Projekte
Die Sektion Bentho-Pelagische Prozesse implementiert Forschungsprojekte in den Polargebieten und in gemäßigten Breiten. Die Projekte sind an Dissertationen oder Post-doc-Vorhaben gebunden und werden aus dem AWI und in Zusammenarbeit mit kooperierenden Forschungsinstitutionen und Universitäten realisiert.
Projekte in der Antarktis
Partikeldynamik und Kohlenstoffkreislauf auf dem südlichen Weddelmeerschelf (Weddell C Pump)
Dieses Projekt hat sich zum Ziel gesetzt ein umfassendes Verständnis verschiedener Kohlenstoffpools und deren Transport auf dem südlichen Weddellmeerschelf zu erstellen.
Dies beinhaltet die Inventarisierung der gelösten inorganischen und der organischen Kohlenstofffraktion, als auch des partikulären organischen Kohlenstoffs, in verschiedenen Wassermassen. Insbesondere der Einstrom und der Transport von Wassermassen, sowie die Bodenwasserbildung, als auch Mischungsprozesse beeinflussen die Verteilung und den Export von Kohlenstoff von der Filchner Trog-Region in das Weddellmeerbecken hinein. Um die Rolle des südlichen Weddellmeerschelfes im antarktischen Kohlenstoffbudget näher zu beleuchten, kombinieren wir chemische Methoden mit Messungen von Wassermasseneigenschaften, akustischen Strömungsmessungen, als auch Unterwasseroptik.
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Bentho-pelagischer Kohlenstofffluss auf dem antarktischen Kontinentalschelf
Dieses Projekt zielt darauf ab, die Wechselwirkung zwischen Meereisbedeckung, Export partikulären organischen Kohlenstoffs und dessen Mineralisation am Meeresboden zu verstehen, und darauf, wie bentho-pelagische Flüsse von Sauerstoff, Kohlenstoff und anorganischen Nährstoffen auf dem antarktischen Kontinentalschelf durch den Klimawandel beeinflusst werden.
Der antarktische Kontinentalschelf macht etwa 11% der kontinentalen Schelfgebiete weltweit aus und wird als produktivster Teil der Antarktis angesehen. Auf dem Schelf variiert die Primärproduktion in Abhängigkeit von Lichtbedingungen, Meereisbedeckung, Durchmischungstiefe und Nährstoffverfügbarkeit erheblich. In Regionen, die durch den Klimawandel beeinflusst werden, wie an der Antarktischen Halbinsel verändern sich diese Bedingungen. Dies führt zu einem Rückgang von Meereis und einem Rückzug von Schelfeisen, und ermöglicht marine Primärproduktion in zuvor eisbedeckten Gebieten, was wiederum mit wichtigen Rückkopplungen für Nähstoff- und Kohlenstoffflüsse einhergeht. Weiter wird erwartet, dass erhöhtes Kalben von Eisbergen und vermehrte Eisbergkratzer am Meeresboden den Kohlenstoffumsatz meeresbodennah beeinflussen werden.
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Verteilung und Ökologie von hexactinelliden Schwämmen im südöstlichen Weddellmeer
Das Ziel des Promotionsprojekts ist es, zu einem besseren Verständnis der Verteilung und der ökologischen Rolle von Glasschwämmen (Porifera, Hexactinellida) in den Schelfgebieten des südöstlichen Weddellmeeres beizutragen.
Schwämme sind ein wichtiger Teil der Meeresbodengemeinschaften in vielen Regionen des antarktischen Kontinentalschelfs. Oft dominieren sie die benthische Biomasse; in manchen Gebieten findet man sogar großflächige "Schwammgärten". Die auffälligsten Arten gehören zur Klasse Hexactinellida, oder Glasschwämme, welche Skelettnadeln aus Siliziumdioxid bilden und bis zu 2 m hoch werden können. Sie sind von großer ökologischer Bedeutung, da die "Schwammgärten" einen komplexen, dreidimensionalen Lebensraum für eine Vielzahl anderer Tiere bieten und eine bedeutende Rolle im Silikat- und Kohlenstoffkreislauf spielen könnten. Viele Fragen zu ihrer Ökologie und Lebensweise sind allerdings noch immer ungeklärt.
In meinem Promotionsprojekt beschäftige ich mich mit folgenden Punkten:
- der Bestimmung der Biomasseanteile und Größen-Biomasse-Beziehungen verschiedener Glasschwamm-Morphotypen, welche anschließend genutzt werden können um die Biomasse von Glasschwämmen anhand von Bildern zu berechnen;
- der Abschätzung des Stoffwechsels antarktischer Glasschwämme und ihrer Rolle im Kohlenstoffkreislauf anhand von Pumpraten- und Respirationsmessungen; und
- der Ermittlung von Faktoren, welche die Verteilung, Biodiversität, Häufigkeit und Biomasse von Glasschwämmen im südöstlichen Weddellmeer bestimmen.
Mit Hilfe dieser Erkenntnisse können wir besser abschätzen, welchen Einfluss Umweltveränderungen auf diese bedeutenden Ökosystembildner haben werden.
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Benthische Lebensgemeinschaften im Weddellmeer: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft
Die gegenwärtige Situation der benthischen Fauna des Weddellmeeres wird mit Hilfe neuer und alter Proben vergleichend beschrieben, etwaige Veränderungen in der Zusammensetzung benthischer Lebensgemeinschaften erfasst und der Einfluss des Klimawandels auf die Gemeinschaften bewertet.
Dieses Projekt verwendet quantitative Daten von Multi-Box Corer-Stationen und Meeresbodenbildern, die während mehrerer Fahrtabhscnitte mit FS Polarstern aufgenommen wurden. In einem ersten Schritt werden die Daten verwendet, um Lücken im aktuellen Wissen über benthische Gemeinschaften zu schließen und den Zustand in der "Gegenwart" mit dem in der "Vergangenheit" beschriebenen zu vergleichen. Zusätzlich werden Umweltdaten (z.B. Hydrographie, Sedimentchemie) in die Analyse einbezogen, um zu beurteilen, welche Umweltparameter die benthische Verteilung strukturieren. Die Analyse der Vergangenheit und Gegenwart der benthischen Fauna und der Umweltparameter wird in ein Modell einbezogen, um die Auswirkungen des Klimawandels auf benthische Faunengemeinschaften zu bewerten.
Projekte in Patagonien
Plankton- und Kaltwasserkorallenökologie im Comau Fjord, Chile
Im Comau-Fjord untersuchen wir das Wachstum von Kaltwasserkorallen entlang eines natürlichen Säuerungsgradienten in einem patagonischen Fjord und den möglichen Zusammenhang von Korallenwachstum und Nahrungsversorgung durch Zooplankton.
Um wachsen zu können, brauchen Kaltwasserkorallen Kalk (Aragonit) und Nahrung (Zooplankton). Der Treibhauseffekt führt zu einer Verringerung der Aragonitsättigung im Meer, was sich vor allem für kalkbildende Organismen in tieferen Wasserschichten mit geringem Planktonvorkommen negativ auswirkt. Kaltwasserkorallen leben schon heute nahe der Sättigungsgrenze. Daher beeinträchtigen bereits kleine Veränderungen in der Wasserchemie Kalkaufbau und Überleben der Korallenbänke. Wir nutzen den Comau-Fjord als "Fenster in die Zukunft" und folgen den natürlichen Gradienten in Aragnonit-Sättigung und Planktonvorkommen, um abzuschätzen, wie die für das Ende des Jahrhunderts vorhergesagten Treibhausgaskonzentrationen das Korallenwachstum behindern könnten. Das Projekt beinhaltet beobachtende und experimentelle Untersuchungen zur Ökologie der Korallen, ihrer Planktonnahrung und Anpassungsfähigkeit an den globalen CO2- und Temperaturanstieg. Das Projekt wird in Kooperation mit der UACh und der Forschungsstation Huinay in Chile durchgeführt.
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Mögliche trophische Beziehungen zwischen Filtrierern und der Koralle Desmophyllum dianthus
Trophische Wechselwirkungen von habitatbildenden Kaltwasserkorallen vor dem Hintergrund der aktuellen Umweltzerstörung und des Klimawandels zu verstehen, gehört zu einer wichtigen Herausforderungen, der sich Biologen stellen müssen.
Kaltwasserkorallen spielen als Ökosystemingenieure eine wichtige Rolle, da sie die dreidimensionale, strukturelle Basis und den Lebensraum für eine artenreiche Fauna bilden. Trotz ihrer Bedeutung gehören diese Arten zu den am stärksten durch den Klimawandel und die damit einhergehende Versauerung der Ozeane bedrohten Arten. Im Süden Chiles besiedelt der Kaltwasserskleraktiner Desmophyllum dianthus die Steilwände des Comau Fjord. Hier ist ihre Hauptenergiequelle, das Zooplankton, im Winter weniger häufig als im Sommer. Die Korallenart ist oft mit Filtrierern vergesellschaftet, die Art und Weise sowie mögliche trophische Wechselwirkungen dieser Beziehung sind jedoch noch nicht bekannt. Die Miesmuschel Aulacomya atra und der Brachiopoden Magellania venosa leben in dichten Gürteln in den produktiven Gewässern über und zwischen D. dianthus. Sowohl visuelle Beobachtungen als auch taucherbetriebene Schubnetzproben dokumentierten um die Korallen einen Regen von Ausscheidungen dieser Filtrierer. Ziel dieser Studie ist es festzustellen, ob mikroskopisches Phytoplankton, das normalerweise für die Korallen unzugänglich ist, durch die Umwandlung in makroskopische Kot- und Pseudofäkalienstränge nun von den Korallen aufgenommen werden kann. Sollte dies der Fall sein, kann das eine neue und bisher übersehene trophische Verbindung darstellen, die die pflanzliche Oberflächenproduktion zu den Korallen kanalisiert.
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Projekte in der Nordsee
Der Umsatz organischen Kohlenstoffs in sandigen Sedimenten
In diesem Projekt untersuchen wir die biogeochemischen Transformationen gelöster und partikulärer organischer Stoffe in küstennahen Sanden mit Hilfe von experimentellen Ratenmessungen in Durchflussreaktoren und anschließender ultrahochauflösender Massenspektrometrie (FT-ICR-MS) zur Bestimmung organischer Substanzen.
Küstennahe, sandige Sedimente sind oft grobkörnig und damit permeabel, so dass in den ersten Zentimetern die Advektion von Porenwasser den Stofftransport dominieren. Sandige Sedimente akkumulieren kaum organischen Kohlenstoff, obwohl sie besonders in hochproduktiven Gewässern vorkommen (z.B. Nordsee). Sie sind dennoch sehr reaktiv und verbrauchen Sauerstoff in vergleichbaren Raten wie schlammige Sedimente. Während Sauerstoffeintrag und Verbrauch in den Sanden gut untersucht sind, ist die Art des Eintrags organischer Substanzen und deren Umsatz noch nicht verstanden. Ziele des Projekts sind (1) die Analyse der Transportwege organischer Substanzen in Sanden, (2) die Bestimmung partikulärer und gelöster Fraktionen, die im Sand zurückgehalten und abgebaut werden, und (3) eine Bewertung der Filtrationskapazität des sandigen Meeresbodens und dessen Potential den anthropogenen Stoffeintrag in die Küstenmeere abzupuffern. Dieses Projekt wird im Rahmen des DFG-Exzellenzclusters am MARUM "The Ocean Floor - Earth's Uncharted Interface" gefördert und wird in Zusammenarbeit mit Mitarbeitern des AWI, des Instituts für Chemie und Biologie der Meeresumwelt (ICBM, Oldenburg) und des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie (MPI, Bremen) durchgeführt.
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Anthropogenic influences on particulate carbon cycling in the North Sea
Diese Projektbeschreibung ist nur in englischer Sprache verfügbar.
This project will help to understand the fluxes of particulate organic carbon within the North Sea and how anthropogenic activities might alter the potential for carbon sequestration in marine sediments.
Mitigation of the negative effects of CO2 release from anthropogenic activities is one of the most important task of our generation. CO2 can be taken up from the atmosphere by marine phytoplankton and from there transported towards deeper waters where it can be sequestered in oceanic sediments. This sequestration depends on the hydrodynamics of the water column, whereas processes within the North Sea are so far poorly understood. Additionally, anthropogenic activities can alter this mechanism. Bottom fishing activities for example are expected to resuspend and thereby release the deposited carbon again to the water column, where it can be remineralized. Therefore, we will measure the particulate carbon transport within the German North Sea and conduct in-situ resuspension experiments in combination with short term deployments of a benthic observatory to quantify carbon fluxes in relation to hydrodynamics and disturbances.
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Transport und Umsatz organischer Stoffe in Küstenmeeren
Wir untersuchen den biogeochemischen Stoffumsatz von gelösten und partikulären organischen Stoffen in Küstensedimenten, indem wir die Analyse von Kohlenstoffisotopen und die ultrahochauflösende Massenspektrometrie mit Durchflussreaktorexperimenten und Messungen von Abbauraten kombinieren.
Die Küstenmeere stellen eine große Senke für terrestrische und marine organische Stoffe dar, die eine wichtige Komponente des globalen Kohlenstoffkreislaufs bilden. Unser Verständnis für die räumliche Heterogenität und die Komplexität der Prozesse in diesen Regionen entwickelt sich ständig weiter. Beispielsweise machen sandige Sedimente 60 % der Küstenmeere aus und zeichnen sich durch hohe Sauerstoffkonzentrationen im Porenwasser und niedrige OM-Gehalte aus, was nicht auf eine Inaktivität der Sedimente zurückzuführen ist, sondern vielmehr auf einen hohen OM-Umsatz. Die Sauerstoffdynamik in den sandigen Sedimenten ist gut erforscht, aber die OM-Umsatzpfade sind weiterhin unklar. Die Ziele des Projekts sind (1) die Bestimmung der Herkunft und der Transportwege von OM in den verschiedenen Zonen des Küstenozeans, (2) die Untersuchung des biogeochemischen Kreislaufs von gelöstem und partikulärem OM in den Sedimenten und (3) die abschließende Bewertung der Bedeutung des Küstenozeans im globalen Kohlenstoffkreislauf. Das Projekt wird im Rahmen des DFG-Exzellenzclusters am MARUM "The Ocean Floor - Earth's Uncharted Interface" gefördert und ist eine Kooperation zwischen AWI, ICBM (Oldenburg) und MPI (Bremen).
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