer Schiffsreise im August 2013 werden die Filamente vor Lüderitz (Namibia) mit Hilfe schiffsgebundener und autonomer Messgeräte detailliert beprobt. Des Weiteren wird etwa 200 km von der Küste entfernt über einen Zeitraum von etwa 6 Monaten eine Tiefwasserverankerung ausgelegt. Hier beeinflussen keine Randwellen die Messdaten und die Gefahr von Verlust der Geräte durch Fischerei ist gering, so dass die durch Filamente verursachten Schwankungen von Strömung, Temperatur und Salzgehalt gut vermessen werden können. Die im Projekt erhobenen Daten werden durch die Auswertung von aktuellen und historischen Messdaten und Satellitenprodukten ergänzt.
In Kombination mit der Bodenstation, die Schwerpunkt dieses Teilprojektes ist, wird die Grundlage für die zeit- und kosteneffiziente Durchführung des Monitorings gelegt. Die Bodenstation hat entscheidenden Einfluss auf die Effizienz, da die AUVs durch sie in über 5000 m Wassertiefe mit Energie versorgt und die gewonnenen Daten gesichert werden. Eine Herausforderung bei der Entwicklung der Bodenstation ist, dass sie nicht wie in flachen Gewässern üblich durch eine Schiffswinde abgelassen wird, sondern kontrolliert 'frei fällt' und am Ende der Mission auch eigenständig wieder auftaucht. In diesem Teilprojekt wird neben den rein technologischen Fragen ein Schwerpunkt auf den Technologietransfer/Verwertungsstrategien und die wirtschaftliche Nutzung der Forschungsergebnisse zur Stärkung des Industrie- und Technologie- Standorts Deutschland und speziell der kmU gelegt.