Abgeschlossene Forschungsprojekte

Flämische Passage | CarboChange | VV ''RACE'' | Auftrieb im Südlichen Ozean | Wirbel und Feinstruktur
SPP-1158 | 16°N-Vermischung | Atlantic-Tracer | Helium-Löslichkeit | SPP-1144 | 47°N-Vermischung | SUMSUN
NBC-Ringe | CARBOOCEAN | LAKRIS | CLIVAR | SF6 | SFB-460/TP-A7 | aktuelle Forschungsprojekte

         
       

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  Geschwindigkeitsstruktur in der Flämischen Passage

Beobachtete Geschwindigkeitsstruktur in der Flämischen Passage
  Transporte und Variabilität-erzeugende Mechanismen in der Flämischen Passage am Westrand des subpolaren Nordatlantiks
(FLEPVAR, in Kooperation mit dem Institut für Meereskunde, Universität Hamburg)

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2012 - 2015

Das in der Labradorsee gebildete Labradorseewasser (LSW) trägt als leichteste Komponente zum Nordatlantischen Tiefenwasser (NADW) bei, einem Konglomerat von Wassermassen, die den kalten Rückstrom der atlantischen meridionalen Umwälzbewegung (MOC) bilden. Die Ausbreitung nach Süden für neugebildetes LSW erfolgt hauptsächlich mit dem tiefen westlichen Randstrom (DWBC) am Westrand des Nordatlantiks und zum Teil durch die Flämische Passage. Bisher gibt es nur unzureichende Abschätzungen des Transportes durch die Flämische Passage und des Beitrages zur MOC, und die Bedeutung dieser Passage für den LSW-Export und die damit verknüpfte Variabilität ist unbekannt. In diesem Projekt sollen die Tiefenwassertransporte durch die Flämische Passage quantifiziert sowie die Variabilität verursachenden Mechanismen untersucht werden.

 
       

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  Änderung des Säleninventar von anthropogenem Kohlenstoff, 1997-2003

relative Änderung des Säuleninventars von anthropogenem Kohlenstoff zwischen 1997 und 2003
  Speicherung von anthropogenem Kohlenstoff und Bestimmung von Sauerstoffzehrungsraten
(CarboChange, WP 1 & WP 5)

Finanzierung: EU
Laufzeit: 2011 - 2015

Der Ozean spielt eine bedeutende Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf, insbesondere für die Aufnahme und Speicherung anthropogener Kohlendioxidemissionen. Ziel des Projektes ist es, die Kohlenstoffaufnahme des Ozeans unter sich ändernden klimatischen Bedingungen genauer als bisher zu bestimmen. Hierzu werden sowohl physikalische als auch biogeochemische Prozesse auf der Basis von Modellsimulationen und Beobachtungen untersucht. Beiträge hierzu von seiten des IUP sind die Quantifizierung der Speicherung von anthropogenem Kohlenstoff im Ozean, hergeleitet aus Spurenstoffmessungen (CFC-12, SF6), sowie die Bestimmung von Sauerstoffzehrungsraten als Funktion des Alters der verschiedenen Wassermassen.

 
       

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  Zusammenfassung der Messsysteme

Feldarbeiten im Subpolarwirbel
  Zirkulations- und Wassermassenänderung im subpolaren Nordatlantik
(Verbundvorhaben "RACE", AP 1.2)

Finanzierung: BMBF
Laufzeit: 2012 - 2015

Der Subpolarwirbel im Nordatlantik ist die Schlüsselregion, in der die Bildung von Wassermassen mit Bedeutung für die globale meridionale ozeanische Umwälzbewegung erfolgt. Desweiteren wird durch den Subpolarwirbel warmes salzreiches Nordatlantikwasser ins Europäische Nordmeer transferiert und Wassermassen aus dem Nordmeer in die tiefe, kalte atlantische Umwälzbewegung eingespeist.
Dieses Projekt befasst sich mit der Bestimmung von Transportschwankungen im Subpolarwirbel durch eine Kombination verschiedener Daten (invertierte Echolote (PIES), Altimetrie, Schiffsmessungen, Argo-Drifter, Verankerungen) sowie mit der Untersuchung des Wassermassenaustauschs zwischen den Subtropen und den Tropen. Ferner erfolgt die Berechnung der Bildungsraten von Labradorseewasser anhand von Tracer-Inventaren (FCKWs im Vergleich zu SF6).

 
       

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  Auftriebsgeschwindigkeiten, Weddellmeer

Bestimmung von Auftriebsraten im Weddellmeer
  Bestimmung von Auftriebsraten im Südlichen Ozean

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2011 - 2014

Auftrieb ist ein wichtiger Prozess, der die Eigenschaften der ozeanischen Deckschicht bestimmt. Auftrieb ermöglicht Gasen, Nährstoffen und anderen Komponenten aus dem Ozeaninneren, in die Deckschicht und damit auch in die Atmosphäre zu gelangen. Außerdem kann starker Auftrieb der physikalischen Aufnahme atmosphärischer Gase wie CO2 in den Ozean entgegenwirken. Da Auftriebsgeschwindigkeiten klein sind, können sie nicht direkt gemessen werden. Jüngst wurden Heliumisotopen-Ungleichgewichte, wie sie im östlichen äquatorialen Atlantik beobachtet wurden, genutzt, um Auftriebsgeschwindigkeiten, -Raten und Wärmeflüsse zwischen dem Ozeaninneren und der Deckschicht zu bestimmen. Dieses Ungleichgewicht wird durch Auftrieb von 3He-reichem Wasser aus dem Ozeaninneren erzeugt. Der 3He-Überschuss wird dem tiefen Ozean durch Hydrothermalismus zugefügt. In diesem Projekt sollen die Ungleichgewichte aus historischen Daten sowie aus zwei Helium-Datensätzen analysiert werden, die auf der Polarstern-Expedition ANT 27/2 (11/2010-02/2011) und auf der Polarstern-Reise ANT 28/3 (01/2012-02/2012) gewonnen werden. Diese Daten werden dazu verwendet, um Auftriebsgeschwindigkeiten, -raten und Wärmeflüsse im Weddellmeer und im Zirkumpolarstrom zu bestimmen.

 
       

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  Feinstruktur im NAC-Wirbelfeld

Feinstrukturvariabilität im Wirbelfeld des Nordatlantikstromes
  Wirbel und Feinstrukturvariabilität im Nordatlantikstrom

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2010 - 2014

Beobachtungen von erhöhter vertikaler Vermischung in Regionen starker mesoskaliger Wirbelaktivität im Ozean deuten auf die wichtige Rolle von Wirbeln als Energiequelle für die Erhaltung der ozeanische Dichteschichtung hin. Abschätzungen des Energietransfers zwischen dem mesoskaligen Wirbelfeld und internen Wellen zeigen Wirbel als eine der wichtigen Energiequellen für das Feld interner Wellen und damit für die Vermischung im tiefen Ozean. In diesem Projekt wird im energetischen Nordatlantikstrom (NAC) der Zusammenhang zwischen mesoskaligen Wirbeln und einer möglichen erhöhten Variabilität der Feinstruktur in Dichte und Geschwindigkeitsfeld durch das interne Wellenfeld untersucht. Ziel der Arbeiten ist es, Beziehungen zwischen der Feinstrukturvarianz und atmosphärisch getriebenen Änderungen des Wirbelfeldes sowie Verlagerungen des Nordatlantikstroms zu untersuchen und zu quantifizieren.

 
       

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  Vertikale Spurenstoff-Verteilung entlang des 0-Grad-Schnittes, Südlicher Ozean

Vertikale Spurenstoff-Verteilung entlang des 0-Grad-Schnittes
  Inventare von anthropogenem Kohlenstoff und deren Variabilität im Atlantischen Sektor des südlichen Ozeans, 1984-2010
(SPP 1158)

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2004 - 2013

Der atlantische Teil des Südozeans spielt eine bedeutende Rolle bei der Bildung von Boden- und Tiefenwasser. Das für das Klima bedeutsame und vom Menschen freigesetzte Kohlendioxid (Cant) wird in der ozeanischen Deckschicht aufgenommen und der Atmosphäre durch Bildung von Antarktischem Bodenwasser (AABW) entzogen. Auf der anderen Seite werden die Bildungsprozesse dieser Wassermassen von Klimaänderungen beeinflußt. Trotz ihrer Bedeutung sind die Inventare von Cant und die entsprechenden Bildungsraten von AABW nicht gut bekannt, und Abschätzungen ihrer zeitlichen Veränderungen haben große Unsicherheiten. Mit Hilfe von zeitabhängigen Spurenstoffen (FCKW) sollen die Bildungsraten von AABW und die Inventare von Cant im atlantischen Südozean bestimmen und deren Veränderungen wärend der letzten zwei Jahrezehnte abgeschätzt werden.

 
       

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  Temperaturfluktuationen bei 16°N

Zeitreihe der hochfrequenten Temperaturschwankungen bei 16°N
  Turbulente Vermischung im tiefen westlichen Randstrom des Nordatlantiks bei 16°N

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2007 - 2013

Diapyknische Vermischung ist ein integraler Bestandteil der meridionalen Umwälzbewegung im Ozean. Die räumliche Verteilung turbulenter Austauschprozesse, und besonders ihre Intensivierung an den Berandungen der Ozeane, ist daher von grossem Interesse für eine realistische Darstellung in Modellen. Viele Untersuchungen der letzten Jahre konzentrierten sich auf die Umwandlung von Gezeitenenergie in turbulente Vermischung über rauer Topographie sowie den Einfluss winderzeugter interner Wellen. Ebenfalls gibt es deutliche Anzeichen für erhöhte Vermischung in tiefen westlichen Randströmen durch die Erzeugung interner Wellen beim Überströmen rauer Topographie. In diesem Projekt werden die Variabilität von internen Wellen und diapyknischer Vermischung im tiefen westlichen Randstrom des tropischen Atlantiks bei 16°N untersucht. Dazu werden anhand von Strömungs- und Schichtungszeitreihen aus Verankerungen sowie CTD- und LADCP-Daten die folgenden Fragen untersucht:

  • Welchen Einfluss haben die Position des Randstromes und seine Parameter wie Strömungsgeschwindigkeit oder Geschwindigkeitsscherung auf die Intensität des internen Wellenfeldes?
  • Wie beeinflussen zeitliche Schwankungen der Schichtung die Ausbreitungscharakteristiken der internen Wellen?
  • Welche Rolle spielen Gezeiten einerseits und Wind andererseits für die lokale Erzeugung interner Wellen? Gibt es Unterschiede zwischen dem Randstromregime und dem Inneren bzw. dem Mittelatlantischen Rücken?
  • Kann es zu critical layer absorption von Wellen kommen? Gibt es zeitliche Schwankungen der Schichtung, die dort relevant sind?
  • Findet ein Austausch von Impuls zwischen der Hintergrundströmung und dem internen Wellenfeld statt, oder ist das interne Wellenfeld unabhängig von der mittleren Strömung?
 
       

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  Altersverteilung von jungem DSOW

Altersverteilung von jungem DSOW
  Änderungen in den Inventaren von anthropogenem Kohlenstoff und Bildungsraten von Tiefen- und Zwischenwasser aus großräumigen Spurenstoff-Verteilungen im Atlantik, 2010 bis 2011

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2010 - 2013

Holländische und spanische Kooperationspartner führen in den Jahren 2010 und 2011 mehrere Expeditionen aus, die eine Vermessung des Atlantiks entlang zweier Zonal-Schnitte und eines Meridional-Schnittes zum Ziel haben. Messungen von Edelgaskonzentrationen und anthropogenen Spurenstoffen entlang dieser Schnitte liefern wertvolle Daten, die die Berechnung der anthropogenen Kohlenstoffinventare im Antarktischen Zwischenwasser (AAIW) und im Nordatlantischen Tiefenwasser (NADW) ermöglichen. Desweiteren werden die Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Verdünnung und die Vermischung dieser Wassermassen analysiert. Spurenstoff- und Edelgasmessungen erlauben auch eine Abschätzung hinsichtlich des Eintrags von Zwischen-und Tiefenwasser aus dem Pazifik in den Atlantik über 50°S hinweg nach Norden.

 
       

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  Begasungskammer zur Bestimmung der Helium-Löslichkeit

Begasungskammer zur Bestimmung der Helium-Löslichkeit
  Bestimmung der Löslichkeit von Helium in Wasser

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2010 - 2012

Das Ziel dieses Projektes ist, mit Hilfe einer selbstentwickelten Apparatur die Löslichkeiten von Helium (und Neon) in Süß- und Salzwasser mit einer Genauigkeit von 0.2% zu bestimmen. Ältere Literaturwerte liegen hier bei einem Fehler von etwa 1%. Die hohe Genauigkeit soll durch die speziell konstruierte Begasungsapparatur erreicht werden, deren Betriebsparameter sehr genau kontrolliert werden können. Ein Edelgasmassenspektrometer zur Messung der Helium- und Neonkonzentrationen weist geringe Empfindlichkeitsunterschiede auf, die mit einer Gasmischapparatur sehr genau erfasst werden können. Mit den gewonnen Daten können dann beispielsweise Frischwasserflüsse durch Schmelzwasser des antarktischen Kontinentaleises besser quantifiziert und ihre Pfade im Ozean genauer verfolgt werden. Diese Daten bieten die Möglichkeit, den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre detaillierter zu studieren. Es lassen sich mit der Apparatur Wasserproben mit einem definierten Helium- und Neonanteil herstellen, die für einen Vergleich der Analaysegeräte verschiedener internationaler Institute verwendet werden können.

 
       

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  Temperatur-Anomalien nahe hydrothermaler Quellen

Temperatur-Anomalien nahe hydrothermaler Quellen
  Vertikale Vermischung und Helium-Flüsse nahe Hydrothermalquellen
(SPP 1144)

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2003 - 2010

Hydrothermale Schlote gehören zu den Energielieferanten des Ozeans und stellen eine wichtige Quelle für primordiales Helium-3 dar. Dieses Projekt umfasst die Bestimmung der vertikalen Vermischung nahe Hyrdothermal-Schloten, die sich am Mittel-Atlantischen Rücken zwischen 5°S und 11°S befinden. In dieser Region sollen die Flüsse von Wärme und Helium ermittelt werden.

 
       

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  Vertikale Vermischung bei 47°N

Vertikale Vermischung bei 47°N
  Vermischungsprozesse im tiefen westlichen Randstrom bei 47°N

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2007 - 2010

Ziel dieses Projektes ist es, die diapyknische Vermischung, die in Verbindung mit tiefen Randströmen beobachtet wurde, qualitativ und quantitativ zu untersuchen. Dazu werden hydrographische Daten aus der Randstromregion vor Flemish Cap durch ein kleinskaliges Messprogramm und ein Verankerungsarray ergänzt. Im Einzelnen werden folgende Fragen untersucht:

  • Gibt es eine zeitliche Variabilität in der Stärke der Vermischung?
  • Mit welchen äusseren Parametern ist eine eventuelle Variabilität korreliert?
  • Welche Rolle spielt die lokale Topographie für die Stärke und Lokalisierung der Vermischung?
  • Wird der Austausch von Wassermassen mit dem Beckeninneren von diapyknischer Vermischung oder durch isopyknische Wirbelflüsse dominiert?
 
       

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  Untersuchungsregion im Okinawa-Trog, Pazifischer Ozean

Untersuchungsregion im Okinawa-Trog, Pazifischer Ozean
  Studien zur marinen CO2-Sequestrierung durch Untersuchung natürlicher hydrothermaler CO2-Austritte im nördlichen Westpazifik
(SUMSUN)

Finanzierung: BMBF
Laufzeit: 2008 - 2010

Ziel dieses Projektes ist es, die Auswirkungen von CO2-Anreicherung im tiefen Ozean, insbesondere durch die damit einhergehenden pH-Änderungen zu untersuchen, auf marine Lebewesen sowie die geochemischen Eigenschaften der Wassersäule und des Sediments. Die Untersuchung erfolgt an natürlichen CO2-Vents in drei Hydrothermal-Systemen (Izena Hole, Hatoma Knoll und Yoneguni Knoll) im Okinawa-Trog, Ostpazifik. Die Arbeitsgruppe Ozeanographie untersucht in diesem Zusammenhang die Turbulenz, Dichtegradienten und Strömungen im Nahfeld der CO2-Emission sowie im Fernfeld (Plume) der Emission, zusätzlich die Verteilung von Helium als Tracer für den Output der Hydrothermal-Systeme.

 
       

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  Anteil südatlantischen Wassers und Meridionalgeschwindigkeit entlang 16°N

Anteil südatlantischen Wassers und Meridionalgeschwindigkeit entlang 16°N
  Transportpfade und Zerfallsmechanismen von Nordbrasilstrom-Ringen im tropischen Nordatlantik

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2008 - 2010

Einen entscheidenden Anteil zum Transport des oberen, warmen Zweiges der globalen ozeanischen Umwälzbewegung (MOC) im tropischen Atlantik liefern Nordbrasilstrom-Ringe, sogenannte NBC-Ringe. Diese großskaligen Wirbel (250-350 km Durchmesser) tragen in ihrem Kern Wasser südatlantischen Ursprungs, das beim Zerfall der Ringe im Nordatlantik verbleibt und zum Golfstromsystem beiträgt. Die Entstehung sowie Ausbreitung der NBC-Ringe und deren Wechselwirkung mit der Topographie der Kleinen Antillen werden in diesem Projekt eingehend untersucht. Zur Bearbeitung dieser Fragestellungen stehen Zeitreihen aus dem hochauflösenden Ozeanmodell FLAME zur Verfügung, die mit Beobachtungsdaten (Argo-Trajektorien und T/S Profile) verglichen werden.

 
       

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  anthropogenes Kohlenstoff-Inventar, 1997

Anthropogenes Kohlenstoff-Inventar für die gesamte Wassersäule, 1997
  Bestimmung anthropogener CO2-Inventare
(CARBOOCEAN Integrated Project)

Finanzierung: EU
Laufzeit: 2005 - 2009

Das Treibhausgas CO2 ist ein wichtiger Faktor für die globale Erwärmung. Um Empfehlungen für die Verminderung der CO2-Emissionen abgeben zu können, ist es erforderlich, die Größe und relative  Bedeutung der ozeanischen Quellen und Senken unter den aktuellen und zukünftigen Umweltbedingungen (höhere Temperatur, höhere atmosphärische CO2-Konzentrationen) zu kennen.
Dieses Projekt hat die Bestimmung der ozeanischen Quellen und Senken für anthropogenes CO2 im Atlantik und im Südlichen Ozean zum Ziel. Das Zeitfenster beträgt +/- 200 Jahre um heute.

 
       

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  Logo des Projekts LAKRIS   Meereis, Zirkulation und Zooplankton-Abundanzen
(LAKRIS)

Finanzierung: BMBF
Laufzeit: 2004 - 2009

In diesem Projekt sollen die zeitlichen Veränderungen im Krillvorkommen hinsichtlich ihrer Abhängigkeiten vom physikalischen Umfeld (Zirkulationsmuster, Wassermasseneigenschaften und Meereisbedeckung) untersucht werden. Hierfür werden dreidimensionale Zeitreihen der Krill-Abundanz und Vertikalwanderung aus den Rückstreusignalen von schiffsgestützten und verankerten ADCPs (Akustische Doppler-Profilstrommesser) gewonnen.

 
       

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  Lage des Verankerungs-Arrays zur Messung des Einstroms in die Karibik

Verankerungs-Array zur Messung des Einstroms in die Karibik
  Stärke des oberen Zweiges der Meridionalen Umwälzzelle
(CLIVAR)

Finanzierung: BMBF, DFG
Laufzeit: 2002 - 2008



Der obere Zweig der Meridionalen Umwälzzelle (Meridional Overturning Circulation, MOC) besteht aus warmen Wassermassen und Zwischenwassern der Südhemisphäre. Der Hauptanteil dieser Wassermassen, die den Äquator überqueren, rezirkuliert und strömt zurück in den Südatlantik. Es wird angenommen, dass die im Nordatlantik verbleibenden warmen Wassermassen durch die Karibik strömen, um später dem Florida-Strom zu folgen.
In diesem Projekt soll die Stärke der MOC und ihre Variabilität beim Einstrom in die Karibik südlich von Guadeloupe und bei 16°N ermittelt werden.

 
       

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  Zeitreihe verschiedener Spurenstoffkonzentrationen in der Atmosphäre

Spurenstoffkonzentrationen in der Atmosphäre
  Aufbau einer Anlage zur Messung von Schwefelhexafluorid (SF6) in Meerwasser

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2005 - 2007

Aufgrund der abnehmenden Tendenz atmosphärischer FCKW-Werte und der stark zunehmenden atmosphärische Konzentration von Schwefelhexafluorid (SF6) verspricht dieser Spurenstoff für die zukünftige Berechnung von Tiefenwasser-Bildungsraten aus Tracer-Inventaren der geeignetere Parameter zu sein.
In diesem Projekt wird eine seegängige Messapparatur für die simultane Analyse von FCKWs und SF6 in Meerwasserproben aufgebaut. Die Apparatur soll auf See getestet und verbessert werden. Erste Messungen werden im subpolaren Nordatlantik durchgeführt und interpretiert.

 
       

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  Spurenstoff-Inventar (Komponente F-11) von LSW, 1997

Spurenstoff-Inventar von LSW, 1997
  Wassermassentransformation und Variabilität im subpolaren Nordatlantik
(SFB-460/TP A7)

Finanzierung: DFG
Laufzeit: 2002 - 2006

Messungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass sich die Eigenschaften der im Nordatlantik gebildeten Wassermassen von Jahr zu Jahr ändern. Diese Änderungen werden dazu benutzt, Ausbreitungspfade und Zeitskalen der Ausbreitung zu bestimmen. Durch großskalige Schiffsvermessungen (Hydrographie und FCKWs) lassen sich die Änderungen in den FCKW-Inventaren von Labradorsee-Wasser (LSW) ermitteln. Daraus kann die mittlere Bildungsrate von LSW bzw. die Variabilität der LSW-Bildungsrate abgeschätzt werden. Die Bestimmung von Bildungsraten unter Anwendung der FCKW-Inventar-Methodik ist einer der Schwerpunkte dieses Projektes. Desweiteren werden Ausbreitungszeitskalen von Tiefenwasserkomponenten sowie der Austausch zwischen dem West- und dem Ostbecken des Nordatlantiks untersucht.