Abgeschlossene Projekte
AMBER - Assessment and Modelling Baltic Ecosystem Response
BIOACID - Biological Impact of Ocean Acidification
BluEs - Blue_Estuaries - Nachhaltige Ästuar Entwicklung unter Klimawandel und anderen Stressoren
COCOA - Nutrient COcktails in COAstal zones of the Baltic Sea
FONIP - Fixierter Stickstoff im marinen Nahrungsnetz: die Bedeutung Essentieller und nicht-essentieller Aminosäuren
HYPER - HYPoxia mitigation for Baltic Sea Ecosystem Restoration
IAMM - Untersuchung der Interaktion mariner Mikroorganismen während des Wachstums und in der Sterbephase durch die Vernetzung von Experimenten und Modellen auf Genombasis
N-Amazon Forschungsfahrt METEOR M174 (GPF 19-1-13)
NanoSIMS - Untersuchung von mikrobiell katalysierten Stoffflüssen im Ökosystem Ostsee mit Hilfe der NanoSIMS Technologie
NiFiM - Stickstofffixierung in der monsunbeeinflussten Flussfahne des Mekong
NIQSI - Identifizierung und Quantifizierung der Nitratquellen der euphotischen Zone der zentralen Ostsee anhand stabiler Stickstoff- und Sauerstoffisotope
NOTION: Stickstoff-Fixierer strukturieren die Phytoplankton-Biodiversität im Ozean unter dem Klimawandel
N - Senken Ostsee- Quantifizierung der Stickstoffsenken in der Ostsee unter Berücksichtigung von Umweltvariablen
MeN-ARP : Metabolismus des Stickstoffs in der Amazonasfahne und dem westlichen, tropischen Nordatlantik
MnION M200 Ausfahrt
SOPRAN - Surface Ocean Processes in the Anthropocene
TRACES - Ocean- Atmosphere- Land Impacts On Tropical Atlantic Ecosystems
Vietnam - Projekt - Pelagic processes and nitrogen cycle in coastal waters off southern central Vietnam: mesocosm experiments, field work and modelling
Assessment and Modelling Baltic Ecosystem Response (AMBER)
(2009-2012)
Das Ziel von AMBER ist die Implementierung und Anwendung eines „Ecosystem Approach to Management (EAM)“ mit Focus auf das küstennahe Ökosystem der Ostsee. Für ein optimales integriertes Management ist es wichtig, das Küstensystem mit einem holistischen Ansatz zu untersuchen. Das Wechselspiel zwischen dem Einzugsgebiet inklusive des Grundwassers und der offenen Ostsee und wie Klimaänderung und Änderung in der Landnutzung die Zusammensetzung des Flußwassers und die Biogeochemie der Küstenwässer und der Sedimente beeinflussen, ist zentraler Gegenstand der Forschung.
Einer der ersten Schritte von AMBER ist die Trennung von Klimasignalen und anthropogenen Signalen durch eine kombinatorische Variation der Randbedingungen des Modells, wobei der Output von existierenden regionalen Klimamodellen und der Output von Modellen des Einzugsgebietes, die Änderung in der Landnutzung simulieren, zur Verfügung steht. Um ein EAM Konzept erfolgreich zu implementieren, wird die bestmögliche wissenschaftliche Information als Grundlage für integriertes Managementbenötigt. Deshalb sind die Methoden retrospektive Datenanalyse, intensive Modellierung mit verschiedenen Typen von Modellen, sowie ausgewählte Messungen biogeochemischer Transformationsprozesse im Küstengewässer und im Grundwasser. Ein weiteres Ziel ist die Projektion auf das 21. Jahrhundert. Um hier das Problem der Modellunsicherheit zu reduzieren, wird die Ensemblemethode angewandt.
Die wesentlichen Produkte, die aus den wissenschaftlichen Ergebnissen abgeleitet werden können, sind a) eine qualitative Risikoabschätzung für verschiedene Klimaszenarien und unterschiedliche Landnutzung. Hieraus können b) Vermeidungsstrategien und c) ökologische Qualitätsziele (EQO) definiert werden. EQUs sind verknüpft mit Indikatoren und Grenzwerten. Weiterhin sollen kostengünstige Indikatoren entwickelt werden, um Monitoringstrategien zu verbessern und Managemententscheidungen zu vereinfachen.
Kontakt: Prof. Dr. Maren Voß
BluES - Blue_Estuaries - Nachhaltige Ästuar Entwicklung unter Klimawandel
und anderen Stressoren
BMBF (KüNO call) 11/2020-10/2023
Ästuare stehen unter erheblichem menschlichen Nutzungsdruck, der sich durch die Einträge aus den Einzugsgebieten der Flüsse und direkte Verschmutzungsquellen von Häfen und Industrieanalagen ergibt. Hinzu kommen zahllose menschliche Aktivitäten wozu die Frachtschifffahrt, Tourismus, Handel und Fischerei zählen. Der Klimawandel macht sich zudem in längeren Hitzeperioden und Sauerstoffmangel bemerkbar, die sich negativ auf das Ökosystem auswirken. In diesem vielfältigen Belastungsspektrum ist eine klare, von wissenschaftlichen Erkenntnissen geleitete und nachhaltige Bewirtschaftung eine Herausforderung.
Im Projekt BluEs werden existierende Datengrundlagen mit neuesten Forschungsansätzen kombiniert, um Auswirkungen von Belastungen durch Schadstoffe, ein Überangebot an Nährstoffen, Hitzewellen und Baggeraktivitäten in den Ästuaren Oder und Elbe in ihrem Zusammenwirken zu erfassen und Rückkopplungen zu identifizieren. Im Projekt werden bestehende Messdaten aus Monitoringaktivitäten in einer Datenbank zusammengestellt, Forschungsfahrten unternommen und gezielte Laborexperimente durchgeführt. Die wissenschaftlichen Arbeiten fokussieren sich auf das marine Leben entlang des Gradienten in den Flussmündungen von Elbe und Oder. Auswirkungen von veränderten Nährstoffangeboten auf mikrobielle Gemeinschaften, die Rolle von Phyto- und Zooplankton im pelagischen Nahrungsnetz werden ebenso untersucht, wie das Nahrungsgefüge standorttypischer Fischarten und Seevögel. Indikatoren für den ökologischen Zustand werden herangezogen und damit die Auswirkungen neuer Substanzen mit spezifischen Wirkungsweisen, wie z.B. endokriner Disruptoren oder Herbizide erfasst. Ursache-Wirkungs-Beziehungen werden hinsichtlich ihrer Konsequenzen für das Ökosystem bewertet und die Rolle pelagischer Mikroalgen für den Schadstofftransfer in der Nahrungskette sichtbar. Experimente zur Stresswirkung durch ansteigende Temperaturen oder Sauerstoffmangel werden mit Benthostieren durchgeführt. Diese Daten werden in der Gesamtschau und durch Netzwerkanalysen so evaluiert, das Wirkungsgefüge und „Stellschrauben“ identifiziert werden können, die das Management der Ästuare in der Zukunft erleichtern sollen. Außerdem werden von Beginn des Projektes an Stakeholder einbezogen, die mit den Wissenschaftlern zusammen die wichtigsten Fragen für ein besseres Management identifizieren. Die Bedürfnisse der Stakeholder werden in die Ausrichtung der Forschungsarbeiten so weit wie möglich berücksichtigt. Eine enge Wechselwirkung von Stakeholdern mit den Projektwissenschaftlern wird von einer erfahrenen Sozialwissenschaftlerin durch das gesamte Projekt begleitet. So wird eine kontinuierliche Kommunikation sichergestellt und ein gegenseitiges Verständnis zwischen Wissenschaftlern und Stakeholdern aufgebaut mit dem Ziel, wissenschaftliche Ergebnisse in Empfehlungen des Managements einfließen zu lassen.
Kontakt: Dr. Maren Voß
Nutrient COcktails in COAstal zones of the Baltic Sea
WP 2 - Microbial transformation processes (2013-2017)
Ziele des Gesamtvorhabens COCOA ist es die wichtigsten Pfade der Nährstoffeinträge und die Umsetzung des organischen und anorganischen Materials in verschiedenen Bereichen der Küstenzone der Ostsee zu erfassen und daraus Management Massnahmen abzuleiten. Es werden Ästuare, Lagunen, Archipelago und Buchten untersucht, um
- Die Veränderungen der Nähststoffverhältnisse (N/C/P/Si) entlang des Land-See Kontinuums zu erfassen.
- Umsatz und Akkumulationsprozesse werden untersucht und quantifiziert.
- Die Nährstoffrückhaltung der Küstensysteme soll abgeschätzt werden.
- Feedback- Prozesse werden identifiziert, die zum Erhalt von Systemeigenschaften beitragen.
- Service- bzw. Dienstleistungseigenschaften des Systems werden identifiziert.
Kontakt: Dr. Maren Voß
FONIP
Fig. 1: Wege des Stickstoffs in das heterotrophe Nahrungsgefüge. Im FONIP-Projekt wird die Primäre Aufnahme von Cyanobakterien durch Heterotrophe wie z.B. Copepoden untersucht.
Neben Feldexperimenten werden kontrollierte Laboruntersuchungen mit ökologisch relevanten Arten wie der Cyanobakterienart Nodularia spumigena und der Copepodenart Eurytemora affinis durchgeführt. Zum ersten Mal kann mit dieser Methode der Transfer neu gebildeter Aminosäuren aus den Cyanobakterien in die Grazer quantifiziert und gleichzeitig die Qualität des fixierten Stickstoffs für das Zooplankton bestimmt werden. Die Qualitätsbestimmung des fixierten Stickstoffs sowie die Quantifizierung seiner Eintragswege in das marine Ökosystem sind wichtige Vorraussetzungen, um die Auswirkungen zunehmender oder abnehmender Cyanobakterienbestände im Zuge globaler Klimaveränderungen, wie z.B. der Ozeanansäuerung, abschätzen zu können.
Kontakt: Dr. Natalie Loick - Wilde
Ziel ist es, die Ursachen und Auswirkungen der zunehmenden Sauerstoffarmut (Hypoxie) der auf das Ökosystem Ostsee zu ermitteln, um Konzepte für eventuelle Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Diese Dissertation wird HYPER mit der Quantifizierung von Stickstoffverlusten durch mikrobielle Prozesse in der Redoxkline unterstützen.
Durch die spezielle Topographie der Ostsee, die sich durch einzelne, nur über schmale Übergänge verbundene Becken auszeichnet und durch die stark ausgeprägte Halokline, die den Stoffaustausch des Oberflächenwassers mit dem Tiefenwasser verhindert, kommt es in den tiefen Becken der Ostsee zu Sauerstoffmangel. Durch anthropogenen Eintrag und Resuspension aus dem Sediment vorhandene Nährstoffe fördern die Primärproduktion, deren Oxidation mehr Sauerstoff verbraucht, als im Tiefenwasser vorhanden ist. In der Ostsee wurde ein Zusammenhang zwischen Eutrophierung und Sauerstoffmangel zuerst von Larsson et al. 1985 erkannt. Ein wichtiger Teil des Stickstoffumsatzes findet an der Grenzfläche von oxischen zu anoxischen Wasserschichten (Redoxkline) statt, da Sauerstoff ein regulierender Faktor für viele Umsatzprozesse der Stickstoffverbindungen ist. Diese Arbeit konzentriert sich daher auf diesen Grenzbereich und die Prozesse, die in diesem Wasserkörper ablaufen. Es soll versucht werden über die isotopische Fraktionierung von Stickstoff und Sauerstoff im Nitrat und Ammonium die Prozesse in der Redoxkline zu identifizieren und zu quantifizieren. Eine zentrale Rolle wird dabei die chemolithoautotrophe Denitrifikation spielen, deren Einfluss auf die Isotopenzusammensetzung des Nitrats im Laborexperiment untersucht werden soll.
Kontakt: Dr. Maren Voß
IAMM - Untersuchung der Interaktion mariner Mikroorganismen während des Wachstums und in der Sterbephase durch die Vernetzung von Experimenten und Modellen auf Genombasis
(Human Frontier Science Program 2016-2019)
Die Ozeane sind reich an Mikroorganismen. Diese beeinflussen die Biogeochemie, das Klima und die menschliche Gesundheit. Omic-Methoden erlauben es Wissenschaftlern zu identifizieren, welche Organismen vorhanden sind und welches genetische Potential diese mitbringen. Aber zu verstehen, wie diese Organismen in der Natur interagieren und auf welche Weise sie biogeochemische Prozesse beeinflussen ist noch eine Herausforderung. Ein wichtiger erster Baustein dieses Puzzles, sozusagen einer der kleinsten Teile davon, ist die Interaktion von Zellen, die unter der Nutzung von Sonnenlicht Kohlenstoff fixieren (Phytoplakton) mit anderen Mikroorganismen, die ihr Wachstum auf organische Kohlenstoffkomponenten gründen (Heterotophe). Die Vielfalt der Mikroorganismen und die Fülle ihrer metabolischen Prozesse macht es unmöglich mit traditionellen Verfahren vorauszusagen, wie ein Organismenpaar interagiert. In diesem Projekt wird diese Fragestellung durch die Kombination von Modellierung auf Genomebene und Laborexperimenten angegangen um aufzuzeigen wie die Gene die Interaktion der Zellen diktieren.
Kontakt: Dr. Maren Voß, Dr. Angela Vogts
Untersuchung von mikrobiell katalysierten Stoffflüssen im Ökosystem Ostsee mit Hilfe der NanoSIMS Technologie
Seit Ende 2011 steht am Leibniz-Institut für Ostseeforschung mit dem NanoSIMS ein Hochleistungsmessgerät zur Verfügung, das aus Projektgeldern des Bundesministeriums für Bildung und Forschung finanziert wurde. Das Projekt, in dessen Rahmen dieses Gerät angeschafft wurde, ist in Kooperation mit der Universität Rostock beantragt worden. NanoSIMS ist die Abkürzung für Sekundärionenmassenspektrometer (SIMS) mit einer sehr geringen räumlichen Auflösung (Nano). Mit diesem Gerät können bis zu sieben Isotope bzw. Elemente gleichzeitig z.B. im subzellulären Bereich oder in mineralischen Partikeln erfasst und quantifiziert werden. Somit können Elementzusammensetzungen solcher Materialien mit einer Auflösung von bis zu 50 Nanometern analysiert werden. 
Ein stark genutztes Anwendungsgebiet ist die mikrobielle Einzelzellanalyse, insbesondere die Analyse der Zusammensetzung nach Markierungsexperimenten mit stabilen Isotopen. Sobald Mikroorganismen isotopenmarkierte Substrate aufnehmen, kann mittels anschließender Messung im NanoSIMS ihr zellspezifischer Stoffwechsel quantifiziert werden. Mit entsprechenden Experimenten ist es möglich z.B. C-, N- und S-spezifische Stoffwechselraten den unterschiedlichen Mikroorganismen natürlicher Gemeinschaften zuzuordnen. Von solchen zellgenauen Bestimmungen kann auf größere Räume extrapoliert werden, um Aussagen über die Gesamtumsätze an z.B. der Redoxkline zu machen und darüber hinaus Ökosystemmodelle u.a. für die Ostsee zu verbessern.
Kontakt: Dr. Maren Voß, Dr. Angela Vogts
N-Amazon: Forschungsfahrt METEOR M174 (GPF 19-1-13)
DFG 08/2020-07/2022
Der Amazonas ist der größte Fluss der Erde und liefert 20% der globalen Süßwasser Zufuhr bei großen jahreszeitlichen Schwankungen im Ausstrom und Nährstofffrachten. Diese beeinflussen die Produktivität entlang der sich nach Norden ausbreitenden Flussfahne wobei eine Abfolge von Phyto- und Zooplankton Gemeinschaften entsteht. Organismen höherer trophischer Ebenen müssen ihre Ernährungsweise an die verfügbare Nahrung anpassen.
Zunächst wird die physikalisch ozeangrafische Situation zur Einmischung des Flusswassers erfasst. Biochemische Variable werden gemessen und durch experimentelle Studien zur Produktivität verschiedener Planktongemeinschaften ergänzt sowie der Transfer von Nahrung ins Nahrungsnetz erfasst. Die Planktonökologie wird von brasilianischen Kollegen untersucht. Daten stabiler Isotope werden genutzt um Prozesse und Quellen/Senken von der Mündung bis über den Schelf hinaus zu erfassen. Wissenschaftler aus Brasilien, Deutschland und den USA arbeiten auf der Reise eng zusammen, um ein vertieftes Systemverständnis zu erarbeiten.
Kontakt: Dr. Maren Voß
NiFiM - Stickstofffixierung in der monsunbeeinflussten Flussfahne des Mekong
(2016 - 2018)
Das Südchinesische Meer ist das größte Randmeer der Erde und ausschließlich von stark besiedelten Ländern wie China, Indonesien, Philippinen oder Vietnam umgeben. Klimaänderung und menschliche Einflüsse im Einzugsgebiet des Mekong (18 geplante Stauseen zu Stromgewinnung und Intensivierung der Aquakultur) werden die Flusseinträge drastisch verändern und in der Folge die Biogeochemie der Küstengewässer. Die Geschwindigkeit und Größenordnung dieser Veränderungen lassen es wahrscheinlich erscheinen, dass das hier geplante Feldprogramm eine der wenigen Gelegenheiten sein wird, dieses Meeresgebiet zu erfassen, bevor es sich grundlegend verändert hat. Die gegenwärtige Rolle der Nährstoffeinträge des Mekong für die Produktivität des Südchinesischen Meeres soll im Vergleich zu den Nährstoffeinträgen durch den Auftrieb während des SW Monsuns untersucht werden. Ergebnisse früherer Arbeiten von uns lassen vermuten, dass die Stickstofffixierung von Cyanobakterien, die in Symbiose mit Diatomeen vorkommen, eine zentrale Rolle spielt. Zudem gibt es einzellige und koloniebildende N-Fixierer wie Trichodesmium in der Flussfahne. Die Interaktion von stickstofffixierenden Organismen, die von den Einträgen des Mekong abzuhängen scheinen, ist bislang nicht verstanden und steht im Fokus dieses Projektes. Die Nährstoffzusammensetzung in Wasser und die Aufnahme von markierten Kohlenstoff und Stickstoffverbindungen wird in der Flussfahne und im Auftriebsgebiet quantifiziert. Zudem wird auf Zellebene der Austausch von Stickstoff und Kohlenstoff zwischen Diatomeen und ihren stickstofffixierenden Symbionten mittels NanoSIMS analysiert. Zeitgleich wird die Gemeinschaft der Stickstofffixierer entlang der Flussfahne und im offenen südchinesichen Meer von amerikanischen und vietnamesischen Kollegen durch genomische, molekularbiologische und taxonomische Methoden erfasst. In der Synthesephase des Projektes soll durch die Zusammenführung aller Ergebnisse ein tiefgreifendes Verständnis des menschlichen Einflusses auf die Biogeochemie des Küstenmeeres vor Vietnam erreicht werden.
Zwei Expeditionen in das Gebiet des Mekongausstroms sind bereits durch einen genehmigten Antrag des „Schmidts Oceanographic Institute“ aus den USA abgesichert, so dass Probennahmen und Experimente an Board geplant werden können. Aufgrund des früheren, sehr erfolgreichen DFG finanzierten Vorhabens bestehen enge Kontakte zum „Institute of Oceanography“ in Nha Trang, Vietnam, auf die hier aufgebaut wird.
Folgen Sie 3 Mitgliedern unserer AG im NIFIM Projekt auf Forschungsfahrt mit R/V Falkor ins Südchinesische Meer
A Changing River: Measuring Nutrient fluxes to the South China Sea - LEG1 (03.06.-17.06.2016)
Kontakt: Dr. Maren Voß
NIQSI-Identifizierung und Quantifizierung der Nitratquellen der euphotischen Zone der zentralen Ostsee anhand stabiler Stickstoff- und Sauerstoffisotope (N-Quellen Zentrale Ostsee)
(2009 - 2012)
Die Nitratquellen der zentralen Ostsee werden mit Hilfe der stabilen Stickstoff- und Sauerstoffisotope identifiziert und quantifiziert. Die Ostsee wird durch ihr viermal größeres Einzugsgebiet und die menschlichen Aktivitäten darin beeinflusst. Stickstoff- und Phosphateinträge durch Flüsse, Punktquellen und Niederschläge verursachen die Eutrophierung der Ostsee die letztendlich zu anoxischen Bereichen im Bodenwasser führt. Ein weiterer Eintrag ergibt sich durch die Stickstoff-Fixierung von Cyanobakterien in der euphotischen Schicht. Nitratquellen sind damit mehr oder weniger bekannt. Dennoch gibt es Unsicherheiten bei der Quantifizierung dieser Quellen und bei der Abschätzung ihrer Bedeutung für die Primärproduktion in der zentralen Ostsee. Im Rahmen dieses Projektes wird daher in dieser Region erstmals die „Denitrifizierer“ Methode, die die Messung sowohl der Stickstoff- als auch der Sauerstoffisotope im Nitrat ermöglicht, angewandt. Die Nitrat Isotopensignatur ermöglicht, zwischen den verschiedenen Nitratquellen zu unterscheiden und Prozesse, die die Nitratkonzentration beeinflussen, zu erkennen. Die Signaturen der potentiellen Quellen (vorhandener Nitratvorrat, atmosphärische Einträge und ebenso erstmals der Vorrat des gelösten organischen Stickstoffs) werden analysiert. Zusätzlich werden Experimente durchgeführt, um die relative Bedeutung der verschiedenen Stickstoffformen für die Primärproduktion zu bestimmen. Ein Nitratbudget für die zentrale Ostsee soll erstellt werden.
Kontakt: Prof. Dr. Maren Voß
NOTION: Stickstoff-Fixierer strukturieren die Phytoplankton-Biodiversität im Ozean unter dem Klimawandel
BNP Paribas (French Foundation) 04/2020-03/2023
Das Ziel von NOTION ist es, zu bestimmen, wie der Klimawandel die Aktivität der diazotrophen Organismen beeinflussen wird und wie sie sich auf die Phytoplanktondiversität und die Produktivität im zukünftigen Ozean auswirken werden. Zu diesem Zweck werden wir globale Ozeanmodelle mit neuen Datensätzen und Parametrisierungen, die aus speziellen Experimenten stammen, verbessern. Außerdem wird NOTION genetische Daten in biogeochemische Modelle integrieren, um eine wichtige aktuelle Wissenslücke zu schließen: die Überbrückung der phylogenetischen und funktionellen Vielfalt. Diese neuen Erkenntnisse werden für die wissenschaftliche Gemeinschaft von großem Nutzen sein und als Vorbild für zukünftige Studien dienen, die sich auf andere planktonische Gruppen konzentrieren.
Kontakt: Dr. Maren Voß
N - Senken Ostsee
"Quantifizierung der Stickstoffsenken in der Ostsee unter Berücksichtigung von Umweltvariablen"
(2007 - 2009)
Die Ostsee ist das größte Brackwassergewässer der Erde und durch ihre Lage sowie den vorherrschenden hydrographischen Bedingungen besonders empfindlich für Nährstoffeinträge. Während die Stickstoffquellen relativ gut bekannt sind, und man davon ausgehen kann, dass in den zentralen Becken der Stickstoff überwiegend über die biologische Stickstofffixierung und die Niederschläge und kaum durch die Flüsse eingebracht wird, sind die Stickstoffsenken, wie z.B. die Denitrifikation oder die anaerobe Ammonium Oxidation (Anammox; Abb. 1), aufgrund mangelnder Daten, immer noch ungewiss. Die mikrobiellen Umsätze in Wassersäule und Sediment sind vielfältig und ihre Kopplung und Interaktion nur unzureichend verstanden.
Das DFG-Projekt "N-Senken Ostsee" befasst sich mit der Quantifizierung dieser Verluste von reaktivem Stickstoff. Hierzu werden mittels der Isotope-Pairing-Methode die Raten von Denitrifikation und Anammox in verschiedenen Sedimenttypen (Schlick, Silt, Sand) sowie der Wassersäule in der zentralen Ostsee gemessen. Die Messungen finden zu verschiedenen Jahreszeiten statt und durch zusätzliche Messungen von Nährstoff- und Sauerstoffprofilen in Wassersäule und Sediment sowie weiterer Sedimentparameter sollen Aussagen über beeinflussende Umweltvariablen ermöglicht werden.
Mithilfe von Sedimentverteilungskarten soll versucht werden, die ermittelten Raten auf das Gebiet der gesamten Ostsee hochzurechnen.
Abb.1: Vereinfachter Stickstoffkreislauf mit den wichtigsten mikrobiellen Umsetzungen der Denitrifikation (blaue Pfeile), Nitrifikation (rote Pfeile) und anaeroben Ammonium Oxidation (schwarze Pfeile) (verändert nach Jetten [2001] und [Altabet, 2001]).
Kontakt: Dr. Maren Voß
MeN-ARP : Metabolismus des Stickstoffs in der Amazonasfahne und dem westlichen, tropischen Nordatlantik (MeNARP)
DFG 11/2020-10/2023
Ästuare kontrollieren den Export von Flusseinträgen und sind verantworlich für Veränderungen der Nähsrstoffrachten. Da der Amazonas der größte Fluss der Erde ist und ein Fünftel der Süswasserzufuhr in den Nordatlantik bringt, ist er besonders relevant für die Strukturierung pelagischer Systeme entlang einer Flussfahne. Im N-Amazon Projekt werden Prozesse, die verschiedene allochthoner N-Verbindungen umwandeln untersucht und quantifiziert, sowie ihre Bedeutung für die Struktur und Funktion des planktischen Nahrungsgefüges analysiert. Zuerst werdendie biogeochemischen in-situ Bedingungen charakterisiert inklusive der Nahrungsnetze in den Habitaten der Amazonasfahne. Basierend auf den Erkentnissen experimenteller Arbeiten während der Ausfahrt wird das Verständnis für die komplexen Zusammenhänge verbessert z.B. der mikrobiellen Umsätze oder die Regulation der Nahrungsnetzstruktur des Planktons. Das Ziel der Arbeiten ist eine Abschätzungen von Kohlenstoffbindung und N-Export zu verbessern. Zum Erreichen dieses Ziels werden die empirischen Projekt-Daten in enger Zusammenarbeit mit Projektpartnern in implementierbare Zustandsgrößen für bereits laufende biogeochemische Modelle übersetzt.
Kontakt: Dr. Maren Voß
MnION - M200 Ausfahrt
DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft (01.02.2024 - 01.09.2024)
Auf der Expedition M200 wird ein Forschungsteam aus deutschen und US-amerikanischen Wissenschaftlern eine umfassende Untersuchung der Verknüpfungen des Mangan(Mn)-Kreislaufes mit Redoxkreisläufen anderer Elemente in den sauerstofffreien Becken der Ostsee durchzuführen. Die Untersuchungen setzen die Arbeiten einer Expedition der FS Elisabeth Mann Borgese vom Sommer 2020 fort. Auf M200 werden die biogeochemischen Prozesse, die dem Mn-Umsatz zugrunde liegen, an ausgewählten Stationen entlang der Redoxkline näher untersucht. Da die reaktive Mn-Phase primär in der suboxischen Zone zu erwarten ist, wird die Verknüpfung mit den Stickstoff-(N-), reaktiven Sauerstoffspezies- (ROS-) und Jodkreisläufen im Mittelpunkt stehen. Darüber hinaus werden wir Zusammenhänge mit den Schwefel- und Kohlenstoffkreisläufen erkunden. Auf dieser Meteor Expedition M200 werden wir, von Rostock ausgehend, zwei ausgewählte Stationen im Gotlandbecken und Landsort- oder Fårötiefs intensiv beproben. Das Arbeitsprogramm beinhaltet Messungen hochauflösender Tiefenprofile physikalischer (Licht,Temperatur, Salinität) und geochemischer Redoxstruktur mit chemischer Speziierung ausgewählter Elemente, inklusive der Wasserprobennahme für chemische Analysen. Mithilfe umfangreicher Inkubationen an Bord streben wir die Charakterisierung von Prozessraten und die Anreicherung von Mikroorganismen an, die basierend auf Phototrophie oder durch Verknüpfung mit dem N- oder C-(Methan)Kreislauf, Mn Redoxumwandlungen katalysieren. Parallel werden wir den Effekt von Wassermassenmischung auf die gemessenen geochemischen Profile untersuchen.Ziel der Arbeiten ist ein mechanistisches Verständnis der komplexen Redoxinteraktionen in den Redoxklinen der Ostsee und vergleichbarer mariner Systeme.
Kontakt: Dr. Maren Voß
Surface Ocean Processes in the Anthropocene
Surface Ocean Processes in the Anthropocene , BMBF (2007 - 2010)
Teilprojekt 2: Effekte hoher Kohlendioxid-Gehalte des Anthropozäns auf marine Ökosysteme und den Gasfluss zwischen Ozean und Atmosphäre
Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre bestimmt im Wesentlichen das Klima und die Lebensbedingungen auf unserem Planeten. Sie wird ihrerseits geprägt durch physikalische und biogeochemische Prozesse an Land sowie im Ozean. Menschliche Aktivitäten verändern die atmosphärische Zusammensetzung in zunehmendem Maße, mit der Konsequenz, dass es auch im Wechselspiel zwischen Klimasystem und biogeochemischen Stoffkreisläufen zu Veränderungen kommt. Dies wiederum wirkt zurück auf die Atmosphäre, das Klima und die Ökosysteme. SOPRAN (Surface Ocean Processes in the ANthropocene) hat zum Ziel, insbesondere drei Bereiche dieser Wechselbeziehung besser zu verstehen:
- Wie wirken sich Änderungen der atmosphärischen Zusammensetzung (z.B. steigende CO2 Werte, veränderter Staubtransport) auf die Ökosysteme im Oberflächenozean und die von ihnen getriebenen Stoffkreisläufe aus ?
- Wie beeinflussen klimatisch bedingte Änderungen ozeanischer Prozesse die Freisetzung klimatisch relevanter Gase in die Atmosphäre ?
- Welche Mechanismen bestimmen den Stoffaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre und was sind deren Raten ?
Das Hauptaugenmerk von SOPRAN liegt auf Prozessen in der ozeanischen Deckschicht und deren mögliche Änderung im Verlauf des nächsten Jahrhunderts. Das Verbundprojekt kombiniert Meeres- und Atmosphärenchemie, biologische und physikalische Ozeanographie mit numerischer Modellierung über einen weiten Bereich von Raum- und Zeitskalen um die Reaktion des Ozeans auf globalen Wandel zu untersuchen. Es verbindet technologische Entwicklungen und den Einsatz neuer frei treibender Mesokosmen zur Untersuchung der Konsequenzen von Ozeanwandel auf marine Ökosysteme mit der Erweiterung physikalischer Modelle zur Simulation von Schlüsselprozessen im Oberflächenozean und der Nutzung neuer Langzeitmessstationen für Atmosphäre und Ozean auf den Kapverdischen Inseln (in Zusammenarbeit mit europäischen und Kapverdischen Partnern). SOPRAN wird ein besseres Verständnis der Rolle des Ozeans im Klimasystem und eine verbesserte Beschreibung der Effekte des globalen Wandels auf empfindliche Meeresökosysteme liefern.
Darüber hinaus wird das Projekt aufbauend auf die vorhandene Infrastruktur und fachliche Kompetenz in Deutschland, einen wesentlichen und weithin sichtbaren Beitrag zum internationalen SOLAS Programm liefern die wissenschaftliche Basis für gesellschaftspolitische Bewertungen stärken, Grundlagen für die Einschätzung von zukünftigen Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf schaffen sowie Beiträge zum IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) Report und dem Ozone Assessment der WMO (World Meteorological Organization) liefern.
Das Projekt verbindet 42 Forscher von 12 Partnerinstituten aus allen Teilen Deutschlands, die in 23 Teilprojekten kooperieren. Die Teilprojekte sind 4 Themen zugeordnet:
- der Einfluss von atmosphärischem Staubeintrag auf den Ozean
- der Effekt steigender CO2 Werte auf marine Ökosysteme und den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre
- Produktion und Emission klimarelevanter und reaktiver Gases im tropischen Ozean
- Austauschprozesse an der Grenzschicht Ozean-Atmosphäre.
- Im Mittelpunkt des Verbundprojektes stehen dabei Feldstudien in der Ostsee sowie im tropischen östlichen Nord-Atlantik. Die inhaltliche und logistische Vernetzung von SOPRAN wird durch Themen übergreifende Aktivitäten zusätzlich gestärkt.
Kontakt: Dr. Maren Voß
TRACES Ocean- Atmosphere- Land Impacts On Tropical Atlantic Ecosystems
WGL-Netzwerk: "TRACES Ocean- Atmosphere- Land Impacts On Tropical Atlantic Ecosystems", funded by the Leibniz Institutes (2006-2008)
WGL Netzwerk mit den teilnehmenden Instituten:
- IfM-GEOMAR, Leibniz Institut für Meereswissenschaften, Kiel
- PIK Potsdam Institut für Klimafolgeforschung
- IOW Leibniz Institut für Ostseeforschung Warnemuende
- IfT Leibniz Institut für Troposphärenforschung Leipzig
TRACES ist ein gemeinsames Forschungsprojekt, das wichtige Wechselwirkungen im Bereich des tropischen Atlantiks (eine für globale Veränderungen kritische Region) untersucht. Das Forschungsthema befasst sich mit dem Stoffaustausch (insbesondere Kohlenstoff- und Stickstoffflüsse) zwischen Land-Ozean- Atmosphäre und untersucht die Auswirkungen dieser Flüsse auf das Ökosystem des tropischen Atlantiks. Die tropischen Regionen des Ozeans sind von besonderer Bedeutung für den globalen Stickstoffhaushalt, da die weit verbreitete Stickstofffixierung durch den Eintrag von Eisen und Phosphor aus terrestrischen Quellen (Staub, Flussfracht) gefördert wird. Die Arbeiten gliedern sich in folgende Bereiche:
- Thema 1: Kohlenstoffflüsse in Amazonien.
Einfluss der Klimavariabilität und und terestrische CO2 Emissionen auf den Kohlenstoffhaushalt - Thema 2: Transport und Umwandlungsprozesse in der Atmosphäre des tropischen Atlantiks.
Staubtransport und Klima Photochemie des troposphärischen Aerosols und der Ozeangrenzschicht - Thema 3: Abiotische Einflüsse auf das Ökosystem des Ozeans
Kontrolle der Stickstofffixierung durch externe Einträge von Spurenmetallen und Makronährstoffen
Transfer des fixierten Stickstoffs in der Nahrungskette
Kontakt: Dr. Maren Voß
Pelagic processes and nitrogen cycle in coastal waters off southern central Vietnam: mesocosm experiments, field work and modelling
Das DFG - Projekt "Pelagic processes and nitrogen cycle in coastal waters off southern central Vietnam" ist Teil einer meereswissenschaftlichen Kooperation vietnamesischer und deutscher Forschungsinstitute. Unsere Arbeiten konzentrieren sich auf den pelagischen Stickstoffkreislauf im Auftriebsgebiet vor der südvietnamesischen Küste. Dabei interessierte uns in der ersten Projektphase zunächst die saisonal und regional variierende Bedeutung von Stickstoff aus unterschiedlichen Quellen (Auftriebswasser, Einträge durch den Mekong, sowie biologische Stickstofffixierung) für die photosynthetische Primärproduktion und der Transfer dieses Stickstoffs in die Biomasse der höheren trophischen Ebenen des Nahrungsnetzes. Gemeinsam mit Kollegen unseres Partnerinstitutes vor Ort, dem Institut für Ozeanographie in Nha Trang (ION), wurden seit 2003 auf mehreren Ausfahrten mit Forschungsschiffen planktologische und biogeochemische Untersuchungen durchgeführt. Weitere wichtige Kooperationspartner waren die Kollegen aus der physikalischen Ozeanographie der Universität Hamburg und des ION.
Mit einem modifizierten Forschungsansatz wird das Kooperationsprojekt nun bis 2008 fortgeführt. Im Gegensatz zur ersten Projektphase stehen nicht mehr Ausfahrten mit Forschungsschiffen auf dem Programm, sondern Mesokosmenexperimente an Land, in denen die Szenarien Auftrieb und Flusseintrag simuliert werden. Dazu werden die verschiedenen Wassertypen (Mekongwasser, Auftriebswasser, oligotrophes Meerwasser) in großvolumigen Tanks (600-1000 Liter) gemischt und inkubiert. Auf diese Weise soll genauer aufgeklärt werden, wie sich während dieser Mischungsvorgänge der Beitrag unterschiedlicher funktioneller Gruppen der Phytoplanktongemeinschaft (stickstofffixierende Organismen und andere) an der Primärproduktion ändert und welche Auswirkungen dies auf die Stickstoff- und Kohlenstoffzyklen im Auftriebsgebiet hat. Solche Experimente ermöglichen es, unter anderem Raten der Photosynthese und der Stickstoffaufnahme sowie Sukzessionsvorgänge im Plankton genauer zu verfolgen. Die Mesokosmenexperimente bilden die Basis für ein Ökosystemmodell der Schlüsselvorgänge im pelagischen Stickstoffkreislaufs des Untersuchungsgebietes. Ergebnisse des Modells sollen mit Felddaten verglichen werden und in Zirkulationsmodelle implementiert werden. Feldstudien mit kleineren Schiffen im Auftriebsgebiet und im Bereich der Flussfahne dienen zur Bestimmung der in situ Bedingungen und zur Beschaffung des Wassers für die Experimente.
Folgende Leithypothesen wurden zu Beginn der zweiten Projektphase aufgestellt:
- Nährstoffkonzentrationen und N:P-Verhältnisse im Auftriebswasser steuern die Höhe der Produktion und die Selektion von Phytoplanktonarten im Auftriebsgebiet vor Vietnam.
- Einträge von Nährstoffen und gelöstem organischem Material durch den Mekong und durch andere Flüsse beeinflussen zusätzlich Produktion und Selektion.
- Ein Modell des Stickstoffkreislaufs kann die Hauptsteuerfaktoren der Produktion und der Selektion identifizieren.
Kontakt: Dr. Maren Voß