Projekte
Die Projekte der Messenden Ozeanographie haben das Verständnis dekadischer Variationen in den polaren und subpolaren Meeresgebieten zum Inhalt. Das Verständnis der natürlichen Fluktuationen ist die Voraussetzung, um einen anthropogen bedingten Wandel in der Arktis und der Antarktis diagnostizieren zu können.
In der Arktis finden Arbeiten in der Grönlandsee, der Framstraße und dem Arktischen Ozean statt. Bis 2009 waren sie ein Beitrag zum MARCOPOLI –Programm, insbesondere zu den Arbeitspaketen MAR1 und POL3. Seit 2009 erfolgen die Arbeiten im Rahmen von PACES (Polar regions And Coasts in an changing Earth System) im Workpackage WP3. Ferner werden sie vom BMBF im Projekt NORDATLANTIC und von der EU durch das Projekt ACOBAR gefördert. Vorarbeiten wurden im Rahmen der EU-Projekte VEINS, ASOF-N und DAMOCLES durchgeführt. Im Rahmen des Internationalen Polarjahres trugen sie zu den IPY-Projekten iAOOS und DAMOCLES bei.
In der Grönlandsee wurde das Ergebnis der Konvektion langfristig erfasst. Zur Zeit erfolgt die Auswertung der Feldarbeiten, um Prozesse wie großräumiges Absinken oder kleinräumige Wirbel besser zu verstehen.
Die Framstraße ist die einzige Tiefwasserverbindung zwischen dem Arktischen Ozean und dem Weltmeer. Wärme- und Süßwassertransporte wirken sich auf die Wassermasseneigenschaften im Nordpolarmeer und im Europäischen Nordmeer aus. Im letzten Jahrzehnt wurde eine kräftige Erwärmung des nach Norden strömenden Wassers atlantischen Ursprungs beobachtet. Diese Entwicklung soll weiter verfolgt und verstanden werden. Diese Messungen stellen Beiträge zu Arctic ROOS und zu OceanSITES da.
Abb. 1: Verankerungsketten in der Framstraße
Sie Verankerungen in der Framstraße werden in Kooperation mit dem Norwegischen Polarinstitut aufrecht erhalten. Seit 2007 werden die Messungen durch den Einsatz von Glidern ergänzt. Die akustischen Datenübertragung und der Einsatz einer bis an die Oberfläche profilierenden Verankerung sind in der Erprobung.
Abb. 2: Zeitreihen der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit im Tiefenbereich des Atlantischen Wassers in der Framstraße gemessen mit verankerten Geräten.
Die Zeitreihen der Temperatur im Niveau des Atlantikwassers in der Framstraße zeigen eine deutliche Temperaturzunahme im Westspitzbergenstrom (WSC) bis 2007 und eine anschließende Abnahme. Im Ostgrönlandstrom (EGC) wird eine Geschwindigkeitszunahme beobachtet.
Seit 2007 wird die Zirkulation des Süßwassers und des Atlantikwassers in der zentralen Arktis ganzjährig durch eisdriftende Plattformen (Ice-Tethered Platforms (ITPs) und Ice-Tethered Acoustic Current Meter (ITAC, Entwicklung der Fa. Optimare) gemessen.
Abb. 3: ITAC-Geschwindigkeit auf 327m (links) und 55m (rechts) vom 15. Sep. bis 4. Nov. 2007. Maßstabsvektoren sind 10cm/s. Die Vektoren repräsentieren stündliche ITAC-Drift (cyan) und zweistündliche Ozeangeschwindigkeiten (schwarz). Zweitages-Mittel der Ozeangeschwindigkeiten (rot) sind auch dargestellt. Das ITAC driftet auf der gleichen Eisscholle wie das ITP#12.
Abb. 4: Änderungen des vertikal gemittelten Salzgehalts in der oberen Wassersäule der arktischen Ozeanbecken.
Analysen von Salzgehaltsmessungen unterschiedlicher Plattformen insbesondere unter Einbeziehung der Messungen mit autonomen System (ITP) im Arktischen Ozean ergaben eine Abnahme des Salzgehalts in den oberen Wasserschichten von 0.5 g/kg zwischen den 1990ern und der Zeitspanne 2006-2008. Dies bedeutet eine Zunahme des Süßwassergehalts von ca. 8000 km3 und damit einen Anstieg von 20%. Das Ausmaß der Veränderung entspricht der Größe des jährlichen Ausstroms von Süßwasser (flüssig und gefroren) aus der Arktis. Diese Analyse wurde durch eine Kombination von mehreren Messkampagnen und -systemen ermöglicht. Die Arbeiten wurden im Rahmen des BMBF-Projektes NORDATLANTIC durchgeführt.
In der Antarktis finden Arbeiten im Wesentlichen im Atlantischen Sektor des südlichen Ozeans statt. Bis 2009 waren sie sind im MARCOPOLI-Programm ein Beitrag zu den Arbeitspaketen MAR1 und POL2. Seit 2009 tragen sie zu PACES (Polar regions And Coasts in an changing Earth System) in den Arbeitspaketen WP1, WP3 und WP4 bei. Im Rahmen des Internationalen Polarjahres 2007-2008 wurden sie im Rahmen der IPY-Projekte CASO und SASSI fortgesetzt. Die Verankerungen im Weddellmeer sind ein Beitrag zu OceanSITES. Mit dem HAFOS-Projekt erfolgt ein Beitrag zur Erstellung eines Southern Ocean Observing Systems (SOOS) im Rahmen von GOOS.
Im Weddellmeer haben die Arbeiten im WECCON-Projekt, das einen Beitrag zum regionalen CLIVAR Projekt im Südlichen Ozean leistet, gezeigt, dass sich die Eigenschaften des einströmenden Zirkumpolaren oder Warmen Tiefenwassers und des neu gebildeten Bodenwassers in den letzten Jahrzehnten verändert haben.
Abb. 5: Schematische Darstellung der Zirkulation des Warmen Tiefenwassers und des Weddellmeer- Bodenwassers im atlantischen Sektor des südlichen Ozeans und die Lage der Messungen im Rahmen von WECCON.
Abb.6: Der zeitliche Verlauf der Temperatur und des Salzgehalts vertikal und horizontal gemittelt über den gesamten Schnitt durch den Weddellwirbel entlang des Meridians von Greenwich.
Am Meridian von Greenwich hat sich die Wassersäule von 1984 bis 2011um 0.06°C erwärmt. Der Salzgehalt hat bis etwa 2005 zugenommen und nimmt seitdem wieder ab.
Um die Veränderungen der Wassermasseneigenschaften des Warmen Tiefenwassers mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auslösung zu erfassen, um genauere Schlüsse auf die Ursache und Auswirkung ziehen zu können wird im Rahmen des HAFOS-Projekts die Installation eines Floatsystem vorangetrieben, das mit Argo vergleichbare Daten unter dem Eis liefert.
Abb. 7: Das Hybrid Antarctic Float Observation System (HAFOS), das es ermöglicht, ozeanische Daten unter dem Meereis zu gewinnen.
Variationen des Warmen Tiefenwassers beeinflussen möglicherweise die Eigenschaften anderer Wassermassen im Weddellmeer durch den Antarktischen Küstenstrom (ACoC). Um diese Zusammenhänge zu untersuchen, wurden im Rahmen des ACoCIBoW-Projektes die Ursachen der Veränderlichkeit des ACoC untersucht. ACoCIBoW war ein Beitrag zum Arbeitspaket POL2 von MARCOPOLI und PACES WP3. Es wurde finanziell durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.
Die Bedeutung des Weddellmeers für den globalen Kohlenstoffkreislauf wurde bis 2009 im Rahmen des EU-Projektes CarboOcean untersucht. Seit 2011 werden die Arbeiten im Rahmen von CARBOCHANGE, oder „Veränderungen in der Kohlenstoff-Aufnahme und –Abgabe der Ozeane in einem sich verändernden Klima“ fortgesetzt. Ein Hauptziel ist die Bestimmung des (sich verändernden) Inventars des anthropogenen CO2. Dies wird in einer konzertierten Aktion mit anderen Forschern, die im Südlichen Ozean tätig sind, gemacht. Im von der DFG geförderten Projekt Bi-polar Carbon + Tracers soll durch die Verbindung von Daten von transienten Tracern mit bestehenden Datensätzen, die Verteilung des anthropogenen CO2 bestimmt werden.
Weitere Projekte sind prozess-orientierten Studien gewidmet. Im Fokus des Interesses stehen dabei solche Prozesse, die als wichtige Rückkopplungsmechanismen im Klimasystem wirken könnten und/oder physikalische Kontrollfaktoren der biologischen Produktion darstellen. Untersucht wurden im Rahmen von MARCOPOLI POL2 und werden in PACES WP4 turbulente Vorgänge in der Deckschicht und die mesoskalige Dynamik. Zum Test der Eisenhypothese, gemäß welcher der Eintrag von Eisen in den offenen Ozean die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre beeinflusst, wurden die Eisendüngungs-Experimente EisenEx, EIFEX und LOHAFEX im Zentrum des antarktischen Zirkumpolarstroms durchgeführt. In einem anderen Projekt, LAKRIS, wurde der Einfluss der Wassermassenzirkulation und der jahreszeitlich variierenden Meereisbedeckung auf die Verteilung von Zooplankton und Krill untersucht. Im Rahmen des Internationale Polarjahrs (IPJ/IPY) wurde in internationaler Kooperation unter dem Dach von ICED-IPY eine synoptische zirkumantarktische Klimaprozess- und Ökosystem-Studie (Synoptic Circum-Antarctic Climate-processes and Ecosystem study, SCACE) durchgeführt.