Chemistry of sediment profile GeoB4906

Mineralization of organic matter and the subsequent dissolution of calcite were simulated for surface sediments of the upper continental slope off Gabon by using microsensors to measure O2, pH, pCO2 and Ca2+ (in situ), pore-water concentration profiles of NO3-, NH4+, Fe2+, and Mn2+ and SO42- (ex situ), as well as sulfate reduction rates derived from incubation experiments. The transport and reaction model CoTReM was used to simulate the degradation of organic matter by O2, [NO3]-, Fe(OH)3 and [SO4]2-, reoxidation reactions involving Fe2+ and Mn2+, and precipitation of FeS. Model application revealed an overall rate of organic matter mineralization amounting to 50 µmol C cm**-2 yr**-1, of which 77% were due to O2, 17% to [NO3]- and 3% to Fe(OH)3 and 3% to [SO4]2-. The best fit for the pH profile was achieved by adapting three different dissolution rate constants of calcite ranging between 0.01 and 0.5% d-1 and accounting for different calcite phases in the sediment. A reaction order of 4.5 was assumed in the kinetic rate law. A CaCO3 flux to the sediment was estimated to occur at a rate of 42 g m**-2 yr**-1 in the area of equatorial upwelling. The model predicts a redissolution flux of calcite amounting to 36 g m**-2 yr**-1, thus indicating that ~90% of the calcite flux to the sediment is redissolved.

Mean dynamic topography and oceanographic parameters estimated from an inverse model and satellite geodesy, with link to model result in one single NetCDF file (392 MB), including the inverse data error covariance

Geostrophic surface velocities can be derived from the gradients of the mean dynamic topography-the difference between the mean sea surface and the geoid. Therefore, independently observed mean dynamic topography data are valuable input parameters and constraints for ocean circulation models. For a successful fit to observational dynamic topography data, not only the mean dynamic topography on the particular ocean model grid is required, but also information about its inverse covariance matrix. The calculation of the mean dynamic topography from satellite-based gravity field models and altimetric sea surface height measurements, however, is not straightforward. For this purpose, we previously developed an integrated approach to combining these two different observation groups in a consistent way without using the common filter approaches (Becker et al. in J Geodyn 59(60):99-110, 2012, doi:10.1016/j.jog.2011.07.0069; Becker in Konsistente Kombination von Schwerefeld, Altimetrie und hydrographischen Daten zur Modellierung der dynamischen Ozeantopographie, 2012, http://nbn-resolving.de/nbn:de:hbz:5n-29199). Within this combination method, the full spectral range of the observations is considered. Further, it allows the direct determination of the normal equations (i.e., the inverse of the error covariance matrix) of the mean dynamic topography on arbitrary grids, which is one of the requirements for ocean data assimilation. In this paper, we report progress through selection and improved processing of altimetric data sets. We focus on the preprocessing steps of along-track altimetry data from Jason-1 and Envisat to obtain a mean sea surface profile. During this procedure, a rigorous variance propagation is accomplished, so that, for the first time, the full covariance matrix of the mean sea surface is available. The combination of the mean profile and a combined GRACE/GOCE gravity field model yields a mean dynamic topography model for the North Atlantic Ocean that is characterized by a defined set of assumptions. We show that including the geodetically derived mean dynamic topography with the full error structure in a 3D stationary inverse ocean model improves modeled oceanographic features over previous estimates.

Benthic fauna at station FINO 1, 2005-2007

In der Nordsee wurden auf der Forschungsplattform FINO 1 Felduntersuchungen durchgeführt, um spezielle Fragen zu möglichen Auswirkungen von Offshore-Windenergieparks auf die marine Umwelt zu beantworten. Der Fokus war dabei auf die Konsequenzen für die Lebensgemeinschaft am Meeresboden gerichtet. Es wurden die benthosökologischen Prozesse im Nahbereich der Piles sowie die mittelfristige Entwicklung der Aufwuchsfauna auf der künstlichen Unterwasserstruktur dokumentiert. Die Ansammlung pelagischer Fischen um die Plattform und der Export organischen Materials von der Plattform wurden quantifiziert. Die räumliche Ausdehnung und die Erheblichkeit von Auswirkungen auf die Lebensgemeinschaften des Meeresbodens wurden anhand mathematischer Modellierung abgeschätzt. Zusätzlich wurde die Anwendbarkeit der elektrochemischen Akretionstechnologie zur Schaffung naturnaher Kalksubstrate in der Nordsee getestet und geeignete Parameter für eine erfolgreiche Umsetzung unter Nordseebedingungen ermittelt. Die auch 4,5 Jahre nach Errichtung der Plattform noch ansteigende Artenzahl der Aufwuchsfauna lässt darauf schließen, dass der Sukzessionsprozess noch nicht abgeschlossen ist. Die stark vertikal zonierte Aufwuchsfauna auf der Unterwasserkonstruktion erreicht eine Masse von ca. 5 Tonnen mit ausgeprägten saisonalen Schwankungen. Anhand von echoakustischen Untersuchungen wurden saisonal auftretende Ansammlungen pelagischer Fische um die Plattform dokumentiert. Der Nahbereich der Plattform unterschied sich durch eine Schillauflage und eine räumlich und zeitlich sehr variable Sediment- und Bodenfaunazusammensetzung deutlich von einem Referenzgebiet in 200-400 m Abstand von der Plattform. Eine konzentrische Zonierung mit unterschiedlich stark ausgeprägten Veränderungen der Bodenfauna lässt auf komplexe Veränderung des gesamten lokalen Nahrungsgefüges im Nahbereich der Plattform schließen. Anhand einer Modellierung konnte der Materialexport in die umgebenden Weichbodenbereiche für einzelne Piles und einen hypothetischen Windpark abgeschätzt werden. Die lokale Ausbildung einer hohen Biomasse auf der Unterwasserkonstruktion von WEA sowie der Export mit anschließender Sedimentation lassen zumindest lokal einen erheblichen Einfluss auf Stoff- und Energieflüsse erwarten.

Globale räumlich-zeitliche Klimavariabilität im Holozän (GHOST) [Global Holocene Spatial and Temporal Climate Variability]

Verbindung mariner Paläotemperatur-Kurven mit dreidimensionaler, gekoppelter Atmosphäre-Ozean Modellierung [Integrating marine multiproxy temperature estimates and three-dimensional coupled atmosphere/ocean modelling] Das Projekt war ein Beitrag zur Untersuchung des Klimas des Holozäns. Es basierte auf zwei Standbeinen: Der Heranziehung von weltweit verfügbaren, unbearbeiteten, aktualisierten und neu zusammengestellten marinen multiproxy Temperaturrekonstruktionen einerseits und der Verwendung von gekoppelten Zirkulationsmodellen für Atmosphäre und Ozean andererseits. Das Modell arbeitete mit relativ geringer Auflösung und Rechenzeit und ist für transiente Simulationen des Paläoklimas angepaßt. Für eine möglichst große globale Abdeckung der Zeitserien von Klimaproxies wurden Sedimentdaten herangezogen, die eine geringe aber dennoch höchstmögliche zeitliche Auflösung im Bereich von 50 bis 200 Jahren besitzen. Sowohl Datenrekonstruktion als auch gekoppelte Klimamodellierung erzeugten dreidimensionale Datensätze, zwei räumliche Dimensionen auf der Erdoberfläche, sowie die Zeit als dritte Dimension. Raumzeitliche Muster wurden im Rahmen des Projektes untersucht. Die eingehende Analyse rekonstruierter wie der Modell-Daten sollte einerseits das Verständnis für Klimaänderungen verbessern, die in Proxydaten gefunden werden und andererseits eine Validierung der Klimavariabilität im Modell ermöglichen. Die Musteranalyse ergab Einblicke in die Mechanismen, die zur Heterogenität von Erwärmung und Abkühlung im Holozän beitragen. Die Weiterführung der Klimasimulationen des Holozäns in die Zukunft der nächsten Jahrhunderte diente einer besseren Abschätzung der zukünftigen Klimaänderung.