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Aktuelle Projekte

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    Methan ist ein bedeutendes Treibhausgas, das einen starken Einfluss auf die Klimaentwicklung der Erde nimmt. Zurzeit sind das Wissen um die verschiedenen Methanquellen und deren atmosphärischer Einfluss noch äußerst lückenhaft. Eine Quelle, die hier von besonderer Wichtigkeit sein könnte, ist die mikrobielle Methanproduktion innerhalb des Darms bestimmter Zooplanktonorganismen bzw. der von ihnen ausgeschiedenen Kotpillen. Diese Quelle ist hauptsächlich in der oberen sauerstoffhaltigen Wassersäule angesiedelt und kann somit einen unmittelbaren Einfluss auf den Methanfluss zwischen Ozean und Atmosphäre nehmen. In unserem Projekt stellen wir die Hypothese auf, dass in hochproduktive Regionen, wie z.B. in Randmeeren, diese Zooplankton-basierte Methanproduktion besonders stark ausgeprägt ist. Des Weiteren vermuten wir, dass die zeitweise in der Ostsee beobachtete subthermokline Methananomalie durch diese Methanquelle hervorgerufen wird. Im ZooM-Projekt werden wir deshalb die Zooplankton-assoziierte Methanproduktion im Modellgebiet Ostsee mit Hilfe eines multidisziplinären Ansatzes untersuchen, indem wir die Fachgebiete Methanchemie, Mikrobiologie und Zooplanktologie konzertiert einsetzen. Im Detail wollen wir die folgenden Schlüsselfragen beantworten: (1) Ist die subthermokline Methananomalie ein verbreitetes Phänomen in der Ostsee und können wir saisonale und regionale Unterschiede in ihrer Ausprägung identifizieren? (2) Besitzt die Zooplankton-assoziierte Methanproduktion das Potential die beobachtete Methananomalie auszubilden und wie beeinflussen Copepodenarten und Umweltbedingungen (wie die Nahrungszusammensetzung) die Methanproduktion? (3) Welche methanogenen Mikroorganismen sind in die subthermokline Methanproduktion im Copepoden-Darm und ihren Kotpillen involviert und lassen sich Unterschiede der beteiligten methanogenen Gemeinschaften und deren Aktivität ausmachen?
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    Der Prozess der mikrobiellen Methanotrophie in der Wassersäule und seine Bedeutung als Methansenke im lokalen Methankreislauf sind bislang nur wenig erforscht. Untersuchungen des Wasserkörpers in der Umgebung von Gasaustrittstellen (Seeps) zeigen, dass ein Großteil des vom Sediment freigesetzten Methans in unmittelbarer Nähe zum Seep mikrobiell oxidiert wird und nur ein geringer Teil in höhere Wasserschichten gelangt und in die Atmosphäre emittiert. Inwieweit die Prozesse der sedimentären und pelagischen Methanotrophie miteinander verknüpft sind, soll durch eine fächerübergreifende Arbeit beleuchtet werden. Hierbei wird angenommen, dass gasblasenfreisetzende Seeps ein besonders interessantes und wichtiges Bindeglied zwischen diesen beiden Prozessen darstellen. In der geplanten Arbeit soll die Hypothese untersucht werden, ob methanotrophe Mikroorganismen über Gasblasen aus dem Sediment in die Wassersäule transportiert werden können. Im Speziellen sollen an einem Seep-Gebiet (Coal Oil Point, Santa Barbara Becken, Kalifornien) über gaschemische und molekularbiologische Methoden (1) die Methan-umsetzenden Bereiche und Mikroorganismen im Sediment identifiziert, (2) die Methan-umsetzenden Prozesse in der Wassersäule nachgewiesen und (3) über das Auffangen von Gasblasen in unterschiedlichen Wassertiefen der Transport der im Sediment identifizierten methanotrophen Organismen über Gasblasen in die Wassersäule untersucht werden.
  • Die Leistung der Sedimente in deutschen Küstenmeeren - Bewertung der Funktion mariner benthischer Systeme im Kontext menschlicher Nutzung –Dienstleistungen der Ostsee - SECOS: WP 2.4 "Gasflüsse in der Sediment-Wasser-Schicht"
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    Küsten- und Randmeere dienen als natürliche Umsatz- und Lagerstätten für landseitige Einträge wie z.B. Nährstoffe, Schadstoffe, organisches/anorganisches Material. Die Ablagerung und die chemische/biologische Modifikation dieser eingebrachten Stoffe finden hauptsächlich im Sediment statt. Als zentrale Reaktoren stehen Sedimente somit in direkter Wechselwirkung mit dem Land und dem Meer. Bisher wurde diese Schlüsselfunktion in ihrer Komplexität nur ungenügend untersucht und quantitativ bewertet. Im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes SECOS („The service of sediments in German coastal seas“) soll nun die Verteilung und sedimentären Leistungen für den Bereich der deutschen Ostseeküste kartiert und prognostisch modelliert werden. Im Kontext zur menschlichen Nutzung werden Management Tools für marine Küstensysteme weiterentwickelt und durch eine funktionale Erfassung besonders wichtiger Sedimentflächen abgegrenzt. Es wird ein erster Ansatz zur monetären Bewertung der ökosystemaren Dienstleistungen erarbeitet und in einem Habitatatlas integriert. Im Teilprojekt WP 2.4 „Gasflüsse in der Sediment-Wasserschicht“ wird die quantitative Erfassung der klimarelevanten Gase Methan, Kohlendioxid und Lachgas sowie die Charakterisierung der Stickstoffproduktion im Mittelpunkt stehen. Hierbei werden gaschemische Untersuchungen mit Hilfe von gaschromatographischen und massenspektroskopischen Methoden verwendet. Die Probenahme erfolgt an der deutschen Ostseeküste in Wassertiefen von 20-30 m mit Hilfe von benthischen Kammern, die an Landern montiert werden. Eine erste Ausfahrt ist dazu im März 2014 mit der FS Alkor geplant.
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    “Ocean acidification” due to increasing atmospheric CO2 levels has become an important issue in chemical and biological oceanography. This refers in particular to the Baltic Sea which in most regions is characterized by a low buffer capacity. Thus the need for precise, accurate, and traceable pH measurements on a uniform and internationally accepted scale has gained importance during the last decades. Additionally, investigation and determination of the entire marine CO2 system are useful tools to study biogeochemical processes in the Baltic Sea. However, using pH for the calculations of the CO2 system requires a high accuracy and must refer to the “total” scale which is the basis for the currently best available dissociation constants. In the Baltic pH-monitoring was carried out during recent decades. Attempts were undertaken to detect trends in pH. But the results were ambiguous and revealed severe inconsistencies. To meet the demands for both effective monitoring and biogeochemical research, we propose to develop and to construct a flow-through pH measurement device suitable for continuous measurements on platforms such as VOS lines as well as for the measurement of discrete samples. The determination of the pH will be based on spectrophotometry using m-cresol purple as indicator dye. The method has been successfully applied to ocean waters. However, additional investigations are required to adapt spectrophotometric pH measurements to the specific hydrochemical characteristics of the Baltic Sea. The outcome of the project will be the development of a prototype system for accurate pH-measurements, investigations of chemical parameters and their theoretical and mathematical description and additionally the further hard- and software development. The project has a duration of 3 years (4/2014 - 3/2017), a budget of 415.000 €, and is funded by the EU and the national research councols of Germany, Poland, and Sweden. The project is coordinated by Prof Dr. Gregor Rehder (IOW). PINBAL is funded by the Bonus programme through the European Community's Seventh Framework Programme (FP/2007-2013) under implementation agreement n R&I/I3/2012/BONUS made with BONUS, the joint Baltic Sea research and development programme.

Beendete Projekte

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    ICOS wurde im Jahr 2006 vom Rat der Europäischen Forschungsminister als wichtige Forschungs-infrastruktur anerkannt und auf die Prioritätenliste („roadmap“) des europäischen Strategieforums für Forschungsinfrastrukturen (ESFRI – European Strategy Forum on Research Infrastructures) gesetzt. Das Ziel von ICOS ist es, ein Beobachtungsnetz für Atmosphäre, Land und Ozean aufzubauen, das es über einen Zeitraum von mindestens 20 Jahren erlaubt, Quellen und Senken von Treibhausgasen über Europa und dessen Einzugsgebiete zuverlässig zu quantifizieren und Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf zu identifizieren und dokumentieren. ICOS ermöglicht die Bewertung und Beobachtung der Einflüsse menschlicher Aktivitäten auf das Klima sowie den Erfolg und die Effizienz von Vermeidungs- und Minderungsstrategien. Die Deutsche Komponente von ICOS (ICOS D) ist seit 2012 in der Pilotphase. Der vollständige Aufbau des Messnetzes und der Zentrallabore soll bis 2016 abgeschlossen sein. Das IOW baut im Rahmen von ICOS-D die Instrumentierung auf einem Fährschiff zwischen Travemünde und Helsinki (Schiff Finnmaid der Reederei Finnlines) systematisch weiter aus. Derzeit werden von finnischer Seite (Projekt ALGALINE) hydrographische und biologische Grundparameter erfasst, während das IOW die Messung von pCO2, pCH4 und Sauerstoff im Oberflächenwasser etabliert hat. Als einzige in einem Randmeer betriebene Beobachtungslinie kommt der „BALTIC-VOS“ Linie eine besondere Bedeutung für die Brücke zwischen Land- und Ozeanbeobachtungen innerhalb von ICOS-D zu (VOS = voluntary observing ships). Aufgrund der durch anthropogene Einflüsse (Eutrophierung, Erwärmung) besonders starken und schon über mehrere Jahrzehnte erfassten Änderungen des Ökosystems Ostsee ist diese Beobachtungslinie besonders geeignet, Auswirkungen geänderter Nutzung oder beschlossener Umweltstrategien auf die Spurengasflüsse zu untersuchen. Zudem besitzt sie eine Schlüsselfunktion für die Entwicklung eines Systems zur seeseitigen Erfassung der „Großen Drei“ klimarelevanten Spurengase: CO2, CH4, N2O. Projektinvolvierte Personen (IOW): Gregor Rehder (PI), Wanda Gülzow (project-funded scientist), Michael Glockzin (project-funded engineer).
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    ...under construction...
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    Methan ist eines der wichtigsten klimabestimmenden Spurengase unserer Erde. Obwohl aquatische Systeme die größte natürliche Quelle atmosphärischen Methans darstellen, wird die Bedeutung mariner Systeme als relativ gering eingeschätzt. Hierfür maßgeblich sind mikrobiologische Umsetzungen in Methan-reichen anoxischen Sedimenten. Die Prozesse der aeroben und anaeroben Methanotrophie in der Wassersäule sind bislang nur wenig erforscht. Im Gotland- und Landsort-Tief der zentralen Ostsee haben sich durch lang anhaltende Stratifizierung der Wassersäule im stagnierenden Tiefenwasser anoxische Bedingungen herausgebildet, die sich durch hohe Methankonzentrationen auszeichnen. Der in beiden Gebieten deutlich ausgebildete Übergangsbereich in der Wassersäule (Redoxkline) ermöglicht eine gezielte Beprobung der für den Methanumsatz potenziell relevanten Tiefenbereiche. Damit liefern diese tiefen Becken optimale Voraussetzungen, um das gesamte Spektrum der bislang in der Ostsee kaum verstandenen mikrobiellen Methanoxidation zu erforschen. Durch eine fachübergreifende Arbeit sollen (1) die Methan-umsetzenden Prozesse in der Wassersäule des Gotland-Tiefs und des Landsort-Tiefs quantitativ beschrieben werden, (2) wichtige an Methan-umsetzenden Prozessen beteiligte Mikroorganismen über molekularbiologische und organisch-geochemische Methoden identifiziert und die Übertragbarkeit dieser Wassersäulensignale in den geologischen Bericht in den Sedimenten untersucht werden und (3) die erzielten Prozessdaten in ein hydrodynamisch-biochemisches Modell integriert werden.
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    Unsere Zielsetzung in der dritten Antragsphase des SPPs besteht darin, den Transport von Methan, Wasserstoff und 3-Helium in den Plumes zu bestimmen, die den hydrothermalen Austrittstellen am Logatchev-Feld (Mittelatlantischer Rücken) zugeordnet werden. Wir (IFM-GEOMAR und IOW) beabsichtigen Tow-yo CTD Untersuchungen dieser gelösten Gase innerhalb einer Distanz von wenigen Kilometern zu diesen hydrothermalen Austrittstellen vorzunehmen. Die hierbei gewonnen Informationen werden mit Langzeit-Strömungsmessungen verknüpft, die von den Herren Fischer und Visbek (IFM-GEOMAR) durchgeführt werden. Die genannten Tow-yo CTD Untersuchungen werden zu Beginn und Ende der Langzeit-Strömungsmessungen erfolgen, d.h. auf der F/S MERIAN Fahrt 06/2 und 10/3. Diese Beprobungsstrategie ermöglicht es, die Ergebnisse der Kurzzeitaufnahmen aus der Ermittlung der Gasverteilung mit denen der Zeitreihenaufzeichnungen der Stömungsmessungen zu verknüpfen. Des weiteren werden über eine Strecke von 100 km mit dem CTD-Rosettensystem Wasserproben entlang der Rückenachse genommen, welche an der Bruchzone bei 15°20’N einsetzt. Durch diese Untersuchung soll das Inventar dieser Gase in diesem Rückensegment abgeschätzt werden. Methan und Wasserstoff werden bereits während der beiden Expeditionen an Bord gemessen. Die Heliumisotopen-Analysen werden jeweils nach den Expeditionen an der Universität Bremen durchgeführt. Ein weiteres in Beziehung stehendes Ziel besteht in der Konzentrationsbestimmung des gelöste Methans und Wasserstoffs in Fluiden, die an den hydrothermalen Austrittsstellen während der Expeditionen genommen werden. Über diese Ziele hinaus werden wir mit M. Perner an kinetischen Inkubationsexperimenten arbeiten, um die Raten der Wasserstoffzehrung in Fluiden zu bestimmen, die sich aus der mikrobiellen Aktivität in hydrothermalen Lösungen ableitet.
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    BALTIC GAS aims to understand how climate change and long-term eutrophication affect the accumulation of shallow gas and the emission of methane and hydrogen sulfide from the seabed to the water column and atmosphere. The outcome of the project will be a new understanding and quantitative synthesis of the dynamics and budget of methane in the seabed, an important but poorly understood component of the Baltic ecosystem response to natural and human- induced impacts. The project aims to develop a predictive model of gas accumulation and emission under realistic scenarios of climate change and eutrophication, which will improve the knowledge base for necessary future policy actions. The multidisciplinary project will involve 12 partner institutions from 5 nations and will apply modern advanced technology and novel combinations of approaches.
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    Die profilierende Verankerung im Gotlandbecken GODESS (Gotland Deep Environmental Sampling Station) nimmt mit einer profilierenden Plattform, die die Messinstrumente enthält, zu vorher programmierten Zeiten (oder Zeitintervallen) Profile durch die Wassersäule auf. Während eines Einsatzes der Verankerung (typischerweise geplant sind 3 bis 6 Monate) werden so wiederholt Vertikalprofile der gemessenen Parameter gewonnen, sodass Informationen über die Dynamik und die Änderungen dieser Parameter gewonnen werden können. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Redoxkline im Gotlandbecken, zwischen den sauerstoffreichen Oberflächen- und den anoxischen Tiefenschichten.