Die ISOLAB FACILITY des AWI in Potsdam entwickelt und nutzt stabile H, O, C, N, Si Isotope um quartäre Umweltveränderungen in den Polarregionen beider Hemisphären zu rekonstruieren.
Das Labor für stabile Isotopenanalytik forscht in den Polarregionen beider Hemisphären an verschiedenen natürlichen Materialien, wie Wasser, Eis, organischen Material aus Böden und Sedimenten, sowie biogenem Opal (z. B. Diatomeen). Dabei werden die stabilen Isotope des Sauerstoffes, Wasserstoffes, Kohlenstoffes, Siliziums und Stickstoffes gemessen, um die Dynamik von Klima- und Umweltveränderungen in polaren Breiten (Arktis und Antarktis) zu rekonstruieren.
Der Forschungsschwerpunkt liegt in Alaska, Kanada, Chile und Sibirien. Die fachliche Ausrichtung der durchgeführten Projekte ist vielfältig und schließt wissenschaftliche Anwendungen in der Permafrost- und Paläoklima-Forschung, Limnologie, Hydrologie, Ökologie und Glaziologie ein.
Die Arbeiten in der ISOLAB Facility sind eng mit den Aktivitäten der Arbeitsgruppe „Klimawandel in der Vergangenheit“ der Sektion Polar Terrestrische Umweltsysteme verbunden.
Leitung
Dr. Hanno Meyer
Technische Assistenz
Dr. Andreas Marent (Ingenieur)
Mikaela Weiner (Chemisch Technische Assistentin)
Technik
Das Labor ist mit folgenden Geräten und Peripherien ausgestattet:
Massenspektrometer
- 2 Finnigan-MAT Delta-S-Massenspektrometer: HD, CO2, mit je 2 Äquilibrationseinheiten für H- und O-Isotope.
Projekte, Kooperationen, Netzwerke
(2021-2025)
Dieses Projekt gemeinsam mit der Northumbria University (Hauptantragsteller: Sebastian Breitenbach) wird vom Leverhulme Trust finanziert.
Das Projekt zielt darauf, das komplizierte Zusammenspiel von saisonaler Temperatur- und Niederschlagsdynamik als Antriebskräfte von Permafrostdynamik in Ostsibirien zu entflechten. Dazu werden Höhlen und Permafrostaufschlüsse entlang eines Transekts vom Arktischen Ozean bis zum Baikalsee untersucht.
Die Ziele des Projekts sind (i) die Rekonstruktion (a) mittlerer interglazialer Temperaturen an der südlichen Grenze des Permafrosts mittels subaquatische Höhlenkarbonate und (b) Sommertemperaturen von wesentlichen Glazialen und Interglazialen mittels Ostrakoden, (ii) die Rekonstruktion von Winter- und Sommertemperaturen und Niederschlagsdynamik mittels verschiedener Arten von Grundeis, (iii) die Ableitung von Änderungen der Saisonalität, Feuchtigkeitsdynamik und Kontinentalität basierend auf den Ergebnissen von (i) und (ii), und der resultierenden Reaktion des Permafrosts auf Klimaänderungen.
Die Arbeitsgruppe an der Northumbria University fokussiert auf die Untersuchung von Höhlenkarbonaten und Ostrakoden mittels aggregierter und stabiler Isotope, während die Arbeitsgruppe am AWI sich auf die Untersuchung von Grundeis aus dem Permafrost, insbesondere Eiskeilen und Poreneis, konzentriert.
Kontakt: Thomas Opel, Hanno Meyer
Förderung: Leverhulme Grant
(2021-2024)
Das Hauptziel des CiASOM-Projekts (Changes of water isotopes in Arctic Sea ice, Ocean, and atMosphere) besteht darin, eine umfassende Beschreibung des heutigen arktischen Wasserkreislaufs und der damit verbundenen wichtigen Austauschprozesse zwischen Atmosphäre, Ozean und Meereis zu erstellen, wobei sowohl Messdaten als auch Klimasimulationen verwendet werden. Das Projekt nutzt den isotopischen Fingerabdruck verschiedener Komponenten des arktischen Wasserkreislaufs und nutzt sowohl diskrete Proben als auch kontinuierliche Messungen. Das Projekt kombiniert Isotopenmessungen an Bord der Polarstern, die während der MOSAiC-Expedition durchgeführt wurden, mit Messungen mehrerer Landstationen in der Arktis. Das MOSAiC-Drift-Experiment bietet hierbei die einzigartige Möglichkeit, die wichtigsten hydrologischen Prozesse in der zentralen Arktis über einen kompletten Jahreszyklus, einschließlich des wenig untersuchten arktischen Winters, zu untersuchen. Im CiASOM-Projekt werden stabile Wasserisotope (H2 16O, H2 18O, HD16O) als Schlüsselparameter für ein besseres Verständnis des gegenwärtigen Wasserkreislaufs genutzt. Aufgrund der in jüngster Zeit zurückgegangenen Meereisbedeckung stellt die aus der Arktis stammende Feuchtigkeit eine neue, zunehmend wichtige Wasserquelle für die nördliche Hemisphäre dar. Die Beiträge der verschiedenen arktischen Wasserkompartimente (d.h. Meerwasser, Meereis, Schnee, Wasserdampf) um Polarstern werden gezielt untersucht, um die wichtigsten Austauschprozesse zu entschlüsseln.
Kontakt: Moein Mellat, Hanno Meyer, Martin Werner, Camilla Brunello
Förderung: BMBF
(Juli 2021 - Dezember 2024)
Das übergeordnete Ziel dieses INSPIRES-Promotionsprojekts ist es, die Beziehung zwischen der heutigen Klimaerwärmung, hydrologischen Extremphasen und der Wasserqualität in unberührten und vom Menschen beeinflussten sibirischen Seensystemen auf dekadischen Zeitskalen zu verstehen. Die Forschung konzentriert sich auf die Fragen, ob die globale Erwärmung zu deutlicheren und häufigeren Hydroklimaextremen führt und ob es einen Unterschied zwischen natürlichen und anthropogenen Einflüssen auf die sibirische Hydrologie gibt. Dafür wird die Erwärmungsphase im Frühholozän mit der Aktuellen verglichen.
Um diese Fragen zu beantworten, werden Sedimentkerne aus unbeeinflussten und menschlich geprägten Seen Jakutiens lückenlos und mit einer dekadischen Auflösung der letzten 300 bis 500 Jahre untersucht. Diese Untersuchungen werden mit Seesediment aus dem frühen Holozän mit möglichst ähnlicher zeitlicher Auflösung verglichen, um den anthropogenen und natürlichen Beitrag sichtbar zu machen.
Für die Forschungsarbeit werden vor allem stabile Sauerstoffisotope (δ18O) von Diatomeen (Kieselalgen, Bacillariophyta) verwendet, um hydrologische Zeitreihen zu erstellen und hydrologische Extremphasen zu erkennen. Durch die Bestimmung der Artenzusammensetzung der Diatomeen sollen Veränderungen des Salzgehalts und der Wasserqualität der Seen rekonstruiert werden. Neben weiteren biochemischen Analysen wird insbesondere der Quecksilbergehalt in den Seesedimenten als Indikator für die vom Menschen verursachte Verschmutzung dienen.
Dieses Projekt bietet eine erste hydrologische Zeitreihe der jüngsten und vergangenen Hydroklimaextreme, wie Dürrephasen, in Sibirien. Diese Informationen stehen zum Beispiel in engem Zusammenhang mit der Intensität von Waldbränden in der Tundra und der Stabilität des Permafrosts. Darüber hinaus ermöglicht das Projekt der lokalen Bevölkerung in Jakutien einen erheblichen Wissenszuwachs, um potenziellen Risiken des künftigen Klimawandels für die lokalen Ökosystemleistungen, wie der Trinkwassergewinnung, besser begegnen zu können.
Kontakt: Amelie Stieg, Hanno Meyer
Förderung: Inspires
(2020-2023)
Das Ziel von PalMod II (German Climate Modeling Initiative) ist die Modellierung eines kompletten Glazialzyklus - vom letzten Interglazial bis zum Anthropozän. Diese Klimamodellierung wird durch die Synthese von Proxydaten und den Vergleich von Proxydaten mit Modellen ergänzt. Unsere Aufgabe im Arbeitspaket 3.2.2 ist die Zusammenstellung und Analyse von Sauerstoffisotopendaten (δ18O) aus Seesedimenten. Diese Aufzeichnungen sind von größter Bedeutung, da sie quantitative Informationen über das vergangene Hydroklima in terrestrischen Umgebungen liefern und theoretisch direkt mit den Ergebnissen von Klimamodellen vergleichbar sind (Isotope im Niederschlag). Die Interpretation dieser Aufzeichnungen ist jedoch aufgrund der hydrologischen Prozesse innerhalb des Sees und seines Einzugsgebiets schwierig. Wir bewerten daher auch die Signalbildung in δ18O-Aufzeichnungen von Seesedimenten, um zuverlässigere Informationen über die treibenden Faktoren zu erhalten, die das gemessene Signal beeinflussen. Dazu gehören unter anderem die Lufttemperatur, die Wassertemperatur des Sees, atmosphärische Zirkulationsmuster und das P/E-Verhältnis.
Kontakt: Philip Meister, Hanno Meyer
Förderung: BMBF
Ziel dieses Projektes ist es, die jüngste und vergangene Klimavariabilität zweier Hochakkumulationsregionen in der Westantarktis - der nördlichen Antarktischen Halbinsel und der Union Glacier Region in den Ellsworth Mountains auf dem Westantarktischen Eisschild - zu untersuchen und mögliche Einflussfaktoren für beobachtete Veränderungen zu ermitteln. Dazu werden neu gesammelte Eis/Schnee-Kerne aus beiden Regionen als natürliche Klimaarchive genutzt und in hoher (jahreszeitlicher) Auflösung auf Dichte, stabile Wasserisotope und verschiedene chemische Parameter analysiert. Neue Daten über Akkumulationsraten und meteorologische Parameter (z.B. Lufttemperatur) sowie Informationen über Herkunft und Transportwege von Niederschlagsluftmassen werden gewonnen.
Kontakt: Kirstin Hoffmann, Hanno Meyer
Förderung: Elsa-Neumann Scholarship of the state of Berlin for Kirstin Hoffmann
Das Projekt Iso-Arc, das aus Mitteln des AWI Strategiefonds gefördert wurde, zielt auf die erstmalige detaillierte Bestimmung und Beschreibung des Wasserkreislaufs der östlichen Arktis und dessen Isotopen-Zusammensetzung (H218O, HD16O). Isotopen-Messungen des Wasserdampfs werden in Kombination mit Ozean- und Niederschlagsdaten und Klimasimulationen mit expliziter Isotopendiagnostik analysiert und interpretiert.
Kontakt: Kirstin Hoffmann, Hanno Meyer
Das von der Universität zu Köln geleitete BMBF-Projekt "PLOT - Paleolimnological Transect" konzentriert sich auf die Rekonstruktion von Klima- und Vegetationsveränderungen entlang eines 6000 km langen Transsekts vom Ladogasee im Westen zum El´gygytgynsee im Osten. Die Rekonstruktion basiert auf multidisziplinären geowissenschaftlichen Analysen von über 50 m langen Sedimentkernen aus fünf Seen, die mit den Daten des Bohrprojekts El´gygytgyn vergleichen werden sollen. Das Teilprojekt 1 der Universität zu Köln ist für die Koordination der deutschen Aktivitäten im russisch-deutschen PLOT-Projekt verantwortlich, das unter dem Dach eines bilateralen Abkommens der russischen und deutschen Forschungsministerien über die wissenschaftliche Zusammenarbeit im Bereichen der Polar- und Meeresforschung durchgeführt wird. Teilprojekt 3 ist am AWI angesiedelt und besch#äftigt sich mit der räumlich-zeitlichen Dynamik des Wasserkreislaufs und seinen Isotopensignaturen in Nord-Eurasien und vergleicht Proxy-Daten und Klimasimulationen.