Aktuelle Forschungsprojekte

VV ''RACE-II'' | SFB/TRR 181 "Energiertransfer" | MAR-Vermischung | IRTG 1904 ArcTrain | Süßwasser-Budget | SPP 1889 "Meerespiegel"
Bremer Exzellenz-Cluster | Hydrothermadec | VV "SOPRAN" | abgeschlossene Projekte

         
       

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  Das mobile Langzeit-Observatorium NOAC im Nordatlantik

Das mobile Langzeit-Observatorium NOAC im Nordatlantik
  Regionale Atlantikzirkulation im globalen Wandel
Verbundvorhaben "RACE-II", AP 1.2

Finanzierung: BMBF
Laufzeit: 2016 - 2018

In Westeuropa prägen Winde, der Atlantische Ozean und seine Randmeere maßgeblich das Klima und seine Schwankungen. Dabei spielen die Meeresströmungen und ihre Variabilität eine bedeutende Rolle, da sie Wärme von den Tropen in die hohen Breiten transportieren und die einzelnen Ozeanbecken zu einem globalen System verbinden. Die bekannteste Strömung im Nordatlantik, der Golfstrom gilt als "Warmwasserheizung" und leistet einen signifikanten Beitrag zum milden Klima Nord- und Westeuropas. Systematische langanhaltende Änderungen in der Atlantikzirkulation können zu grundlegenden klimatischen Veränderungen in Deutschland, Europa und angrenzenden Regionen führen. Um Auswirkungen von zukünftigen Klimaänderungen auf unsere Gesellschaft verstehen zu können, ist es notwendig, die Klimaänderungen zunächst besser vorhersagen zu können. Um dies zu erreichen, müssen Zirkulation und Zustand des Atlantiks in den Schlüsselregionen kontinuierlich beobachtet und realitätsnah modelliert werden. Die vom BMBF herausgegeben Broschüre "Klimaforschung im Ozean: Veränderte Ozeanströmungen und zukünftiges Klimageschehen" ist weiterhin aktuell und RACE II ist Teil der dort beschriebenen Agenda für die klimarelevante Ozeanforschung. Die Forschungsthemen sind:

  • ein verbessertes Verständnis von Prozessen, die zu Zirkulationsänderungen auf zwischenjährlichen und dekadischen Zeitskalen führen
  • die Erforschung der Auswirkungen von Zirkulationsschwankungen auf das atlantische Klimasystem und den europäischen Schelf
  • die Bestimmung der Vorhersagbarkeit von langfristigen regionalen Schwankungen der Zirkulation und deren Einfluss auf das Klimasystem
 
       

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  Geplante Messkampagne in dem Ausbreitungspfad interner Wellen südlich der Azoren.

Geplante Messkampagne in dem Ausbreitungspfad interner Wellen südlich der Azoren. Daten der Amplitude der internen Wellen wurden zur Verfügung gestellt von B. Dushaw.
 
Energietransfer durch interne Wellen mit niedrigen Moden

(SFB/TRR 181, W2)

Finanzierung: DFG
Zeitraum: 2016 - 2020

Dieses Projekt ist Teil des TRR 181 "Energietransfer in der Atmosphäre und im Ozean" und hat zum Ziel, die Erzeugung sowie Ausbreitung von internen Wellen mit niedrigen Moden im globalen Ozean sowie ihren Anteil an lokalen Vermischungsraten zu quantifizieren und Regionen und Mechanismen der Erzeugung und Dissipation von internen Wellen zu identifizieren. Hierfür werden (i) gezielte, hoch aufgelöste (1/10° oder höher) globale Modelläufe mit idealisiertem Antrieb, (ii) Beobachtungen von Energieflüssen durch interne Wellen entlang von Pfaden auf denen Satellitenbeobachtungen konvergierende interne Wellen zeigen, sowie (iii) eine Kombination aus Modelergebnissen und vorhandenen Beobachtungen genutzt, um eine Abschätzung der globalen Verteilung der Quellen und Senken von internen Wellen zu erstellen sowie die dominanten Prozesse zu identifizieren. Dies wird für die Entwicklung eines energetisch konsistenten Modells für die durch interne Wellen ausgelöste diapyknische Vermischung benötigt.

 
       

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  Kinetische Energie im Wirbelfeld an der Meeresoberfläche aus AVISO-Satellitendaten und Positionen der Verankerungen

Kinetische Energie im Wirbelfeld an der Meeresoberfläche aus AVISO-Satellitendaten und Positionen der Verankerungen
  Zeitliche Variabilität von internen Wellen und vertikaler Vermischung im Nordatlantik

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2014 - 2017

Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der zeitlichen Variabilität in der Energie von internen Wellen und der Stärke von vertikaler Vermischung in Abhängigkeit des Nordatlantikstroms und dem damit verbundenen Wirbelfeld. Hierfür werden 5-6 Jahre von Strömungsmesserdaten und Temperatur/Leitfähigkeitsmessungen von vier Verankerungen entlang eines Schnittes westlich des Mittelatlantischen Rückens (MAR) sowie LADCP/CTD Daten von fünf Schifffahrten genutzt. Spezifische Fragen sind hierbei u.a., wie groß die Änderungen in der Energie im internen Wellenfeld sind und was die dominanten Prozesse (z.B. Wind, Wirbel, Topographie, Änderungen im Nordatlantikstrom) sind, die diese Variabilität hervor rufen. Zusätzlich werden Vermischungsintensitäten aus hydrographischen Schiffsmessungen sowie anhand von Thorpe-Skalen aus den Verankerungsdaten bestimmt, um räumliche sowie zeitliche Änderungen in der Stärke von turbulenter Vermischung zu untersuchen.

 
       

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  Mittlere Oberflächengeschwindigkeit aus Satelliten-Daten, 1993-2008

Mittlere Oberflächengeschwindigkeit aus Satelliten-Daten, 1993-2008
  ArcTrain - Prozesse und Auswirkungen des Klimawandels im Nordatlantik und in der Kanadischen Arktis
(IRTG 1904 "ArcTrain", Teilprojekte HB-5, HB-6, HB-7)

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2013 - 2017

Im Zuge des Internationalen Graduiertenkollegs ArcTrain kooperieren Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler der Universität Bremen (MARUM und IUP) und des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven auf ihrem Weg zur Promotion mit 10 kanadischen Partner-Universitäten, um im Rahmen eines strukturierten Ausbildungsprogramms Prozesse und Auswirkungen des Klimawandels im Nordatlantischen Ozean und der Kanadischen Arktis zu untersuchen. Die in der AG Ozeanographie angesiedelten Teilprojekte befassen sich mit Austausch-Prozessen zwischen dem tiefen westlichen Randstrom (DWBC) und den tiefen Becken des subpolaren Nordatlantiks (HB-5), vertikaler Vermischung im DWBC (HB-6) sowie horizontaler Vermischungs- und Verteilungsmuster von Wassermassen im offenen subpolaren Nordatlantik (HB-7).

 
       

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  Hauptzweige des Nordatlantik-Stromes

Hauptzweige des Nordatlantik-Stromes und Boxendefinitionen
zur Rekonstruktion von Salz-Profilen aus Argo- und Altimetrie-Daten
  Süßwasser- und Salzgehaltsvariabilität in den subpolaren und suptropischen Wirbeln des Nordatlantiks
(DFG Forschergruppe FOR 1740, TP 1.2)

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2016 - 2019

In der ersten Phase konnten wir durch die Kombination von Argo- und Altimeterdaten einen räumlich und zeitlich hoch aufgelösten Salzgehaltsdatensatz der oberen 700 m für die Jahre 1992-2012 bestimmen. Dieser Datensatz soll im Fortsetzungszeitraum erweitert und untersucht werden: (i) Analyse der monatlichen bzw mehrjährigen regionalen Salzgehaltsschwankungen und Vergleich mit Modellergebnissen; (ii) Untersuchung der zeitlichen und räumlichen Entwicklung von Fronten, Mäandern und Wirbeln in und unterhalb der Oberflächenschicht; (iii) Erweiterung des hochauflösenden Datensatzes in Regionen flacher als 1900 m und Verbesserung der Qualität durch Hinzunahme von Oberflächen-Salzgehaltsmessungen von Satelliten.

 
       

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  Treibeisfeld bei Grönland (Foto M. Rhein)

Treibeisfeld bei Grönland (Foto M. Rhein)
  Basales Schmelzen im Grönlandischen Eisschelf und die Auswirkungen auf Meeresspiegelschwankungen
(SPP 1889 "Regional Sea Level Change and Society")

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2016 - 2019

Der Masseverlust von Grönland ist in den letzten 20 Jahren fast auf das Vierfache angestiegen. Einer der Gründe ist der Kontakt von warmem Wasser aus den Subtropen mit den Gletscherzungen, die in den Fjorden aufschwimmen und an der Unterseite schmelzen. Vermehrter Zufluss von Schmelzwasser erhöht den globalen Meeresspiegel, hat aber auch Auswirkungen auf die Ozeandynamik und damit auf den regionalen Meeresspeigel. Mit Hilfe von Verteilungen von Neon und Helium-Isotopen im Ozeanwasser können die bis jetzt unbekannten Ausbreitungspfade von Schmelzwasser aus den Fjorden Grönlands in den Randstrom und in die Schlüsselregionen im Ozeaninneren gefunden und quantifiziert werden. Auf diese Weise kann der Effekt des Schmelzwassers auf Zirkulation- und Meeresspiegeländerungen abgeschätzt werden.

 
       

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  Klimatologische Vermischungstiefen

Klimatologische Vermischungstiefen im März
  Variabilität der Tiefenwasserbildung im Nordatlantik
(Bremer Exzellenz-Cluster "Der Ozean im System Erde - MARUM" )

Finanzierung: DFG (Bremer Exzellenz-Cluster "MARUM")
Laufzeit: 2012 - 2017

Experimente mit Klima-Modellen deuten daraufhin, dass die Tiefenwasserbildung im Nordatlantik während des 21. Jahrhunderts zurückgehen wird (IPCC, 2007). Aus geologischen Daten ergeben sich Hinweise, dass die Meridionale Umwälzbewegung im Ozean zu verschiedenen Zeiten in der geologischen Vergangenheit nahezu zu einem Stillstand kam, und dass diese Stillstände mit abrupten Klimaänderungen verknüpft waren. Durch die Verflechtung von Beobachtungsdaten mit Modellergebnissen werden in diesem Projekt jene Prozesse im Atmosphäre-Ozean-Meereis-System untersucht, die für die Schwankungen in der Tiefenwasserbildung auf zwischenjährlichen und längeren Zeitskalen verantwortlich sind. Die sensitiven Orte für Änderungen in der Ozeanzirkulation werden identifiziert. Die Bildung von Tiefenwasser nördlich von Island sowie in der Labradorsee hat vermutlich unterschiedliche Auswirkungen auf die Stärke der großskaligen Ozeanzirkulation: das dichte Wasser nördlich von Island speist die Overflow-Wassermassen, wohingegen die Konvektion im offenen Ozean die Prozesse in der Labradorsee dominiert. Schließlich werden diese Änderungen mit kürzlichen Ereignissen anomaler Salzgehalte verglichen.

 
       

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  Forschungsschiff Sonne (Foto J. Köhler)

Forschungsschiff Sonne (Foto J. Köhler)
  Hydrothermadec - Geochemische und ökologische Auswirkungen hydrothermaler Prozesse in intraozeanischen Vulkanbögen am Beispiel des Kermadec-Bogens

Finanzierung: BMBF, Auswerteantrag zu So253, Teil MARUM, PI W. Bach
Laufzeit: 2016 - 2019

Hydrothermalsysteme an vulkanischen Inselbögen unterscheiden sich von denen an mittelozeanischen Rücken durch ihre stark magmatisch geprägten heißen Fluide und hydrothermale Plumes, die aufgrund der oft geringen Wassertiefen bis in die photische Zone hineinreichen. Im Zuge dessen können sie sehr hohe Stoffeinträge in oberflächennahe Wasserschichten bringen. Ziel unseres Vorhabens ist es, die bisher wenig untersuchten Stoffeinträge von hydrothermalen Systemen des Kermadec-Vulkanbogens in den Ozean zu charakterisieren und deren Bedeutung für den globalen Stoffhaushalt der Meere sowie die lokalen chemischen und biologischen Prozesse in der Wassersäule und am Meeresboden zu verstehen. Ein besonderer Fokus wird auf die Bedeutung chemischer Speziation und Komplexierung von Metallen und Spurenelementen für den Export in den Ozean und die Bioverfügbarkeit gelegt. Um diese Ziele zu erreichen, sollen hydrothermale Fluide, Festphasen, und Plumes und biologische Gemeinschaften von verschiedenartigen Hydrothermalquellen im südlichen und mittleren Kermadec-Bogen mit Hilfe des ROVs Quest, CTD/Wasserschöpfern und Multicorern interdisziplinär untersucht werden.

 
       

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  Vertikalgeschwindigkeiten im Auftriebsgebiet vor Mauretanien

Vertikalgeschwindigkeiten im Auftriebsgebiet vor Mauretanien
  Bestimmung von Auftriebsgeschwindigkeiten aus dem Heliumisotopenungleichgewicht
Verbundvorhaben SOPRAN III

Finanzierung: BMBF
Laufzeit: 2013 - 2016

Auftrieb ist für den Stofftransport vom Ozeaninneren in die ozeanische Deckschicht von zentraler Bedeutung. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Versorgung der euphotischen Zone mit Nährstoffen ebenso wie bei der Abkühlung der Oberflächenschicht. Spurengase wie Bromoform und Lachgas (N2O) werden unterhalb der Deckschicht im Ozean produziert, durch Auftrieb an die Oberfläche transportiert und gasen dann in die Atmosphäre aus. Auftriebsgeschwindigkeiten liegen in der Größenordnung von 10^-5 m/s und können daher nicht direkt gemessen werden. Im Rahmen von SOPRAN ist der Überschuss von Helium-3 in der Deckschicht dazu benutzt worden, Auftriebsgeschwindigkeiten zu quantifizieren. Diese Methode ist während der Projektphasen SOPRAN I und II auf die Auftriebsgebiete im äquatorialen Atlantik und vor Mauretanien angewendet worden. Der mittlere Küstenauftrieb ist durch die Ekman-Divergenz bestimmt, während die Heliummethode in den küstenferneren Gebieten Anzeichen für wirbelinduzierten Auftrieb liefert. Im Rahmen von SOPRAN III wird die Stärke des Auftriebs vor Peru untersucht und mit den anderen beiden Regionen verglichen. Unter Einbeziehung der diapyknischen Vermischung sollen die vertikalen Flüsse von Wärme, Nährstoffen und Spurengasen in die Deckschicht untersucht werden.

 
       

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