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Kiel Indoor Benthocosms

Climate change will shift mean environmental conditions and also increase the frequency and intensity of extreme events, exerting additional stress on ecosystems. While field observations on extremes are emerging, experimental evidence of their biological consequences is rare. Here, we introduce a mesocosm system that was developed to study the effects of environmental variability of multiple drivers (temperature, salinity, pH, light) on single species and communities at various temporal scales (diurnal - seasonal): the Kiel Indoor Benthocosms (KIBs). Both, real- time offsets from field measurements or various dynamic regimes of environmental scenarios, can be implemented, including sinusoidal curve functions at any chosen amplitude or frequency, stochastic regimes matching in situ dynamics of previous years and modelled extreme events. With temperature as the driver in focus, we highlight the strengths and discuss limitations of the system. In addition, we examined the effects of different sinusoidal temperature fluctuation frequencies on mytilid mussel performance. High-frequency fluctuations around a warming mean (+2°C warming, ±2°C fluctuations, wavelength=1.5 days) increased mussel growth as did a constant warming of 2°C. Fluctuations at a lower frequency (+2 and ±2°C, wavelength=4.5 days), however, reduced the mussels' growth. This shows that environmental fluctuations, and importantly their associated characteristics (such as frequency), can mediate the strength of global change impacts on a key marine species. The here presented mesocosm system can help to overcome a major short-coming of marine experimental ecology and will provide more robust data for the prediction of shifts in ecosystem structure and services in a changing and fluctuating world.

Kiel Indoor Benthocosms: applied temperature profiles (Figure 3)

WTZ China LANCET II: Wechselwirkungen Land-Meer entlang Küstenökosystemen in den Tropen Chinas: Hainan^Vorhaben: Ästuarine Modifizierung von Flusseinträgen und Schadstoffflüssen, Vorhaben: Zeitliche und räumliche Variabilität des Auftriebs entlang der Ostküste Hainans

Ziele: Das Verbundvorhaben LANCET ist ein deutsch-chinesisches Kooperationsprojekt mit der Zielstellung, die Wechselwirkungen zwischen Land und Meer in den tropischen Regionen Chinas unter besonderer Berücksichtigung anthropogener Einflüsse zu untersuchen. Untersuchungsgebiet ist die tropische Insel Hainan, deren Küstenökosystem über Korallenriffe, Mangrove und Seegraswiesen verfügt. Da Hainan den Status einer besonderen Wirtschaftszone mit einer entsprechenden wirtschaftlichen Entwicklung hat und in den letzten Jahren auch der Tourismus deutliche Zuwächse verzeichnet, ist das Küstenökosystem nur noch teilweise in einem natürlichen Zustand anzutreffen. Die chinesischen Behörden haben die Gefährdung erkannt und versuchen die rücksichtslose Ausbeutung der Ressourcen und die Gefährdung des Systems durch unkontrollierte Einleitungen aus Industrie und Landwirtschaft zu unterbinden und gleichzeitig einen schonenden Tourismus zu fördern. In der ersten Phase des Verbundprojektes wurde der Zustand des Küstenökosystems untersucht und die potenzielle zukünftige Gefährdung prognostiziert. Aufbauend auf den Arbeiten der ersten Phase, werden die Untersuchungen der zweiten Phase schließlich die Basis für ein nachhaltiges Küstenzonenmanagement der Insel Hainan liefern. Die Untersuchungen, die im Rahmen des Verbundprojektes durchgeführt werden, sind eingebunden in das internationale LOICZ-Programm (Land Ocean Interaction in the Coastal Zone). Das Vorhaben setzt drei Schwerpunkte 1. Ökologische Untersuchungen der Habitate Korallenriff, Mangrove und Seegraswiesen und Untersuchungen zur Bedeutung der beiden letzteren als Aufwuchsgebiete (Kinderstube) von Korallenfischen. 2. Untersuchung der steuernden ozeanischen Prozesse und der Variabilität des Auftriebs (Upwelling) vor der Ostküste Hainans. 3. Beeinflussung des Küstenökosystems durch den Eintrag von Schadstoffen (Xenobiotica) , anthropogenen organischen Substanzen und Nährstoffen über die Flüsse.

Data compilation of bio-SiO2 MAR from 21 sites

The table includes complicated bio-SiO2 MAR from 21 sites in the global ocean during the late Miocene. We also use Geologic Time Scale 2020 timescale (Gradstein et al., 2020; doi:10.1016/C2020-1-02369-3) to re-calculate the ages of other sites for the bio-SiO2 MAR compilation. We calculate mass accumulation rate (MAR) as a function of linear sedimentation rate (cm/ka) and dry bulk density (g/cm³). The accumulation rates of bio-SiO2 are calculated as the product of MAR and the weight percent of biogenic SiO2 (wt%) in sediments.

Multi-proxy reconstructions of productivity during the late Miocene

The Late Miocene Biogenic Bloom (LMBB), marked by notable increases in biogenic components in marine sediments, provides insights into the response of the biological pump to climate change. However, understanding the timing, distribution, and cause of the LMBB remains limited. We use marine barite, a refractory mineral precipitating from the water column associated with carbon export, and other proxies (bio-SiO2 MAR, CaCO3 MAR) to reconstruct productivity in the equatorial Indian Ocean and equatorial western Atlantic between 12 and 5 Ma. At the same time, we compiled bio-SiO2 MAR data from 21 sites in the global ocean during the late Miocene. Multi-proxy records reveal the onset of the LMBB in the equatorial Indian Ocean at ~9 Ma, primarily driven by more vigorous upwelling during global cooling. We suggest that the steepened meridional temperature gradient and the Antarctic ice sheet expansion have strengthened ocean overturning, facilitating nutrient supply and biogenic bloom in upwelling regions.

Vorhaben: Wasserabfluss und der Transport von Verunreinigungen in Ästuaren^LANCET: Wechselwirkungen Land-Meer entlang Küstenökosystemen in den Tropen Chinas: Hainan, Vorhaben: Räumliche und zeitliche Variabilität vor der Ostküste von Hainan

Ziele: Das Verbundvorhaben LANCET ist ein deutsch-chinesisches Kooperationsprojekt mit der Zielstellung, die Wechselwirkungen zwischen Land und Meer in den tropischen Regionen Chinas unter besonderer Berücksichtigung anthropogener Einflüsse zu untersuchen. Untersuchungsgebiet ist die tropische Insel Hainan, deren Küstenökosystem über Korallenriffe, Mangrove und Seegraswiesen verfügt. Da Hainan den Status einer besonderen Wirtschaftszone mit einer entsprechenden wirtschaftlichen Entwicklung hat und in den letzten Jahren auch der Tourismus deutliche Zuwächse verzeichnet, ist das Küstenökosystem nur noch teilweise in einem natürlichen Zustand anzutreffen. Die chinesischen Behörden haben die Gefährdung erkannt und versuchen die rücksichtslose Ausbeutung der Ressourcen und die Gefährdung des Systems durch unkontrollierte Einleitungen aus Industrie und Landwirtschaft zu unterbinden und gleichzeitig einen schonenden Tourismus zu fördern. Das Vorhaben LANCET soll den augenblicklichen Zustand des Küstenökosystems untersuchen, seine potenzielle zukünftige Gefährdung prognostizieren und damit den lokalen Behörden, die in das Projekt eingebunden sind, die Basis für ein nachhaltiges Küstenzonenmanagement liefern. Das Vorhaben setzt drei Schwerpunkte 1. Ökologische Untersuchungen der Habitate Korallenriff, Mangrove und Seegraswiesen und Untersuchungen zur Bedeutung der beiden letzteren als Aufwuchsgebiete (Kinderstube) von Korallenfischen. 2. Untersuchung der steuernden ozeanischen Prozesse und der Variabilität des Auftriebs (Upwelling) vor der Ostküste Hainans. 3. Beeinflussung des Küstenökosystems durch den Eintrag von Schadstoffen (Xenobiotica) , anthropogenen organischen Substanzen und Nährstoffen über die Flüsse.

Land-ocean-atmosphere interactions in the coastal zone of southern Vietnam; Biogeochemical Fluxes in Vietnam Seas: Response to ENSO Events and Holocene Warming

Monsoon-driven upwelling along the southeastern coast of Vietnam in summer and along the northern edge of the Sunda Shelf in winter generates the biologically most productive off-shelf regions in SE-Asian waters. Runoff from nearby rivers such as the Mekong has been assumed to contribute to the fertility of these regions. The upwelling is significantly suppressed or fails during El Nino events which are predicted to increase in both frequency and amplitude on top of a global warming trend. The extent to which these events (and their cold counterparts) affect the ecological and biogeochemical conditions in this area, however, is not known and future perturbations of the upwelling System are difficult to describe.Sediment traps deployed in the upwelling centers have shown that in contrast to what has been assumed earlier, only small proportions of the annual fluxes are produced during the upwelling seasons and there is little indication of riverine suspended solids directly reaching the trap sites. During both El Nino and ENSO-neutral conditions, the major part of the fluxes is related to the passage of cold-core eddies, affecting the water column down to depth of greater than 500 m. These eddies enhance productivity by upward nutrient pumping, but synchronously resuspend large amounts of solids from the shelf and slope and advect the plumes to the trap sites. This influx appears to carry a mixed Signal of northern, central and southern Vietnam rivers including the Mekong, indicating strong resuspension and resedimentation processes along the coast. The advected material masks primary production Signals in the upwelling areas and produces large discrepancies between proxy and actual data. This proposal aims (1) to determine the pathways and extent of advective transport from the Mekong and southern-central Vietnam rivers across the shelf to the upwelling area; (2) to record particle fluxes in the upwelling zones, quantify the role of primary productivity versus lateral advection events, and assess their forcings; (3) to describe the link between the coupled monsoon intensity, eddy formation, river runoff, ecosystem structure and biogeochemical fluxes, and to calculate ENSO-induced biogeochemical anomalies; (4) to regionally test and improve proxies for these key processes for subsequent use in and refining of paleooceanographic studies.

Einfluss lokaler Auftriebserscheinungen (Upwelling) im Bereich ozeanischer Inseln und Felsen vor der Nordostkueste Brasiliens auf Produktivitaet, Dynamik und Biodiversitaet der Planktongemeinschaften

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