Die Veränderungen in Nord- und Ostsee während des Anthropozäns und deren Auswirkungen auf ihre Kohlenstoffspeicher und den Kohlenstoffaustausch sollen in Arbeitspaket 1 (AP 1) untersucht werden. Eine Erhöhung der Gesamtalkalinität (TA) kann die saisonale oder langfristige (> 1 Jahr) CO2-Aufnahme erleichtern. Dies hat zur Folge, dass die Kohlenstoffspeicherung und der Export in die Tiefsee über die Schelfpumpe erhöht sowie der Effekt der atmosphärisch bedingten Meeresversauerung abgeschwächt werden kann.
In AP 1 sollen neue Methoden angewandt werden, die die CO2-Flüsse an der Küste direkt erfassen. Hierdurch soll die Unsicherheit bei der Parametrisierung des Gastransfers umgangen sowie ein zeitlich repräsentativer Datensatz erstellt werden (einschließlich der Variabilität von stündlichen bis saisonalen Skalen). Zudem soll die Darstellung für das Modell erleichtert werden, so dass die an diesem Standort gemessenen CO2-Flüsse auf die gesamte Küstenregion hochskaliert werden können.
Hierfür stellt die Forschungsstelle Küste des NLWKN unter anderem schiffsgestützte Daten für die Nordsee, Wattenmeer und Ästuare zur Verfügung. Zusätzlich werden präzise und hochaufgelöste schiffsgestützte Transektdaten des Fahrtgebietes zu Biogeochemie, Nährstoffen und insbesondere relevanten Parametern des Karbonatsystems erhoben und validiert.
Ziele
- Verständnis der Rolle anthropogener Einflüsse auf physikalische und biogeochemische Faktoren, die die Aufnahme- und Speicherfähigkeit von CO2 in der Wassersäule regulieren
- Einfluss der TA-Änderungen auf die Kohlenstoffaufnahme
- Charakterisierung des Einflusses der Assimilation von Schwefel auf die Kohlenstoffspeicherung als abbauresistenteres, gelöstes organisches Material
- Einspeisung von Daten der Naturmessungen in das bidirektional gekoppelte hydrodynamisch‐biogeochemische Modellsystems FVCOM/ERGOM (u.a. für die Kalibrierung) (AP 3)
Gründe für die Änderung der TA in der Ostsee sowie vergangene und zukünftige Auswirkungen auf Kohlenstoffspeicherung und -export sowie den Gasaustausch mit der Atmosphäre
Arbeitspaket 1.1 befasst sich im Detail mit den potentiellen Triebkräften der kürzlich identifizierten langfristigen Veränderungen der Gesamtalkalinität (TA), einschließlich der anthropogenen Eutrophierung und der potentiell verstärkten Verwitterung. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf den Prozessen entlang der Gradienten von Land zu Meer und den Gradienten an den Redox-Grenzflächen.
Ziele
- Aktualisierung der verfügbaren Daten über anorganischen Kohlenstoff und Eintrag in die Ostsee
- Durchführung von Trendanalysen der Gesamtalkalinität (TA) zur Klärung der Bedeutung externer vs. interner Alkalinitätsquellen
- Bewertung der Daten über das Kohlenstoffsystem in Hinblick auf die veränderte Speicherkapazität und der induzierten Veränderung des Kohlendioxidaustausches mit der Atmosphäre
- Untersuchung des Kohlenstoffsystems durch Feldexpeditionen, das Beobachtungsnetzwerk in der Ostsee sowie Probenahmen als Ergänzung zu regelmäßigen Überwachungsfahrten (Ostseemonitoring und IOW-Langzeitdatenerhebung)
- Identifikation von Inkonsistenzen (z.B. systematische Fehler durch den Beitrag der organischen Alkalinität) durch eine Überbestimmung des CO2-Systems sowie der Charakterisierung stabiler Isotope
- Bewertung und Verbesserung der Funktionsweise und möglicher Mängel der Beschreibung des anorganischen Kohlenstoffsystems und der Quellenbeschreibung im derzeitigen ERGOM-Modell (in Kooperation mit AP 3)
- Betrieb des Modells in einem Umfeld mit und ohne Szenario anthropogen verursachter Änderungen der Alkalinität (in Kooperation mit AP 3)
- Bewertung von Veränderungen und Variabilität des Oberflächen-pCO2 mit Potenzial für eine bessere Verifizierung des Modellrahmens von AP3
Trennung langfristiger Trends der Gesamtalkalinität (TA) von saisonalen Produktivitätsmustern
In Arbeitspaket 1.2 untersucht die Heterogenität der Gesamtalkalinität (TA) in Küstensystemen sowie deren Einfluss auf regionsspezifische Pufferkapazitäten und die damit die Gesamtkapazität des Küstenmeeres zur Absorption von Kohlenstoffdioxid. insbesondere soll in der südlichen zentralen Nordsee untersucht werden, welche Auswirkungen die hohe TA auf die Kohlenstoffaufnahme und - speicherung in der Wassersäule hat. Die TA wird sowohl an der Messstation Spiekeroog TSS der Universität Oldenburg als auch unterwegs im Rahmen verschiedener Forschungsfahrten unter Verwendung eines HydroFIA-TA gemessen.
Stündliche TA-Messungen an einem Tideeinlauf im Wattenmeer in Kombination mit pCO2 und diskreten Messungen des Karbonatsystems ermöglichen eine verbesserte Quantifizierung des land-See-Flusses von TA und DIC.
Ziele
- Identifizierung und Quantifizierung des Einflusses der Primärproduktion auf die lokale TA-Erzeugung in der südlichen Nordsee
- Untersuchung der Auswirkungen einer hohen Gesamtalkalinität auf die Kohlenstoffaufnahme und -speicherung in der Wassersäule Hauptschwerpunktregionen sind hierfür: Wattenmeer inkl. Übergangsregion und Quellgewässer, Südliche Nordsee, Zentrale und Nördliche Nordsee
- Vergleich der Studienergebnisse mit denen von Arbeitspaket 1.1 (Ostsee und Skagerrak)
- Evaluation der Rolle von Überschuss-/Defizit-TA auf die saisonale und langfristige Absorptions- und Speicherfähigkeit von CO2 des Meerwassers Vergleich der jahreszeitlichen TA-Änderungen mit der aus dem gelösten Sauerstoff, den pCO2/DIC-Änderungen, den C-Isotopenmessungen, und der NO3--Assimilation abgeschätzten Primärproduktion
- Erstellung von regionalen Karten von TA und DIC sowie eines Überblicks über saisonale Veränderungen und längerfristige (> 1 Jahr) Änderungen in den Küsten- und küstennahen Regionen
Sulfurierung als Mechanismus zur Speicherung von Kohlenstoff als resistentes gelöstes organisches Material (DOM)
Das gelöste organische Material (DOM) im Meer ist einer der größten Kohlenstoffspeicher im Meer. DOM enthält mehr Kohlenstoff als die gesamte Vegetation auf unserem Planeten. Sulfurisierung, d.h. die abiotische Reaktion von reduzierten anorganischen Schwefelverbindungen mit organischen Material, ist ein Prozess, der die Stabilität von DOM im Meer erhöht.
Hauptziel dieses Arbeitspaketes ist es zu klären, wie umfangreich Sulfurisierung in den sulfidischen Sedimenten der Ost- und Nordsee und den sulfidischen Becken der Ostsee stattfindet, und ob die hier entstandenen organischen Schwefelverbindungen zur großräumigen Anreicherung von DOM beitragen. Insbesondere sollen zwei übergeordnete Fragen geklärt werden. Wie wirkt sich der benthische Schwefelzyklus auf die DOM-Sulfurisierung und die Bildung und Stabilität von refraktärem gelösten organischen Material (RDOM) als Kohlenstoffspeicher aus, und wie wirken sich Prozesse des Klimawandels auf den Export von RDOM in den Nordatlantik und ihren Austausch zwischen Ost- und Nordsee aus? Zur Klärung dieser Fragen werden experimentelle Ansätze mit großräumigen Beprobungen und Zeitserien kombiniert.
Ziele
- Bestimmung von Schwefeleinbindungs- und Zersetzungsraten unter verschiedenen Umweltbedingungen durch Laborexperimente mit Wasser- und Sedimentproben
- Simulation des Spektrums der Umweltbedingungen in den sulfidischen Becken der Sedimente von Ostsee und Wattenmeer durch Sulfurierungsexperimente Ansatz hilft die Sulfurierungsraten verschiedener Arten von DOM, für verschiedene Temperaturen, verschiedene Gehalte an reduzierten Schwefelverbindungen, verschiedene pH-Werte und mit und ohne potenziell störende gelöste Stoffe und Mineralien zu quantifizieren
- Testung und quantitative Bewertung der Stabilität neu gebildeter gelöster organischer Schwefelverbindungen unter pelagischen Bedingungen
Verständnis der Rolle physikalischer Prozesse beim CO2-Austausch zwischen Atmosphäre und Ozean entlang des Gradienten vom Land zum Meer und seiner Empfindlichkeit gegenüber Klimaveränderung
Im Rahmen dieses Arbeitspakets sollen neue und hochentwickelte Methoden angewendet werden, um eine direkte Quantifizierung des CO2-Austauschs vorzunehmen und direkte physikalische Steuerungsprozesse zu identifizieren. Zudem konzentriert sich Arbeitspaket 1.4 auf die Quantifizierung der physikalischen und biogeochemischen Prozesse, die die Aufnahme oder Freisetzung von CO2 aus der oder in die Atmosphäre in Küstengewässern und küstennahen Meeresgebieten beeinflussen.
Ein Eddy-Covarianz-System (EC) an der Messstation Spiekeroog (TSS) wird hochauflösende Messungen im gezeitenbeeinflussten Bereich zum Gasaustausch zwischen Luft und Meer liefern. Die atmosphärische Eddy-Covarianz (EC) hat sich zur bevorzugten Methode für die direkte Messung des Luft-Wasser-Austauschs von Wärme, Impuls und Gas entwickelt, weil sie nicht invasiv (im Gegensatz zu Schwimmkammern), zuverlässig für langfristige Feldeinsätze und nicht von Annahmen über die Struktur der Grenzschicht an der Meeresoberfläche abhängig ist.
Ziele
- Ermittlung des Einflusses des Luft-Wasser-CO2-Austauschs auf die lateralen Flüsse von gelöstem anorganischem Kohlenstoff in der Übergangszone Wattenmeer-Nordsee
- Untersuchung von Extremereignissen wie Sturmfluten, Starkwindperioden und Algenblüten zur Abschätzung der Bedeutung des Einflusses auf die Gasaustauschraten in küstennahen Bereichen
- Untersuchung des Einflusses des Auf- und Abtriebs von Wasserkörpern auf den CO2-Austausch zwischen Luft und Meer und auf die Kohlenstoffspeicherung
In-situ pelagische Prozesse und pelagisch-benthische Kopplung als Modulator der Alkalinität
Das pelagische System kontrolliert über den Export von Kohlenstoff die biogeochemischen Prozesse in den Sedimenten, die zu seiner zeitweiligen oder dauerhaften Vergrabung führen. Diese Prozesse stehen unter dem biogeochemischen Einfluss anthropogener und klimatischer Veränderungen. Messungen der kombinierten stabilen Wasserisotopen-Verhältnisse in natürlichen Gewässern können zur Verfolgung von Wassermassen in Küsten- und küstennahen Regionen verwendet werden. Diese Variablen sind nur durch physikalische Prozesse beeinflusst und erlauben es, zwischen Süßwasser und küstennahen Endgliedern zu unterscheiden. Sie können daher dazu beitragen, die komplexe Strömung in Gezeitenregionen wie dem Wattenmeer zu entflechten.
Ziele
- Charakterisierung der Variabilität der Kohlenstoffsenken, -quellen und -transformationen im pelagischen Bereich unter Verwendung von stabilen Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse von DIC und DOC
- Untersuchung der Auflösung und Ausfällung von Kalziumkarbonat sowie der Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Meer
- Bestimmung der Kopplung zwischen benthischen und pelagischen Reaktionsräumen und Element-Transports
Kontakt
Dr. Yoana Voynova
Koordinatorin Arbeitspaket 1
Helmholtz-Zentrum Hereon
Tel: +49 4152 87 2377
E-Mail Kontakt
Prof. Dr. Gregor Rehder
Koordinator Arbeitspaket 1
Leibniz-Institut for Ostseeforschung Warnemünde (IOW)
Tel: +49 381 5197 336
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