Das AWI in Den Jahren 2004 Und 2005 Report 2004/2005

Das AWI in den Jahren 2004 und 2005 Report 2004/2005

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft Das AWI in den Jahren 2004 und 2005 in den Jahren AWI Das Report 2004/2005

2240519-1_Umschlag_rz40519-1_Umschlag_rz AAbs11bs11 005.04.20065.04.2006 117:45:297:45:29 UhrUhr Report 2004/2005

Das AWI in den Jahren 2004 und 2005 Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs11Abs11 005.04.20065.04.2006 11:44:5811:44:58 UhrUhr Inhalt Content

11 1. Vorwort | Introduction

17 2. Ausgewählte Forschungsthemen | Selected research topics

Algen im Klimawandel: Neue Messmethoden 18 Algae and climate change: new methods show zeigen den Gasaustausch der Zellen in Echtzeit. the gas exchange of cells in real time Björn Rost, Klaus-Uwe Richter

Arktische Klimaprozesse und globale atmo- 22 Arctic climate processes and global atmo- sphärische Auswirkungen spheric impacts Klaus Dethloff, Annette Rinke, Elena Sokolova, Subodh Kumar Saha

Das Klima der letzten 10 000 Jahre: 26 The climate of the last 10 000 years: Eine Verknüpfung aus Beobachtungsdaten, Combining observational data with environ- Umweltarchiven und Modellstudien mental archives and model studies Gerrit Lohmann

Chemische Ökologie mariner Protisten - 30 Chemical ecology of marine protists - Bedeutung für die Dynamik mariner Nahrungs- implications for marine food web dynamics ketten Allan Cembella, Uwe John, Bernd Krock, Tilman Alpermann, Urban Tillmann

Nährstoffbelastung des Wattenmeeres: 34 Eutrophication of the Wadden Sea: Besserung in Sicht Signs of improvement J. E. E. van Beusekom, M. Loebl, K. Reise, A. Schanz

Planktonregen im Südpolarmeer: Das europä- 38 Plankton rain in the Southern Ocean: The Euro- ische Eisendüngungsexperiment EIFEX (Euro- pean Iron Fertilization Experiment EIFEX pean Iron Fertilization Experiment) Philipp Assmy, Boris Cisewski, Joachim Henjes, Christine Klaas, Oliver Sachs

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs12Abs12 005.04.20065.04.2006 11:44:5911:44:59 UhrUhr Sind Lebensgemeinschaften polarer Meere 42 Does global warming pose a threat to Verlierer der Klimaveränderung? polar ecosystems? Gisela Lannig, Ute Jacob, Thomas Brey, Rainer Knust, Hans-O. Pörtner

Marine Genomik – Von den Genen zur Evolu- 45 Marine Genomics – through genomes to tion und Ökologie mariner Organismen evolution and ecology of marine organisms Klaus Valentin

Frostblumen: Salzige Kristalle auf dünnem Eis 48 Frost flowers: salty crystals on thin ice Hans-Werner Jacobi, Sandra Lehmann

Gemeinsam in den Hausgarten: 51 Together ‘en route‘ for HAUSGARTEN: Deutsch-französische Kooperation in Franco-German co-operation in deep-sea der Tiefseeforschung research Thomas Soltwedel, Michael Klages

Fernerkundung in arktischen Periglazial- 54 Remote sensing in Arctic periglacial landsca- landschaften – Auf den Spuren der Permafrost- pes – The tracing of permafrost dynamics dynamik Guido Große, Dirk Wagner, Lutz Schirrmeister

Frühling im Weddellmeer: Biologisch-physi- 58 Go with the floe: biological-physical interac- kalische Wechselwirkungen zwischen Atmo- tions between atmosphere, ice and ocean in sphäre, Eis und Ozean the Weddell Sea Christian Haas, Gerhard Dieckmann, Hartmut Hellmer, Michael Schröder

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs13Abs13 005.04.20065.04.2006 11:44:5911:44:59 UhrUhr 63 3. Forschung | Research MARCOPOLI 66 3.1 MARINE 81 3.2 COAST 100 3.3 POLAR 133 3.4 Neue Themen | Additional funding

141 4. Entwicklungen in den Fachbereichen | Progresses in the Scientific Divisions

167 5. Neue Technologien | New technologies

185 6. Logistik und Forschungsplattformen | Logistics and research platforms

211 7. Nationale und internationale Zusammenarbeit | National and international cooperation

221 8. Mariner Umweltschutz | Marine environmental protection

227 9. Informationszentrum | Information centre

241 10. Bibliothek | Library

247 11. Technologietransfer | Technology transfer

253 12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit | Public relations department

267 13. Personeller Aufbau und Haushaltsentwicklung | Personnel structure and budget trends

273 14. Veröffentlichungen, Patente | Publications, patents

341 Anhang | Annex

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs14Abs14 005.04.20065.04.2006 11:45:0011:45:00 UhrUhr Ingo Arndt

Ingo Arndt, wildlife and nature photographer, is the Ingo Arndt author of the cover photos in this report. The images were taken during the winter of 2004/2005 throug- Die Titelfotos in diesem Bericht stammen von dem hout the ISPOL expedition. ‘Polarstern‘ was drifting Tier- und Naturfotografen Ingo Arndt. Die Aufnahmen for several weeks with an ice floe in the Antarctic. entstanden im Winter 2004/ 2005 während der ISPOL ‘Logbook Polarstern’, written jointly with writer Expedition. Polarstern trieb mehrere Wochen mit ei- Claus-Peter Lieckfeld and published by Frederking & ner Eisscholle in der Antarktis. Das zusammen mit Thaler, documents this unusual expedition in words dem Autoren Claus-Peter Lieckfeld erarbeitete und im and images. Ingo Arndt intends to stir emotions in Verlag Frederking & Thaler erschienene Buch ‚Log- his audience and wants to illustrate nature’s riches. buch Polarstern’ dokumentiert in Wort und Bild diese Ingo Arndt has received awards from World Press außergewöhnliche Expedition. Photo for his photographs and has won several pri- Mit seinen Bildern möchte Ingo Arndt beim Betrach- zes at the BG Wildlife Photographer of the Year in ter Emotionen wecken, ihm den Reichtum der Natur London. vor Augen führen. Für seine Bilder wurde Ingo Arndt bei World Press Photo ausgezeichnet und gewann mehrfach Preise beim BG Wildlife Photographer of the Year in London.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs15Abs15 005.04.20065.04.2006 11:45:0011:45:00 UhrUhr 6 Organe der Stiftung Organisation of the Foundation

The Mission of the Helmholtz Association We contribute to solving grand challenges which Die Mission der Helmholtz- face society, science and industry by performing top- Gemeinschaft rate research in strategic programmes in the fields of Energy, Earth and Environment, Health, Key Tech- nologies, Structure of Matter, Transport and Space. Wir leisten Beiträge zu großen und drängenden Fra- We research systems of great complexity with gen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft our large-scale facilities and scientific infrastruc- durch strategisch-programmatisch ausgerichtete Spit- ture, cooperating closely with national and interna- zenforschung in den Bereichen Energie, Erde und tional partners. Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struk- We contribute to shaping our future by combining tur der Materie, Verkehr und Weltraum. research and technology development with innova- Wir erforschen Systeme hoher Komplexität unter tive applied and forward-planning perspectives. Einsatz von Großgeräten und wissenschaftlichen Infrastrukturen gemeinsam mit nationalen und internationalen Partnern. Wir tragen bei zur Gestaltung unserer Zukunft durch Verbindung von Forschung und Technologie- entwicklung mit innovativen Anwendungs- und Vor- sorgeperspektiven.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs16Abs16 005.04.20065.04.2006 11:45:0011:45:00 UhrUhr 7 Organe der Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung Organisation of the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research

Kuratorium Wissenschaftlicher Beirat Mitglieder Dr. Rainer Paulenz Der Präsident der MPG: Beratende Teilnehmer Ministerialdirektor (Verwaltungsdirektor) Prof. Dr. Peter Gruss Der Vorsitzende des Kura- Reinhard Junker Marika Sündermann Ständiger Vertreter: toriums des AWI: (Vorsitzender) (Vorsitzende des Personalrats) Prof. Dr. Bo Barker Jørgensen Ministerialdirektor Reinhard Staatsrat Rainer Köttgen Gäste Der Präsident der DFG: Junker (Stellv. Vorsitzender) Dr. Holger Bienhold Prof. Dr. Ernst-Ludwig Vom Vorsitzenden ernannter Ministerialrat Heinz Wübbenhorst Winnacker Vertreter: N.N. Peter Bradhering Bernd R. Krause Ständiger Vertreter: Der Stellv. Vorsitzende des Ministerialrat Prof. Dr. Reinhold Ollig Prof. Dr. Volker Mosbrugger Kuratoriums des AWI: Diethard Mager Prof. Dr. Jürgen Mlynek Der Präsident der BGR: Staatsrat Rainer Köttgen VLR1 Friedrich Catoir (Präsident der HGF) Prof. Dr. Bernhard Stribrny Vom Stellv. Vorsitzenden Staatsrat Hans-Henning Lühr Prof. Dr. Wolfgang Heyser Ständiger Vertreter: ernannter Vertreter: Ministerialdirigent Dr. Herrmann-Rudolf Kudrass Dr. Holger Bienhold Dr. Josef Glombik Der Leiter der BFA: Der Direktor des AWI: Ministerialrat Michael Wagner Prof. Dr. Hans-Stephan Jenke Prof. Dr. Jörn Thiede Prof. Dr. Johannes Oerlemans Ständiger Vertreter: Der Verwaltungsdirektor (Vorsitzender des Wissen- Dir. u. Prof. Dr. Gerd Hubold des AWI: schaftlichen Beirates) Der Rektor der Universität Dr. Rainer Paulenz Sandra Ahrens Bremen: Der Stellvertreter des Prof. Dr. Manfred Fuchs Prof. Dr. Wilfried Müller Direktors für das AWI: Prof. Dr. Angelika Brandt Ständiger Vertreter: Prof. Dr. Heinz Miller Prof. Dr. Rüdiger Wolfrum Prof. Dr. Reinhard X. Fischer Die Stellvertreterin des Prof. Dr. Bo Barker Jørgensen Prof. Dr. Johannes Oerlemans Direktors für die BAH: Beratende Gäste (Vorsitzender) Prof. Dr. Karen Wiltshire Prof. Dr. Wilfried Müller Prof. Dr. Martin Heimann Der Vorsitzende des Prof. Dr. Jörn Thiede (Stellv. Vorsitzender) Wissenschaftlichen Rates (Direktor) Prof. Dr. Christoph Reigber des AWI: Prof. Dr. Heinrich Miller Prof. Dr. Miriam Sibuet Prof. Dr. Ulrich Bathmann (Stellv. Direktor/AWI) Prof. Dr. Olav Eldholm Stellvertreterin: Prof. Dr. Karen Wiltshire Prof. Dr. Karen J. Heywood Dr. Ragnhild Asmus (Stellv. Direktorin/BAH) Prof. Dr. Jan W. De Leeuw Prof. Dr. Ulrich Bathmann Dr. Dominique Raynaud (Vorsitzender des Wiss. Rates) Prof. Dr. Dr. H. Steinhart Prof. Dr. Eva Maria Pfeiffer

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs17Abs17 005.04.20065.04.2006 11:45:0011:45:00 UhrUhr 8 Organe der Stiftung Organisation of the Foundation

Direktorium Prof. Dr. Gerrit Lohmann Dr. Rainer Paulenz Prof. Dr. Jörn Thiede (Sektionsleiter) (Verwaltungsdirektor) (Direktor) Prof Dr. Heinrich Miller Margarete Pauls Dr. Rainer Paulenz (Stellv. Direktor/AWI) (Pressesprecherin) (Verwaltungsdirektor) Dr.-Ing. Hans Oerter Dr. Manfred Reinke Prof. Dr. Heinrich Miller (Wiss. Vertreter) (Wiss. Referent des Direktors) (Stellv. Direktor/AWI) Prof. Dr. Dirk Olbers Prof. Dr. Meinhard Prof. Dr. Karen Wiltshire (Fachbereichssprecher) Schulz -Baldes (Stellv. Direktorin/BAH) Prof. Dr. Hans-Otto Pörtner (WBGU) (Sektionsleiter) Marika Sündermann Wissenschaftlicher Rat Prof. Dr. Karsten Reise (Personalrat) Prof. Dr. Wolf Arntz (Leiter Wattenmeerstation Sylt) Dr. Daniel Steinhage (Sektionsleiter) Dr. Lutz Schirrmeister (Technol. Projekt) Dr. Ragnhild Asmus (Wiss. Vertreter) Prof. Dr. Jörn Thiede (Stellv. Vorsitzende) Prof. Dr. Michael Schlüter (Direktor) Prof. Dr. Ulrich Bathmann (Sektionsleiter) Eva Viehoff (Vorsitzender) Dr. Volker Strass (Frauenbeauftragte) Prof. Dr. Friedrich Buchholz (Wiss. Vertreter) Dr. Frank Wilhelms (Sektionsleiter) Dr. Ralph Tiedemann (Technol. Projekt) Prof. Dr. Allan Cembella (Sektionsleiter) Prof. Dr. Karen Wiltshire (Fachbereichssprecher) PD Dr. Ulrike Wacker (Stellv. Direktorin/BAH) Prof. Dr. Klaus Dethloff (Sektionsleiterin) (Sektionsleiter) Prof. Dr. Christian Wiencke Dr. Eberhard Fahrbach (Sektionsleiter) (Sektionsleiter) Prof. Dr. Dieter Wolf- Dr. Gunnar Gerdts Gladrow (Wiss. Vertreter) (Sektionsleiter) Dr. Karsten Gohl Gäste (Wiss. Vertreter) Dr. Olaf Boebel Dr. Christian Haas (Technol. Projekt) (Sektionsleiter) Prof. Dr. Franciscus Colijn Prof. Dr. Wolfgang Hiller (GKSS) (Rechenzentrum) Dr. Hartwig Gernandt Prof. Dr. Hans-Wolfgang (Logistik) Hubberten Dr. Michael Klages (Fachbereichssprecher) (Technol. Projekt) Dr. Wilfried Jokat Prof. Dr. Peter Lemke (Wiss. Vertreter) (Technol. Projekt) (Stand 31.12.2005)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs18Abs18 005.04.20065.04.2006 11:45:0111:45:01 UhrUhr 9

Wissenschaftlicher Beirat Alfred-Wegener-Institut Kuratorium (Prof. Dr. Oerlemanns) für Polar- und Meeresforschung (MinDir Junker)

Wissenschaftliches Presse- und Wissenschaftlicher Rat Ombudsmann Referat Öffentlichkeitsarbeit (Prof. Dr. Bathmann) (Prof. Dr. Augstein) Direktorium (Dr. Reinke) (Pauls) Prof. Dr. Thiede · Dr. Paulenz Personalrat und Prof. Dr. Miller · Prof. Dr. Wiltshire Innenrevision Frauenbeauftragte Nutzerbeiräte Justiziar (Großgeräte) (Ruholl) (Bernshausen, Kersten) (Sündermann, Viehoff)

Wissenschaftliche Fachbereiche, Technologien und allgemeine Dienste

Geowissenschaften Biowissenschaften Klimawissenschaften Neue Technologien Allgemeine Dienste (Prof. Dr. Hubberten) (Prof. Dr. Cembella) (Prof. Dr. Olbers)

Geophysik Biologische Ozeanographie Atmosphärische Zirku- Unterwasserfahrzeuge und Logistik und Forschungs- (Dr. Jokat) (Prof. Dr. Bathmann) lationen (Prof. Dr. Dethloff) Tiefsee-Technologie (Dr. Klages) plattformen (Dr. Gernandt)

Glaziologie Marine Biogeologie Meteorologie der Polar- Marine Messsysteme Verwaltung (Prof. Dr. Miller) (Prof. Dr. Wolf-Gladrow) gebiete (PD Dr. Wacker) (Dr. Boebel) (Dr. Paulenz)

Periglazialforschung Makroalgen-Biologie Messende Ozeanographie Flugzeug- und Landtechnik Allgemeine Service- (Prof. Dr. Hubberten) (Prof. Dr. Wiencke) (Dr. Fahrbach) (Dr. Herber) einrichtungen (D. Neumann)

Marine Geologie und Ökologie mariner Tiere Ozeandynamik Eisbohrungen Rechenzentrum und Daten- Paläontologie (Prof. Dr. Tiedemann) (Prof. Dr. Arntz) (Prof. Dr. Olbers) (Dr. Wilhelms) banken (Prof. Dr. Hiller)

Marine Geochemie Physiologie mariner Tiere Meereisphysik Technologien für die Bibliothek (Prof. Dr. Schlüter) (Prof. Dr. Pörtner) (Dr. Haas) Marikultur (NN) (Brannemann)

Ökologische Chemie Dynamik des Paläoklimas Erdbeobachtungssysteme Technologietransfer (Prof. Dr. Cembella) (Prof. Dr. Lohmann) (Prof. Dr. Lemke) (Dr. Sauter)

Ökologie der Schelfmeere (Prof. Dr. Buchholz)

Ökologie der Küsten (Dr. R. Asmus)

Forschungsprogramm MARCOPOLI – AWI (Prof. Dr. Miller)

Marine (MAR) Coast (CO) Polar (POL) Infrastruktur (I) (Prof. Dr. Olbers) (Prof. Dr. Cembella) (Prof. Dr. Lemke) (Prof. Dr. Miller)

Dekadische Küste im Wandel: Chemische Prozesse und Veränderungen Autökologie Vom Permafrost Neue Themen Variabilität Langfristige Interaktionen Wechsel- der physikali- planktischer in die Tiefsee und globale Entwicklungen wirkungen im schen Umwelt Schlüsselarten der Arktis COM: German Änderung und extreme polaren im Nord- und Gruppen community Ereignisse Klimasystem polarmeer ocean model (Dr. R. Gerdes) (Prof. Dr. Reise) (Prof. Dr. Cembella) (Dr. Lüpkes) (Dr. Schauer) (Prof. Dr. Bathmann) (Prof. Dr. Schlüter) (Dr. Schröter)

Palaeoklima- Diversität Beobachtungen Klima- und Makro- Klimavaria- New Keys: tische Mecha- der Küsten und Informa- Ökosystem organismen im bilität seit dem Neue Schlüssel nismen und tionen für das im Südozean Klimawandel Pliozän zu polaren Variabilität Küstenzonen- Klimaarchiven management (Prof. Dr. Bijma) (Prof. Dr. Wiltshire) (Dr. van Beusekom) (Prof. Dr. Smetacek) (Prof. Dr. Pörtner) (Dr. Gersonde) (Dr. H. Fischer)

(Stand 31.12.2005)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs19Abs19 005.04.20065.04.2006 11:45:0111:45:01 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs110Abs110 005.04.20065.04.2006 11:45:0111:45:01 UhrUhr 11

1. Vorwort Introduction

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs111Abs111 005.04.20065.04.2006 11:45:1011:45:10 UhrUhr 12 1. Vorwort Introduction

1. The Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research 2004 and 2005 1. Die Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung 2004 The Alfred Wegener Institute is the Helmholtz Centre for Polar and Marine Research. It was founded in und 2005 1980 in order to meet the terms of admission to the Antarctic treaty, which, together with the member- Das Alfred-Wegener-Institut ist das Helmholtz-Zen- ship of the German Research Foundation (DFG) on trum für Polar- und Meeresforschung. Es wurde 1980 the Scientific Committee on Antarctic Research gegründet, um die Aufnahmebedingungen für den (SCAR), demanded the establishment of an extensive Antarktis-Vertrag zu erfüllen. Dieser und die Mit- research programme in the treaty region (all areas gliedschaft der Deutschen Forschungsgemeinschaft southwards 60° southern latitude). Foundation of the (DFG) im Scientific Committee on Antarctic Research AWI was initiated by this requirement, as was the (SCAR) forderte den Aufbau eines umfassenden For- construction of the research and supply vessel ‘Polar- schungsprogramms im Vertragsgebiet (alle Gebiete stern’ and the establishment of the Georg von Neu- 60° südlicher Breite), wodurch die Gründung des mayer Station in the Antarctic. On July 15th ,1980, AWI, der Neubau des Forschungseisbrechers ‚Polar- the AWI came into being with proclamation of the stern‘ und die Erstellung der Georg von Neumayer- foundation statutes by the senate of Bremen. In July Station in der Antarktis ausgelöst wurde. Das AWI 2005, the 25th anniversary of the institute was com- wurde am 15. Juli 1980 durch Verkündung des Stif- memorated through a festive science policy event, tungsgesetzes durch den Bremer Senat gegründet. which took place in the new building of the institute Das 25-jährige Jubiläum des Instituts wurde im Juli in Bremerhaven. 2005 festlich mit einer wissenschaftspolitisch gestal- To mark the occasion of Alfred Wegener’s 125th teten Veranstaltung im Neubau des Instituts in Bre- birthday on November 1st of the same year, and to merhaven gefeiert. commemorate his death 75 year ago, the second Im selben Jahr jährte sich am 1. November der International Alfred Wegener Symposium was held in Geburtstag Alfred Wegeners zum 125. Mal. Dieses Bremerhaven. The Alfred Wegener Institute has be- Tages sowie seines Todestages vor 75 Jahren wurde come a Helmholtz Centre with almost 800 staff mem- im Rahmen des 2. Internationalen Alfred-Wegener- bers, distributed across the four locations of Bremer- Symposiums in Bremerhaven gedacht. Das Alfred- haven, Potsdam, Helgoland and Sylt. Expansion of Wegener-Institut ist inzwischen ein Helmholtz-Zent- our research has been facilitated by the integration of rum mit fast 800 Mitarbeitern, verteilt auf die vier the Institute for Marine Sciences in Bremerhaven, by Standorte Bremerhaven, Potsdam, Helgoland und inclusion of the two marine stations Biological Sta- Sylt. Die Eingliederung des Institutes für Meereskunde in Bremerhaven, die Gründung der Forschungsstelle auf dem Telegrafenberg in Potsdam, unter deren Dach sich die terrestrische Polarforschung mit ihren Wur-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs112Abs112 005.04.20065.04.2006 11:45:3211:45:32 UhrUhr 13

tion Helgoland and Wadden Sea Station Sylt and by establishment of the research location ‘Telegrafen- berg’ in Potsdam. The Potsdam lo-cation emerged from the GDR polar research programme and, ever zeln in dem Polarforschungsprogramm der DDR sam- since, has united terrestrial polar research under one melte, und die beiden Meeresstationen Biologische roof. By means of our substantial infrastructure of sta- Anstalt Helgoland und Wattenmeerstation Sylt ermög- tionary and mobile research facilities we have been lichten den Ausbau unserer Forschung. Mit Hilfe der conducting an extensive polar and marine research inzwischen aufgebauten aufwändigen Infrastruktur programme. Globally, the AWI shares a leading role der stationären und mobilen Forschungsplattformen in polar and marine research with few other interna- führen wir ein umfassendes Forschungsprogramm tional contenders. The close connection to the uni- in der Polar- und Meeresforschung durch. Das AWI versities in Bremen, Potsdam, Kiel, Hamburg and nimmt weltweit, gemeinsam mit einer Reihe interna- Oldenburg has provided active exchange with acade- tionaler Wettstreiter, eine Führungsrolle in der Polar- mic teaching institutions, enabling a large number of und Meeresforschung ein. Durch die enge Anbindung young scientists to be integrated into the scientific an die Universitäten in Bremen, Potsdam, Kiel, Ham- programmes at AWI. At the same time, co-operations burg und Oldenburg wird ein reger Austausch mit with universities in Bremen and Bremerhaven have akademischen Lehrstätten gepflegt. Dadurch konnte advanced the pursuit of applied aspects in polar and eine große Schar von Nachwuchswissenschaftlern in marine research, as well as the joint establishment of die wissenschaftlichen Programme des Alfred-Wege- new degree programmes. ner-Institutes eingebunden werden. Gleichzeitig er- Research programmes within the Helmholtz Asso- laubten Kooperationen mit den Hochschulen Bremen ciation currently cover six research areas. Together und Bremerhaven die Verfolgung angewandter Per- with the GKSS Research Centre Geesthacht and as spektiven in der Polar- und Meeresforschung sowie part of the research area ‘Earth and Environment’ the den gemeinsamen Aufbau neuer Studiengänge. AWI is engaged in research programme MARCO- Die Forschungsarbeiten in der Helmholtz-Gemein- POLI (Marine, Coastal and Polar Systems and Infra- schaft verteilen sich zurzeit auf sechs Forschungsbe- structure). In 2006, MARCOPOLI is scheduled for reiche. Das Alfred-Wegener-Institut verfolgt gemein- evaluation by the scientific advisory councils of the sam mit dem GKSS-Forschungszentrum Geesthacht research centres. Concurrently, we will be using im Rahmen des Forschungsbereiches „Erde und Um- discussions on scientific perspectives to develop welt“ die Perspektiven des Forschungsprogramms successor programmes in polar and marine re-search MARCOPOLI (Marine, Coastal and Polar Systems and for the Institute. Infrastructure), das im Laufe des Jahres 2006 durch The years 2004 and 2005 have been extraordina- die Wissenschaftlichen Beiräte der Forschungszen- rily successful for the Alfred Wegener Institute: An tren begutachtet wird. Parallel dazu werden wir in increasing number of publications in internationally naher Zukunft in Diskussionen der wissenschaftlichen Perspektiven Nachfolgeprogramme in der Polar- und Meeresforschung für das Institut entwickeln.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs113Abs113 005.04.20065.04.2006 11:45:3311:45:33 UhrUhr 14 1. Vorwort Introduction

recognised journals, more than 100 patents and trade mark rights secured by the AWI and continu- ally increasing external funds all provide evidence for this. Additional external funds continue to be Die Jahre 2004 und 2005 waren für das Alfred-Wege- acquired from the German Research Council (DFG), ner-Institut außerordentlich erfolgreich. Dies zeigt the Federal Ministry of Education and Research sich in einer wachsenden Anzahl von Publikationen (BMBF), the Helmholtz Asociation, as well as from in zahlreichen angesehenen internationalen Fach- the European Union as part of the sixth research fra- zeitschriften, in über 100 für das AWI gesicherten mework. Since the autumn of 2005, the AWI, tog- Patenten und Schutzrechten sowie durch ständig stei- ether with its partner universities, has been develo- gende Drittmittel. Zusätzliche Drittmittel werden von ping initiatives through the Initiative of Excellence der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) vom Competition of the federal and state governments. Bundesministerium für Bildung und Forschung The successful implementation of these submissions (BMBF), der Helmholtz-Gemeinschaft sowie von der will be a tremendous challenge for the universities Europäischen Union im Rahmen des 6. Forschungs- involved, as well as for their non-university partners. rahmenprogramms eingeworben. Seit Herbst 2005 The scientific goals of AWI are being achieved formuliert das AWI, in enger Zusammenarbeit mit sei- since the beginning of 2004 within a 5 year cycle of nen Partneruniversitäten, Initiativen im Rahmen der program oriented funding within the Helmholtz re- Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder. Die search area ‘Earth and Environment‘. This research erfolgreiche Umsetzung dieser Anträge wird dabei program with the acronym MARCOPOLI (Marine, eine große Herausforderung für die betroffenen Uni- Coastal and Polarsystems and Infrastructure) is desi- versitäten sowie ihre außeruniversitären Partner sein. gned to ad-dress the urgent questions of the polar Mit Beginn 2004 verfolgt das AWI seine wissen- and coastal systems, which are interlinked by the schaftlichen Ziele im Rahmen der so genannten pro- oceans. The program topic I provides larges scale grammorientierten Förderung innerhalb des For- research infrastructure for the wider scientific com- schungsbereichs „Erde & Umwelt“ der Helmholtz- munity. The program topic coast in particular is car- Gemeinschaft. Hierfür wurde ein 5-Jahresprogramm ried out jointly with the GKSS Research Centre Geest- ausgearbeitet, das in seinen Schwerpunkten die drän- hacht through a number of interlinked work packages. genden Fragen der Marinen-, Küsten- und Polarsys- The reports from the research departments and the teme aufgreift. Hinter dem Akronym MARCOPOLI short research highlights should show the wide scope (Marine, Coastal and Polarsystems and Infrastructure) and provide an impression of our research. verbirgt sich auch die große Infrastruktur, die das AWI On September 5th, 2005, the Alfred Wegener Insti- für die Forschung insgesamt zur Nutzung vorhält. Der tute was certified as a family-friendly employer. The Programmteil „Küste“ wird gemeinsam mit dem GKSS- Federal Minister for Families, Renate Schmidt pre- Forschungszentrum Geesthacht in mehrfach vernetz- sented the AWI with the basic certificate for the Job ten Forschungsthemen bearbeitet. Die Berichte aus den Fachbereichen wie auch die kurzen Darstellungen einzelner Forschungsthemen zeigen deren weite Spannbrei- te und sollen einen Eindruck unserer Arbeit vermitteln.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs114Abs114 005.04.20065.04.2006 11:45:3311:45:33 UhrUhr 15

and Family Audit® of the non-profit Hertie Founda- tion. For several years, the Alfred Wegener Institute has been gaining an extraordinary reputation as an innovative research institution, advancing the coor- Am 5. September 2005 wurde das Alfred-Wegener- dination of job and family. A growing demand for the Institut als familienfreundlicher Arbeitgeber zertifi- Institute’s child care places, as well as a total of 1330 ziert. Bundesfamilienministerin Renate Schmidt über- children enrolled in the holiday programme since reichte das Grundzertifikat zum Audit Beruf und Fa- 2001, are factors reassuring the AWI in its commit- milie® der gemeinnützigen Hertie Stiftung. Das Al- ment and in its support for numerous family issues. fred-Wegener-Institut präsentiert sich in hervorra- gender Weise als innovative Forschungseinrichtung, welche die Vereinbarkeit von Beruf und Familie seit Jahren voranbringt. Eine steigende Nachfrage für die institutseigenen Krippenplätze sowie die 1330 in den Ferien seit 2001 betreuten Kinder bestätigen das AWI in diesem Engagement sowie die Unterstützung bei vielfältigen Fragen „rund um die Familie“.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs115Abs115 005.04.20065.04.2006 11:45:3411:45:34 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs116Abs116 005.04.20065.04.2006 11:45:3411:45:34 UhrUhr 17

2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs117Abs117 005.04.20065.04.2006 11:45:4311:45:43 UhrUhr 18 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics Algae and climate change: new methods show the gas exchange of cells in real time Algen im Klimawandel: Neue Mess- Björn Rost, Klaus-Uwe Richter methoden zeigen den Gasaustausch In the oceans’ surface microalgae (phytoplankton) der Zellen in Echtzeit provide the nutritional basis for the marine food Björn Rost, Klaus-Uwe Richter web. Using the sunlight as their source of energy for

growth, they fix carbon dioxide (CO2) into organic Im Oberflächenwasser der Ozeane sorgen Mikroal- compounds like sugars. This way phytoplankton

gen (Phytoplankton) für die Nahrungsgrundlage der binds large quantities of CO2, hereby strongly influ- marinen Artengemeinschaft. Als Energiequelle für ihr encing the climate on our planet. Global climate Wachstum nutzen sie das Sonnenlicht, um Kohlendi- change will induce large changes in the marine eco-

oxid (CO2) zu organischen Verbindungen wie Zucker system. Apart from higher aquatic CO2 concentra- umzuwandeln. So bindet das Phytoplankton große tions, the increase in atmospheric CO2 will cause Mengen an CO2 und beeinflusst maßgeblich das Kli- lower pH values, i.e. the oceans will get more aci- ma auf unserem Planeten. Im Rahmen des globalen dic. Rising temperatures will impact surface ocean Klimawandels sind große Veränderungen im marinen stratification, which in turn affect light climate and Ökosystem zu erwarten. Der Anstieg im atmosphä- nutrient input from deeper layers. These environ-

rischen CO2-Gehalt wird neben höheren CO2-Kon- mental changes are bound to affect phytoplankton. zentrationen im Meerwasser einen niedrigeren pH- We studied the effect of CO2 availability on diffe- Wert zur Folge haben, d.h. der Ozean wird saurer. rent aspects of photosynthesis in important phyto- Die zunehmende Erwärmung des Oberflächenwas- plankton species (Figure 1). Despite relatively high sers wird Durchmischungstiefe und damit Licht- concentrations of inorganic carbon in the ocean, klima und Nährstoffeintrag aus tieferen Wasser- phytoplankton cells have to invest considerable re- schichten beeinflussen. Erste Ergebnisse zeigen, dass sources in carbon acquisition. The responsible en- solche Veränderungen nachhaltige Auswirkungen auf zyme for carbon fixation RubisCO is restricted to

das Phytoplankton haben werden. CO2, which represents less than 1% of the inorganic Wir haben den Einfluss unterschiedlicher CO2-Ver- carbon dissolved in seawater and cannot use the

fügbarkeit auf verschiedene Aspekte der Photosyn- predominant carbon species bicarbonate (HCO3-). these bei wichtigen Phytoplanktonarten untersucht Moreover, RubisCO requires CO2 concentrations far (Abb. 1). Obwohl im Meerwasser überreichlich vor- above those found in seawater to work efficiently. handen, ist die Nutzung von anorganischem Kohlen- Most microalgae have thus developed mechanisms

stoff mit erheblichem Aufwand für die Zelle ver- that enhance the CO2 concentration at the site of bunden. So kann das für die Kohlenstofffixierung RubisCO. verantwortliche Enzym RubisCO Kohlenstoff nur in

Form von CO2 nutzen, welches nur etwa ein Prozent des im Meerwasser gelösten anorganischen Kohlen-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs118Abs118 005.04.20065.04.2006 11:46:0511:46:05 UhrUhr 19

Abb. 1: Schematisierte Gaswechselprozesse bei Phytoplanktern (links): Neben der photosynthetischen Sauerstoffentwicklung am Photosystem II

und der CO2-Fixierung durch das Enzym RubisCO Fig. 1: Schematized gas exchange processes in sind auch die Mechanismen des Kohlenstoffer- phytoplankton (left): In addition to photosynthe-

werbs skizziert. Anorganischen Kohlenstoff (Ci) tic oxygen evolution at photosystem II and CO2

kann als CO2 oder als HCO3- über Transporter in fixation by the enzyme RubisCO, mechanisms of die Zelle und den Chloroplasten aufgenommen carbon acquisition are outlined. Inorganic car-

werden. Häufig spielt auch das Enzym Karboanhy- bon (Ci) can be taken up as CO2 or HCO3- via drase (CA) eine große Rolle, da es die ansonsten transporters into the cell and chloroplast. The langsame Einstellung des chemischen Gleichge- enzyme carbonic anhydrase (CA) is also involved

wichts zwischen CO2 und HCO3- beschleunigt in most species, since it accelerates the other-

und somit CO2 schnell nachliefern kann. Membran- wise slow inter-conversion between HCO3- and einlass-Massenspektrometrie (MIMS) dient der CO2, hereby supplying CO2 from the large

Betrachtung dieser Prozesse (unten): Die im See- HCO3- pool in seawater. Membrane-inlet mass wasser gelösten Gasmoleküle wandern durch die spectrometry (MIMS) allows the monitoring of Membran und werden nur wenige Sekunden spä- these processes (below): Gas molecules dissolved ter im Massenspektrometer ionisiert, nach Masse/ in seawater permeate through the membrane and Ladungsverhältnis (m/z) getrennt und detektiert. are get ionised only seconds later in the mass Einige der wichtigsten Kollektoren-Kombinationen spectrometer. Depending on their mass/charge für spezielle Messaufgaben sind dargestellt. Das ratio (m/z), ions are then separated and detec- Diagramm (rechts) zeigt einen typischen Kurven- ted. Collector combinations are given for most

verlauf der CO2- und O2-Konzentrationen über important assays. The diagram shows a typical einen Licht/Dunkel-Zyklus bei einer Photosynthe- time-course of O2 and CO2 concentrations over semessung. a light/dark-cycle during a photosynthesis assay.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs119Abs119 005.04.20065.04.2006 11:46:0511:46:05 UhrUhr 20 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

To examine the acquisition of carbon and other aspects of photosynthesis, the membrane-inlet mass spectrometry (MIMS) was established at the Alfred Wegener Institute (Figure 1). It allows monitoring gas stoffs ausmacht. Der überwiegende Teil liegt aller- exchange processes in real time. One application - - dings als Hydrogenkarbonat (HCO3 ) vor. Um effi- allows distinguishing between CO2 and HCO3 as zient wirken zu können, benötigt RubisCO zudem carbon sources and determines the uptake rates as

CO2-Konzentrationen, die weit über denen im Meer- function of concentration. In other applications, the wasser liegen. Algen haben daher verschiedene Me- use of stable isotopes enables CA-activities to be

chanismen entwickelt, welche die CO2-Konzentration measured or photosynthetic electron fluxes. The ad- am Ort von RubisCO erhöhen. vantage of the MIMS approach is that multiple pro- Zur Untersuchung des Kohlenstofferwerbs und cesses can be investigated under conditions similar anderer Aspekte der Photosynthese wurde die Mem- to those in the natural environment. braneinlass-Massenspektrometrie (MIMS) am Alfred- Phytoplankton groups have developed different Wegener-Institut etabliert (Abb. 1). Sie ermöglicht die modes of carbon acquisition. All hitherto investiga-

Betrachtung von Gaswechselprozessen in Echtzeit. ted species were able to take up both CO2 and Eine Anwendung erlaubt es, zwischen CO2 und HCO3-. They differed, however, strongly in terms of

HCO3- als Kohlenstoffquelle zu unterscheiden und regulation and efficiency in their uptake systems. We deren konzentrationsabhängigen Transportraten zu also found large differences in other aspects of car- bestimmen. In anderen Anwendungen ermöglicht der bon acquisition. While some species showed no CA-

Einsatz von stabilen Isotopen, Aktivitäten der Karbo- activities even at lowest CO2 concentrations, we of- anhydrasen (CA) oder photosynthetische Elektronen- ten measured high and tightly regulated CA-activities flussraten zu bestimmen. Der Vorteil der unter- in diatoms. Depending on efficiency and flexibility schiedlichen MIMS-Techniken liegt darin, dass meh- in carbon acquisition, we consequently observed

rere Prozesse gleichzeitig und unter naturnahen Be- differences in the CO2-sensitivity of photosynthesis dingungen untersucht werden können. (Figure 2). These findings suggest that the increase in

Verschiedene Phytoplanktongruppen haben unter- CO2 will have profound effects on phytoplankton schiedliche Wege des Kohlenstofferwerbs entwickelt. communities, such as a shift in the dominance of

Alle bislang untersuchten Arten können neben CO2 species.

auch HCO3- aufnehmen, unterschieden sich jedoch In future experiments on acclimation of microal- stark in Regulierbarkeit und Effizienz dieser Prozesse. gae, we will investigate representatives of other phy- Auch in anderen Aspekten des Kohlenstofferwerbs toplankton groups, such as the nitrogen-fixing cy-

gibt es große Unterschiede. Während einige Arten anobacteria. In addition to CO2, the influence of auch bei niedrigsten CO2-Konzentrationen keine CA- other environmental parameters like light and nutri- Aktivität zeigen, können wir bei Diatomeen z.T. sehr ent availability on gas exchange processes will be

hohe und stark mit der CO2-Verfügbarkeit regulierte CA-Aktivitäten beobachten. Je nach Effizienz und Anpassungsfähigkeit des Kohlenstofferwerbs ergeben

sich folglich auch CO2-abhängige Photosyntheseleis-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs120Abs120 005.04.20065.04.2006 11:46:0911:46:09 UhrUhr 21

assessed. A better understanding of photosynthesis, especially carbon acquisition, will improve our pre- dictive capabilities of the responses of marine phytoplankton to global changes. tungen (Abb. 2). Diese artspezifischen Unterschiede können zu einer veränderten Zusammensetzung des Phytoplanktons als Folge des Klimawandels führen. In zukünftigen Experimenten zur Anpassung von Mikroalgen sollen weitere Vertreter der Phytoplank- tongruppen, wie z.B. die stickstofffixierenden Cyano- Abb. 2: Die Photosyntheseleistung verschiede-

bakterien, untersucht werden. Neben CO2 werden ner Phytoplanktonarten unterscheidet sich in ihrer hierbei auch andere Umwelteinflüsse wie Licht und CO2-Abhängigkeit. Während viele Arten maximale Nährstoffverfügbarkeit auf die Gaswechselprozesse Raten bei den heutigen CO2-Konzentrationen (ca. betrachtet. Ein verbessertes Verständnis der Photo- 15 µmol/l) erreichen, zeigen andere Arten wie der syntheseleistung, insbesondere des Kohlenstoffer- Coccolithophoriden Emiliania huxleyi höhere Pho-

werbs von Phytoplanktern, ist Grundvoraussetzung, tosyntheseraten, wenn CO2 die heutige Konzen- um Folgen des Klimawandels auf die marine Lebens- tration übersteigt. Solche Arten können von einem

gemeinschaft abschätzen zu können. Anstieg im atmosphärischen CO2 profitieren. Der hier dargestellte Bereich in den Photosynthesera- ten reflektiert die artspezifische Fähigkeit, auf ver-

änderte CO2-Konzentrationen während des Wachstums zu reagieren. today future ? Fig. 2: Photosynthesis of phytoplankton species 100 differ in their CO2 sensitivity. Although many species are close to their maximum rates of pho-

tosynthesis under present-day CO2 levels 75 (approx. 15 µmol/l), some species such as the coccolithophorid Emiliania huxleyi show higher 50 rates when CO2 is increased above present levels. This raises the possibility that such species may benefit directly from the current increase in

Photosynthesis (%) Emiliana huxleyi 25 atmospheric CO . The range in responses reflects Phaeocystis globosa 2 the species-specific ability to respond to changes Skeletonema costatum in CO2 concentrations during growth. 0 0102030405060

CO2 (µmol/l)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs121Abs121 005.04.20065.04.2006 11:46:0911:46:09 UhrUhr 22 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

Arctic climate processes and global atmospheric impacts

Klaus Dethloff, Annette Rinke, Elena Sokolova, Arktische Klimaprozesse und globale Subodh Kumar Saha, Wolfgang Dorn, Dörthe Handorf, atmosphärische Auswirkungen Andreas Benkel, Burkhardt Rockel, Hans von Storch

Klaus Dethloff, Annette Rinke, Elena Sokolova, The global atmospheric circulation is significantly Subodh Kumar Saha, Wolfgang Dorn, Dörthe Handorf, influenced by the polar regions: Ice possesses a high Andreas Benkel, Burkhardt Rockel, Hans von Storch backscatter capacity (albedo) for solar radiation. Therefore, ice covered areas warm up to a lesser ex- Die globale atmosphärische Zirkulation wird maß- tent than comparable ice free areas. As a result, the geblich durch die Polarregionen beeinflusst: Eisflä- ice cover is able to grow further. On the other hand, chen besitzen ein großes Rückstrahlvermögen (Al- initial warming can be amplified when resulting in a bedo) für Sonnenstrahlung. Somit erwärmen sich vom retreat of the ice cover. Possible changes in ice thick- Eis bedeckte Bereiche deutlich weniger als unbedeck- ness, ice extent and the described ice- and snow-alte Gebiete. In der Folge kann die Eisbedeckung weiter bedo feedback belong to the biggest uncertainties in zunehmen. Umgekehrt kann eine Erwärmung einen the projection of the future climate evolution. In this Rückgang der Eisbedeckung mit weiter verstärkter context, the Arctic can be considered as a key region Erwärmung nach sich ziehen. Mögliche Änderungen for understanding the global climate system. der Eisdicke, der Eisausdehnung und der beschriebenen Eis- und Schnee-Albedo-Rückkopplung stellen Circulation of the Arctic atmosphere eine der größten Unsicherheiten bei der Vorhersage The Arctic winter circulation in the middle tropos- der zukünftigen Klimaentwicklung dar. Damit ist die phere, i.e. at about five kilometers height, is gover- Arktis eine Schlüsselregion für das Verständnis des ned by a polar vortex, which has its pressure mi- globalen Klimasystems. nimum over North America and extends across the whole Arctic up to Western Europe. The pressure Zirkulation der arktischen Atmosphäre pattern is determined by the topography of the earth Die arktische Zirkulation im Winter wird in der mitt- surface, the land-sea distribution, and the massive leren Troposphäre, d.h. in etwa fünf Kilometern Höhe, heat loss due to long-wave radiation into the outer durch einen polaren Wirbel bestimmt, der mit seinem space during the polar night. This global pattern of Druckminimum über Nordamerika liegt und sich bis sea-level pressure and temperature has changed con- nach Westeuropa erstreckt. Diese Druckverteilung siderably over the past five decades: A significant wird durch die Topographie der Erdoberfläche, die warming has become apparent in winter and a slight Land-Meerverteilung und die Abstrahlung von Wärme cooling in summer. The observed winter warming is in den Weltraum während der Polarnacht bestimmt. Dieses globale Muster der Luftdruck- und Tempera- turverteilung hat sich in den letzten fünf Jahrzehnten deutlich verändert. In den Wintern trat eine signifi-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs122Abs122 005.04.20065.04.2006 11:46:1011:46:10 UhrUhr 23

linked to changes in the teleconnection pattern of the North Atlantic Oscillation (NAO) and the Arctic Oscillation (AO). This natural variability pattern is characterized by large-scale variations of sea-level kante Erwärmung und in den Sommern ein leichte pressure in the region of the Icelandic low pressure Abkühlung auf. Die beobachtete Erwärmung im Win- system and the high pressure system over the Azores. ter steht im Zusammenhang mit den Änderungen der A negative pressure anomaly at Iceland and a posi- Fernverbindungsmuster der Nordatlantischen Oszil- tive pressure anomaly at the Azores characterize the lation (NAO) oder der Arktischen Oszillation. Dieses positive NAO phase, whereas a positive pressure natürliche Variabilitätsmuster zeichnet sich durch anomaly at Iceland and a negative pressure anoma- großräumige Schwankungen des Luftdrucks im Be- ly at the Azores represent the negative NAO phase. reich des Islandtiefs und des Azorenhochs aus. In der These pressure anomalies are associated with an in- positiven Phase der NAO sind Islandtief und Azoren- creased zonal flow over the North Atlantic in the po- hoch stärker ausgeprägt, in der negativen Phase abge- sitive phase and a decreased zonal flow and stronger schwächt. Diese Luftdruckanomalien gehen in der planetary wave patterns in the negative phase. These positiven Phase einher mit einer verstärkten West- variations exert strong influence on the climate of Ost-Strömung über dem Nordatlantik und einer Europe. In the positive NAO phase warmer and more schwächeren West-Ost-Strömung in der negativen humid air masses usually reach North and Central Phase. Diese Schwankungen üben einen starken Ein- Europe, whereas in the negative phase large-scale fluss auf das Klima Europas aus. In der positiven wave patterns more frequently transport cold polar NAO-Phase gelangt vermehrt warme und feuchte air masses onto Europe. Meeresluft nach Nord- und Mitteleuropa. In der negativen Phase transportieren großskalige Wellenmuster Global implications of Arctic climate processes kalte Polarluft nach Europa. The global impacts of improved Arctic process parameterizations have been investigated in the Euro- Globale Auswirkungen arktischer Klimaprozesse pean research project GLIMPSE (Global Implications Die Auswirkung einer verbesserten Beschreibung der of Arctic Climate Processes and Feedbacks). An im- arktischen Prozesse für globale Klimamodelle wurde proved parameterization of the ice and snow-albedo im europäischen Forschungsprojekt GLIMPSE („Glo- feedback was investigated in a regional climate mo- bal implications of Arctic climate processes and feed- del of the Arctic and afterwards implemented in a backs“) untersucht. Eine verbesserte Beschreibung global climate model of the coupled atmosphere- der Eis- und Schnee-Albedo-Rückkopplung wurde ocean-sea-ice system. A comparison of the model zunächst in einem regionalen Klimamodell der Arktis results between the improved and the old ice-albedo getestet und dann in ein globales Klimamodell des feedback shows Arctic-induced annular wave dis- gekoppelten Systems Atmosphäre-Ozean-Meereis turbances, which propagate into the tropics (Figure 3). implementiert. Ein Vergleich zwischen Modellie- rungsergebnissen mit der verbesserten und der alten Eis-Albedo-Rückkopplung zeigt von der Arktis indu- zierte ringförmige Wellenstörungen, die sich bis in

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs123Abs123 005.04.20065.04.2006 11:46:1011:46:10 UhrUhr 24 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

die Tropen ausbreiten (Abb. 3). Diese von der Arktis ausgehenden dynamischen Änderungen bewirken eine Umverteilung der Energieflüsse der planetaren atmosphärischen Wellen und eine Zunahme der Wel- lenenergie in mittleren Breiten in der Troposphäre. Dadurch werden deutliche Änderungen in den Tele- konnektionsmustern der Atmosphäre induziert (Abb. 4). Im Mittel sind das Islandtief und das Azorenhoch der NAO weniger stark ausgeprägt. Damit ist eine Tendenz zu negativen NAO-Phasen auszumachen. Man erkennt auch die aus Beobachtungen bekannte Nichtstationarität dieses Telekonnektionsmusters auf Zeitskalen von Jahrzehnten bis zu Jahrhunderten. -3 -2 -1 0 1 2 3 Arktische Prozesse üben somit starke Einflüsse auf das Fernverbindungsmuster in der Troposphäre und Abb. 3: Differenzen West-Ost-Komponente des das europäische Klima aus. Damit muss angenom- Windes (m/s) in ca. fünf Kilometern Höhe (Zonal- men werden, dass auch Szenarien der zukünftigen wind in 500 Hektopascal) zwischen alten und Klimaentwicklung von arktischen Prozessparametri- neuen Modellrechnungen als Mittel über acht sierungen beeinflusst werden. Winter. In gelb-roten Bereichen ist die Strömung im neuen Modell westlicher, in grün-blauen Berei- chen östlicher als im alten Modell. Fig. 3: Differences of the zonal wind component (m/s) at about five kilometers height (zonal wind at 500 hPa) between model simulations with new and old albedo parameterization averaged over 8 winters. Yellow and red colors indicate regions where the new simulation yields a stronger westerly flow, green and blue colors indicate a stronger easterly flow.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs124Abs124 005.04.20065.04.2006 11:46:1111:46:11 UhrUhr 25

These dynamical changes originated from the Arctic produce a redistribution of the energy fluxes of the planetary atmospheric waves and an increase of wave energy in the mid-latitude troposphere. This induces distinct changes in the teleconnection patterns of the atmosphere (Figure 4). The Icelandic low and the Azores high pressure centers of the NAO are Abb. 4: Vergleich des Luftdrucks (geopotenzi- less pronounced on average. This represents a ten- elle Höhe des 500 Hektopascal-Niveaus) zwischen dency towards negative NAO phases. Furthermore, alten und neuen Modellrechnungen. Rote Bereiche the non-stationarity of this teleconnection pattern on deuten auf einen höheren durchschnittlichen Luft- time scales from decades to centuries, which is well- druck in den neuen Modellrechnungen hin, blaue known from observations, is also visible in the simu- auf einen niedrigeren. Links: Mittelwert über die lations. ersten 250 Winter des 500-jährigen Modelllaufs, Thus, Arctic processes exert strong influence on rechts: Mittelwert über die zweiten 250 Winter. tropospheric teleconnection patterns and the Euro- Fig. 4: Comparison of the pressure (geopoten- pean climate. For this reason, it has to be assumed tial height of the 500 hPa level) between model that scenario simulations of the future climate will simulations with new and old albedo parameteri- be affected by parameterizations of Arctic climate zation. Red colors indicate higher pressure in the processes as well. new simulations, blue colors indicate lower pressure. Left hand side: average over the first 250 winters of the 500-year model simulation; right hand side: average over the second 250 winters.

[gpm]

12.5

7.5

2.5

–2.5

–5

–7.5

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs125Abs125 005.04.20065.04.2006 11:46:2211:46:22 UhrUhr 26 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

The climate of the last 10 000 years: Combining observational data with environmental archives and model Das Klima der letzten 10 000 Jahre: studies Eine Verknüpfung aus Beobachtungs- Gerrit Lohmann daten, Umweltarchiven und Modell- studien To reliably predict the anthropogenic influence on present climate change it is important to differentiate Gerrit Lohmann it from the strength of natural climate variability. Are the mild winters of the last decades already the pre- Um den vom Menschen verursachten Anteil am der- cursor of a global warming? zeitigen Klimawandel verlässlich vorhersagen zu To answer this question it is necessary to under- können, ist eine Abgrenzung zur Stärke natürlicher stand the dynamics of atmosphere and ocean. In our Klimavariabilität wichtig. Sind die milden Winter der latitudes, for example, location and strength of the letzten Jahrzehnte bereits die Vorboten einer umfas- westerlies determine whether the winters are mild or senden Klimaveränderung? hard. To assess present climate change against the Zur Beantwortung dieser Frage ist ein Verständnis background of natural variations we must therefore der atmosphärischen und ozeanischen Dynamik not- reconstruct the climate of the past, using historical wendig. Zum Beispiel bestimmen die Lage und die data. Reliable temperature measurements, however, Stärke der Westwinde in unseren Breiten, ob mil- are only available for the last 50 - 150 years and due de oder harte Winter auftreten. Um die heutige Kli- to the industrial development the climate has already maveränderung vor dem Hintergrund natürlicher been disturbed during that period. Data from ice Schwankungen zu bewerten, ist es daher notwendig, cores, sea sediments and corals are suitable to recon- das vergangene Klima zu rekonstruieren. Dazu wer- struct natural climate variations over longer periods. den historische Daten herangezogen. Verlässliche Analysing these archives permits statements on the Temperaturmessungen sind jedoch nur für die letzten vulnerability of the climate system and the quanti- 50 - 150 Jahre verfügbar. Bedingt durch die industri- fication of abrupt climate changes. elle Entwicklung ist das Klima in dieser Periode aber To understand present and past climatic conditions schon gestört. Für eine Rekonstruktion natürlicher and to reconstruct climatic variations we need me- Klimaschwankungen über längere Zeiträume eignen thods that identify natural circulation patterns aided sich die Daten aus Eiskernen, Meeressedimenten und by model or historical data (Figure 5). In the ideal Korallen. Die Analyse dieser Archive erlaubt Aus- case, this method supplies us with a reconstruction of sagen zur Verletzlichkeit des Klimasystems und die climate modes and brings the instrumental data of the Quantifizierung abrupter Klimaänderungen. last 50-150 years into a long-term context. Für das Verständnis heutiger und vergangener Kli- mazustände sowie die Rekonstruktion von Klima- schwankungen sind Verfahren geeignet, die natür-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs126Abs126 005.04.20065.04.2006 11:46:3711:46:37 UhrUhr 27

liche Zirkulationsmuster mit Hilfe von Modell- oder Abb. 5: Schema zur Interpretation von geologi- historischen Daten identifizieren (Abb. 5). Im Ideal- schen Daten mit jahresgenauer Datierung a), am fall liefert dieses Verfahren eine Rekonstruktion von Beispiel von Eiskernen, Meeressedimenten und Klimaschwankungen und ordnet die instrumentellen einer Korallenchronologie b). In c) sind einige Daten der letzten 50 -150 Jahre in einen längerfristi- bekannte Klimamoden schematisch dargestellt: AO gen Kontext ein. (Arktische Oszillation), NAO (Nordatlantische Um dominante Klimaveränderungen während der Oszillation), quasi-dekadische Schwingungen im letzten 10 000 Jahre (Holozän) zu identifizieren, wer- Atlantik, ENSO (El Niño - Southern Oscillation) den unterschiedliche Datensätze der globalen Mee- Fig. 5: Scheme for the interpretation of geolo- resoberflächentemperatur analysiert. Insbesondere gical data with dating per year a) referring to ice soll die Frage geklärt werden, ob die beobachtete Kli- cores, sea sediments and a coral chronology (b). mavariabilität im letzten Jahrhundert typisch für das In (c) some known climate modes are shown gesamte Holozän ist. Unsere Studie konzentriert sich schematically: AO (Arctic Oscillation), NAO daher auf die mögliche Rolle der Arktischen Oszil- (North Atlantic Oscillation), quasi-decadal oscillation (AO) und der Nordatlantischen Oszillation lations in the Atlantic, ENSO (El Niño - Southern (NAO) als antreibende Mechanismen für Tempera- Oscillation) turänderungen im Holozän.* Für diese Untersu- chungen werden gemeinsam mit unseren Partnern

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs127Abs127 005.04.20065.04.2006 11:46:3711:46:37 UhrUhr 28 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

Different records of the global sea surface temperature are analysed to identify dominant climate modes during the last 10,000 years (Holocene). Special attention is given to the question whether the obser- an der Universität Bremen, dem Max-Planck-Institut ved climate variability of the last century is typical für Meteorologie Hamburg sowie der Universität Kiel for the whole Holocene. Therefore, our study con- Datensätze der Meeresoberflächentemperaturen sta- centrates on the possible role of the Arctic Oscilla- tistisch analysiert und mit Modellergebnissen vergli- tion (AO) and the North Atlantic Oscillation (NAO) chen (Abb. 6). as driving mechanisms for the changes in tempera- Die Klimarekonstruktionen aus Sedimenten zeigen ture during the Holocene.* For these examinations, eine Abkühlung in hohen Breiten und eine Erwär- records of sea surface temperatures are statistically mung in niedrigen Breiten (Abb. 6a). Dieser Tempera- analysed and compared with model results (Figure turtrend ist räumlich jedoch nicht einheitlich und 6). Cooperating partners are Bremen University, the deutet auf einen Übergang von einer positiven AO/ Max Planck Institute for Meteorology in Hamburg NAO-Phase im frühen Holozän (mit vermehrten and Kiel University. Westwinden in unseren Breiten) zu einer negativen The climate reconstruction from sediments shows AO/NAO-Phase während des späten Holozäns. Ein a cooling in high latitudes and a warming in low derartiger Übergang wurde in gleicher Weise durch latitudes (Fig. 6a). This temperature trend, however, Modellrechnungen mit einem gekoppelten Atmo- is heterogenic and can be compared with a transi- sphäre-Ozean-Modell bestätigt (Abb. 6 b). Die Ab- tion of the AO/NAO pattern from a positive phase in bildung zeigt, dass die Temperaturtrends gut über- the early Holocene (with increased westerlies in our einstimmen. Mit Hilfe des Modells lassen sich Ge- latitudes) to a negative phase during the late Holo- biete identifizieren, die auf Klimaänderungen be- cene. Such a transition was equally confirmed by sonders empfindlich reagieren. Der Vergleich der re- model calculations with a coupled atmosphere- konstruierten Klimadaten mit Modellen liefert einen ocean model (Figure 6b). The figure shows that tem- neuen Zugang zur Interpretation von Klimadaten, perature trends match well. With the model we can einen Test für die verwendeten Klimamodelle, sowie identify regions that react to climate changes in a eine Abschätzung natürlicher Klimatrends vor dem particularly sensitive way. Comparing the recon- Hintergrund der erwarteten Klimaveränderungen. structed climate data with models offers us a new access to the interpretation of climate data, a test for the climate models as well as an evaluation of natu- * Zur Dynamik der Arktischen Oszillation siehe auch den ral climate trends against the background of expec- Beitrag von Dethloff et al. ted climate changes.

* Regarding the dynamics of the Arctic Oscillation see Dethloff et al.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs128Abs128 005.04.20065.04.2006 11:46:3911:46:39 UhrUhr 29

Abb. 6: Temperaturtrends für die letzten 7000 Jahre: a) Rekonstruierte Temperaturtrends an der Meeres- oberfläche (in Grad Celsius). b) Simulierte Oberflächentemperaturtrends in einem Klimamodell. In der Abbildung sieht man, dass eine Erwärmung in niedrigen Breiten mit einer Abküh- lung in hohen Breiten einhergeht. Die unterschiedlichen Temperaturtrends im westlichen und östlichen Mittelmeer resultieren aus einer veränderten atmo- sphärischen Zirkulation, die mit der Nordatlantischen Oszillation (NAO) verknüpft ist. Fig. 6: Temperature trends for the last 7,000 years: a) Reconstructed temperature trends at the sea surface (in °C). b) Simulated surface temperature trends in a climate model. The figure shows that a warming in low latitudes is combined with a cooling in high latitudes. The different temperature trends in the western and eastern Mediterranean result from an altered atmospheric circulation, coupled with the North Atlantic Oscillation (NAO).

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs129Abs129 005.04.20065.04.2006 11:46:4011:46:40 UhrUhr 30 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics Chemical ecology of marine protists - implications for marine food web dynamics Chemische Ökologie mariner Pro- Allan Cembella, Uwe John, Bernd Krock, tisten - Bedeutung für die Dynamik Tilman Alpermann, Urban Tillmann

mariner Nahrungsketten Protists are eukaryotic microorganisms that play an Allan Cembella, Uwe John, Bernd Krock, important role in food web dynamics, global carbon Tilman Alpermann, Urban Tillmann flux, and biogeochemical cycling. Furthermore, on a local and regional scale, massive proliferation of Protisten sind einzellige Mikroorganismen, die in ma- marine protists can lead to the formation of dense rinen Nahrungsketten, im globalen Kohlenstofffluss aggregations of cells known as “Harmful Algal und in biogeochemischen Stoffkreisläufen eine wich- Blooms” (HABs), or “red tides,” when visible water tige Rolle spielen. Sie können auf lokalen- und regio- discolouration occurs. Such HABs can have devasta- nalen Skalen durch schnelles Wachstum dichte Mas- ting consequences for marine ecosystems and hu- senansammlungen von Zellen bilden. Solche Ent- man health. wicklungen sind als schädliche Algenblüten bekannt, Although much has been described about growth, auch „rote Tiden“ genannt, wenn es zu einer Verfär- taxonomic composition and diversity, and ecophy- bung des Wassers kommt. Diese Blüten können ver- siology of marine protists, relatively little is under- heerende Auswirkungen für marine Ökosysteme und stood of the species-level chemical interactions den Menschen haben. controlling growth, competitive outcomes and spe- Die Artenzusammensetzung und -vielfalt von Proti- cies succession in the ecosystem – collectively ter- sten, ihr Wachstum und physiologische Eigenschaften med chemical ecology. The production of alle- sind gut untersucht. Die chemische Ökologie, d.h. lochemicals – biologically active components elici- Untersuchungen artspezifischer chemischer Interak- ting specific responses in target organisms – may be tionen, ist jedoch weniger gut bekannt. Dabei spielen an important mediator of intra- and inter-specific bioaktive Substanzen, auch Allelochemikalien ge- interactions among marine protists. Among the puta- nannt, vermutlich eine bedeutende Rolle bei der tive functions of allelochemicals, their use as agents Wachstumssteuerung, bei der Konkurrenz zwischen of chemical defence is most often invoked. In this Arten und bei der Sukzession im Ökosystem. Von den sense, allelochemicals could be targeted to exclude vermuteten Funktionen allelochemischer Substanzen competitors from exploiting limited resources, as findet ihr Einsatz als chemische Verteidigung am mei- well as to avoid or reduce predation. sten Beachtung. In dieser Funktion können alleloche- The marine dinoflagellate Alexandrium, a toxic mische Substanzen dazu dienen, Konkurrenten um protist, is of particular relevance to North Sea coas- Nährstoffe auszuschließen und auch Fraßverluste zu verringern. Der marine Dinoflagellat Alexandrium, ein toxischer Protist, ist von besonderer Bedeutung für die

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs130Abs130 005.04.20065.04.2006 11:46:4111:46:41 UhrUhr 31

tal ecosystems. By application of morphological criteria and rRNA molecular probes, we have detected three Alexandrium species in studies of field populations from the North Sea. Two of these species, A. küstennahen Ökosysteme der Nordsee. Bei Untersu- tamarense and A. minutum, are known worldwide to chungen vor der Ostküste Schottlands wurden mit be producers of tetrahydropurine neurotoxins, which Hilfe von molekularbiologischen Methoden und mor- accumulate in shellfish and are responsible for para- phologischer Kriterien drei Alexandrium-Arten nach- lytic shellfish poisoning (PSP). The third species, A. gewiesen. Zwei dieser Arten kommen weltweit vor, ostenfeldii, has been found to produce novel macro- A. tamarense und A. minutum, und produzieren Te- cyclic imine toxins known as spirolides. There is trahydropuran-Neurotoxine, die, von Muscheln an- increasing evidence that allelochemical effects on gereichert, beim Menschen für die Paralytische Mu- microalgae and heterotrophic protists are widely schelvergiftung (PSP) verantwortlich sind. Die dritte expressed by members of the genus Alexandrium. -1 Art, A. ostenfeldii, produziert ebenfalls Gifte, neuar- Low effective concentrations (EC50 <100 cells ml ) tige makrozyklische Iminotoxine, auch Spirolide ge- required to elicit lysis of 50 % of the target cells in- nannt. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass dicate a high allelochemical potency of Alexandrium allelochemische Effekte auf Mikroalgen und andere spp. Nevertheless, comparative experiments have Protisten in der Gattung Alexandrium häufig vorkom- shown that allelochemical effects differ markedly men. Um die Stärke allelochemischer Wirkung von among different Alexandrium species and even

Substanzen zu messen werden so genannte EC50 among strains within a species. In any case, such Werte bestimmt. Das ist die Zelldichte, bei der 50 deleterious consequences may be highly significant Prozent der Zielorganismen geschädigt sind. Bei in explaining the formation and maintenance of Alexandrium reichen weniger als 100 Zellen pro Mil- Alexandrium blooms, if they provoke alterations in liliter aus, um andere Mikroalgen und Planktontier- grazing behaviour and affect competitive outcomes. chen negativ zu beeinflussen bis hin zur vollständi- What is causing the allelochemical response? gen Zell-Lyse. Vergleichende Untersuchungen haben There are a number of known phycotoxins with po- jedoch auch gezeigt, dass allelochemische Effekte tent biological activity towards cells and tissues, sehr stark zwischen verschiedenen Alexandrium- usually affecting ion channels or enzyme function, Arten und sogar zwischen verschiedenen Kulturen and thus causing, toxic effects against humans, einer Art variieren können. Auf jeden Fall können sol- marine mammals and seabirds. Our initial suspici- che schädlichen Auswirkungen signifikant die Bil- ons thus concentrated on the known phycotoxins dung und Aufrechterhaltung von Alexandrium-Blüten produced by Alexandrium, the saxitoxin derivatives erklären, wenn sie Veränderungen im Konkurrenz- associated with PSP and the spirolides. However, und Fraßverhal-ten hervorrufen. current knowledge indicates that allelochemical Was löst die allelochemische Antwort aus? Es gibt properties of Alexandrium spp. are not correlated to eine Reihe bekannter, von Mikroalgen produzierter Phycotoxine mit starker biologischer Wirkung übli- cherweise auf Ionenkanäle oder Enzymfunktionen, und stark toxischen Effekten auf Menschen, marine

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs131Abs131 005.04.20065.04.2006 11:46:4211:46:42 UhrUhr 32 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

these phycotoxins. Unknown extracellular sub- stance(s), apparently unrelated to PSP toxins or to spirolide content, are responsible for the potent allelochemical effects. Säuger und Meeresvögel. Unsere anfänglichen Über- In spite of the lack of evidence of allelochemical legungen konzentrierten sich deshalb auf die von interaction against protists, it is still relevant to que- Alexandrium produzierten bekannten Phycotoxine – stion the chemical ecological significance of spiroli- die mit PSP zusammenhängenden Saxitoxinderivate des and other phycotoxins. In parallel studies of the und die Spirolide. Unsere gegenwärtigen Erkennt- biosynthetic pathway to spirolide production, in col- nisse zeigen jedoch, dass die allelochemischen Ei- laboration with the National Research Council, Hali- genschaften von Alexandrium spp. nicht mit diesen fax, Canada, we have effectively demonstrated the Phycotoxinen zu korrelieren sind. Es sind somit un- polyketide nature of spirolides. Polyketides are se- bekannte extrazelluläre Substanz(en), die offensicht- condary metabolites, most commonly found in bac- lich nicht im Zusammenhang mit PSP-Toxinen oder teria and fungi, but also in certain protists and higher Spirolidgehalten stehen, für diese starken alleloche- plants. mischen Effekte verantwortlich. Like spirolides, most of the known phycotoxins Auch wenn somit keine Hinweise für eine mögli- produced by marine protists are polyethers, and thus che allelochemische Wirkung von Spiroliden und are presumed although not proven to be polyketide- anderer Phycotoxine gegen Protisten vorliegen, ist derived. Polyketide biosynthesis in both prokaryotes die Frage nach der chemisch-ökologischen Relevanz (bacteria) and eukaryotes (protists, fungi, plants and

Abb. 7: Die Zelyse von Rhodomonas baltica (obere Bildserie) nach Exposition mit allelochemischen Substanzen von Alexandrium ist ein schneller Prozess. Während im Kontrollexperiment die Anzahl intakter Zellen mit der Zeit unverändert 35 bleibt, sind im Inkubationsversuch mit Filtrat einer 30 )

-1 Kultur von Alexandrium ostenfeldii bereits nach

ml 25 3 wenigen Minuten nahezu alle Zellen vollständig 20 zerstört. 15 Fig. 7: Cell lysis of Rhodomonas baltica (upper 10 Filtrat Kontrolle panel) after exposure to Alexandrium alleloche-

5 micals is a rapid process. In the control experiment number of intact cells remained Rhodomonas intakt (10 Rhodomonas intakt (10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 unchanged. However, when co-incubated with

Zeit (min) the cell-free filtrate from a culture of Alexan- drium ostenfeldii, almost all cells are completely lysed after a few minutes.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs132Abs132 005.04.20065.04.2006 11:46:4211:46:42 UhrUhr 33

animals) is typically mediated by the enzyme polyketide synthase (PKS). We have embarked on a pro- mising search for the associated regulatory genes using limited genomic approaches to functional gene dieser Substanzen berechtigt. In parallelen Untersu- expression for a number of protistan species. For chungen zu den Biosynthesewegen der Spirolide in Alexandrium ostenfeldii, we detected several genes Zusammenarbeit mit dem National Research Council putatively related to toxin synthesis, including genes in Halifax, Kanada konnten wir die Polyketidnatur that appear to encode PKS. Yet only 9 % of the total von Spiroliden eindeutig nachweisen. Polyketide sind sequences were homologues to known genes. The Sekundärmetabolite, hauptsächlich von Bakterien low degree of sequence homology in A. ostenfeldii und Pilzen, aber auch in Protisten und höheren Pflan- continues to present a challenge for determining the zen. Die meisten der bekannten Phycotoxine mariner expression and regulatory function of biosynthetic Protisten sind Polyether und gehören somit mögli- genes for dinoflagellate secondary metabolites, and cherweise ebenfalls zu der Gruppe der Polyketide. specifically for spirolide biosynthesis in Alexandrium. Die Polyketid-Biosynthese verläuft sowohl in Proka- ryoten (Bakterien) als auch in Eukaryoten (Protisten, Pilzen, Pflanzen und Tieren) über das Enzym Polyke- tidsynthase (PKS). Wir sind auf der vielversprechen- den Suche nach beteiligten regulatorischen Genen, indem wir erste genomische Ansätze zur funktiona- len Genexpression bei verschiedenen Protisten-Arten verfolgen. Bei Alexandrium ostenfeldii konnte eine Reihe verschiedener Gene identifiziert werden, die vermutlich im Zusammenhang mit der Toxinsynthese stehen. Darunter waren auch Gene, die für PKS zu kodieren scheinen. Allerdings ließen sich nur 9 Pro- zent aller Sequenzen bekannten Genen zuordnen. Diese geringe Übereinstimmung mit bekannten Ge- nen stellt nach wie vor eine große Herausforderung für Untersuchungen zur Expression und zur funktio- nellen Regulierung von Biosynthesegenen von Sekun- därmetaboliten in Dinoflagellaten, und besonders für die Spirolidbiosynthese in Alexandrium, dar. Abb. 8: Extrazelluläre allelochemische Substan- zen von Alexandrium spp. können Zell-Lyse bei sowohl einzelligen Fraßfeinden als auch bei Kon- kurrenten verursachen. Fig. 8: Extracellular allelochemical substances produced by Alexandrium spp. may cause cell lysis of both protistan grazers and competitors.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs133Abs133 005.04.20065.04.2006 11:46:4311:46:43 UhrUhr 34 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

Eutrophication of the Wadden Sea: signs of improvement

J.E.E. van Beusekom, M. Loebl, K. Reise, A. Schanz Nährstoffbelastung des Wattenmeeres: Besserung in Sicht During the past centuries, human pressure on coastal ecosystems has dramatically increased. This is among J. E. E. van Beusekom, M. Loebl, K. Reise, A. Schanz others reflected by riverine nutrient loads. We estimate that nowadays about seven- to eightfold more Intensive Landwirtschaft, phosphathaltige Waschmit- nutrients are carried by rivers into the coastal zone tel und andere menschliche Einflüsse sorgten im 19. than without human influences. During the 1970’s und vor allem im 20. Jahrhundert für eine starke Zu- and early 1980’s, it became evident that due to the nahme des Nährstoffeintrags über die Flüsse in die increased nutrient fluxes into the North Sea and into Küstenmeere. Wir gehen davon aus, dass die Flüsse the Wadden Sea, the amount of organic matter pro- heutzutage etwa sieben- bis achtmal mehr Nährstoffe duced by microalgae had increased. Visual signs in die Nordsee transportieren als zu vorindustrieller were the thick layers of foam originating from deca- Zeit. Während der 1970er und 1980er Jahre wurde ying blooms of the flagellate Phaeocystis globosa klar, dass als Folge dieser Überdüngung auch die von that covered beaches during late spring. Other signs Mikroalgen produzierte organische Substanz zuge- that the quality of Wadden Sea ecosystem was dete- nommen hatte. Sichtbare Zeichen an der Küste waren riorating included a decrease of area covered with die sich auf den Stränden türmenden Schaumberge. seagrass in the Southern Wadden Sea (The Nether- Sie entstanden nach dem Zusammenbruch üppiger lands and Lower Saxony) and an increase in green Blüten des Flagellaten Phaeocystis globosa. Die Ab- macroalgae. Also freshwater lakes and rivers had nahme der Seegrasbestände im Gezeitenbereich des deteriorated due to increased nutrient concentrati- südlichen Wattenmeeres (vgl. Abb. 9) und die Zu- ons. Policy makers responded and measures were nahme von Grünalgen waren weitere Anzeigen einer taken to reduce the amounts of nutrients in rivers, sich verschlechternden Qualität des Ökosystems lakes and in the coastal zone. Evidence is now accu- Wattenmeer. Auch die Umweltqualität von Flüssen mulating that the eutrophication status of the Wad- und Seen hatte sich infolge der zugenommenen Belas- den Sea is improving. tung mit Nährstoffen verringert. Die Politik reagierte Riverine nutrient loads: Measures to reduce the und Maßnahmen wurden eingeleitet um die Nähr- riverine nutrient burden included the implementa- stoffbelastung (Eutrophierung) auf dem Festland und tion of waste water treatment and the introduction of im Meer zu reduzieren. Mittlerweile gibt es Anzei- phosphate-free detergents. Long-term data show chen dafür, dass sich der Eutrophierungszustand des large interannual differences in the amount of ri- Wattenmeeres verbessert. verine nutrients transported into the coastal zone. Um die Nährstoffbelastung zurückzudrängen wurden in den 1970er Jahren unter anderem phosphat- freie Waschmittel und eine bessere Abwasserklärung eingeführt. Die Flusseinträge zeigen nach wie vor

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs134Abs134 005.04.20065.04.2006 11:46:4411:46:44 UhrUhr 35

20 55,5

g/l) 16 µ

12 55,0 a 8 e

20 S n (Summer mean)

4 e g/l) Chlorophyll a ( Chlorophyll

16 d

µ d

0 a

54,5 12 W

Present Historic h N) t

° 8 r Helgoland o (Summer mean) 4 N Chlorophyll a ( Chlorophyll 54,0

Latitude ( 0 Present Historic ea n S ern Wadde 53,5 uth So Elbe

Ems 53,0 Weser

3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0

Longitude (°E)

große Schwankungen von Jahr zu Jahr, die aber haupt- Abb. 9: Vergleich der mittleren Sommer-Bio- sächlich auf unterschiedliche Niederschlags- und masse des Phytoplanktons im Wattenmeer damit Abflussmengen zurückzuführen sind. Korrigiert (~1985–2002) mit historischen Schätzungen (linke man die Nährstoffeinträge entsprechend, dann zeigt Grafik: südliches Wattenmeer, rechte Grafik: nörd- sich, dass sich nach Erreichen eines Maximums etwa liches Wattenmeer). Heutzutage wird etwa vier- Mitte der 1980er Jahre die Einträge um etwa zwei bis bis fünfmal mehr organische Substanz umgesetzt drei Prozent pro Jahr verringern. als zu vorindustriellen Zeiten. Der Import organischer Substanz von der Nordsee Fig. 9: A comparison of the mean summer phy- in das Wattenmeer prägt den Umsatz im Wattenmeer. toplankton biomass in the Wadden Sea since Eine direkte Quantifizierung dieses Imports ist jedoch about the mid-1980’s with historic estimates. Left noch nicht möglich. Um Änderungen im Umsatz fest- graph: Southern Wadden Sea, Right graph: Nort- stellen zu können, mussten so genannte Stellver- hern Wadden Sea. Nowadays, about four to five treterbeziehungen (Proxies) entwickelt werden. Wir fold more organic matter is turned over than haben zwei vorgeschlagen: die saisonale Stickstoff- during pre-industrial conditions.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs135Abs135 005.04.20065.04.2006 11:46:4511:46:45 UhrUhr 36 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

They are mainly due to variations in freshwater discharge. After correcting for this it becomes evident that riverine nutrient input in the coastal zone reached a maximum during the 1980’s. Since then, dynamik (Herbstwerte von Ammonium und von nutrient loads into the North Sea decrease by about Nitrit) und die sommerliche Biomasse des Phyto- 2-3% per year. planktons. In den meisten Teilen des Wattenmeeres Indicators of the Wadden Sea Eutrophication Sta- korrelieren diese Proxies signifikant mit den Fluss- tus: The amount of organic matter that is turned over einträgen. Dies zeigt, dass das Wattenmeer mit einem in the Wadden Sea is to a large extent determined by verringerten Stoffumsatz auf die gesunkenen Fluss- organic matter import from the adjacent North Sea. einträge reagiert. Die Proxies deuten außerdem dar- Quantification of this process is not yet possible. To auf hin, dass der Eutrophierungsstatus des südlichen detect changes in the organic matter turnover in the Wattenmeeres etwa zweimal höher ist als im nördli- Wadden Sea, so-called proxies had to be developed. chen Wattenmeer. We have proposed two: the seasonal dynamics of

Eine weitere Änderung im Wattenmeer, die mit der nitrogen (autumn values of NH4 and NO2) and sum- Eutrophierung in Zusammenhang steht, ist die Zu- mer phytoplankton biomass. In most of the Wadden nahme von Grünalgen ab den späten 1970er Jahren, Sea these proxies correlated significantly with ri- die etwa 1990 -1993 ihren Höhepunkt erreichte. Re- verine nitrogen input. This shows that the Wadden gelmäßige Beobachtungen im nördlichen Watten- Sea responds in a positive way to the decreasing nu- meer zeigen, dass die Bedeckung seitdem zurück- trient loads. The proxies also highlight differences in geht. In 2004 erreichte sie zum ersten Mal wieder ein the eutrophication status between the less eutrophic Niveau wie vor den 1980er Jahren. Northern (Schleswig-Holstein) and the more eutro- Viele Zeichen deuten also darauf hin, dass sich der phic Southern Wadden Sea. Eutrophierungsstatus des Wattenmeeres verbessert. Another eutrophication related change noted in Aber wie weit müssen wir gehen? Die europäische the Wadden Sea was the increase of green macroal- Gesetzgebung schreibt vor, dass sich das Wattenmeer gae from the late 1970’s to a peak in 1990-1993. We im Jahr 2015 in einem „guten ökologischen Zustand“ now see signs of improvement. Regular observations befinden soll. Als Referenz werden häufig historische in the northern Wadden Sea indicate that that the Bedingungen benutzt, also ein Zustand ohne große area covered with green macroalgae is gradually menschliche Einflüsse. Ein Vergleich mit historischen decreasing. In 2004 it reached for the first time the Schätzungen zeigt, dass heutzutage etwa vier- bis marginal occurrences prior to the 1980’s. fünfmal mehr organische Substanz und Nährstoffe All available signs indicate that the eutrophication umgesetzt werden als in vorindustrieller Zeit. Ob status of the Wadden Sea is improving. But how far eine weitere Reduzierung der Nährstoffeinträge ir- do we have to go? European legislation dictates that gendwann aber durch die Nahrungskette hindurch zu the Wadden Sea has to be in a good ecological status einer Nahrungsknappheit bei Endkonsumenten wie Vögeln führen kann, ist noch unklar.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs136Abs136 005.04.20065.04.2006 11:46:5611:46:56 UhrUhr 37

Abb. 10: Seegraswiesen (rechts: eine Detailauf- nahme mit zwei Strandschnecken) sind geeignete Qualitätsindikatoren für den Zustand und die Sta- bilität des Wattenmeeres, weil sie empfindlich auf Umweltänderungen reagieren. Seegraswiesen sind ein wichtiger Lebensraum für Jungfische und Wir- bellose. Während der 1950er und 1960er Jahre verschwanden die meisten Seegraswiesen aus dem Gezeitenbereich des südlichen Wattenmeeres. Im nördlichen Wattenmeer fand keine vergleichbare Abnahme statt. Im letzten Jahrzehnt nahmen die mit Seegras bedeckten Flächen stetig zu. Fig. 10: Seagrass beds (right panel: close up with two periwinkles) are a suitable quality indi- by 2015. As a reference, historic conditions (before cator for the health and stability of the Wadden large scale human impact) are often used. A compa- Sea ecosystem, as they respond very sensitively rison of the present status with historic estimates to changes in their environment. Seagrass beds shows that at present still about four to five times represent an important marine habitat and serve more organic matter and nutrients are turned over in as a feeding and nursery habitat for juvenile fis- the Wadden Sea than under historic conditions. hes and invertebrates. During the 1950’s and Whether a further reduction of nutrient supply will 1960’s most intertidal seagrass beds in the eventually result in a food shortage for top consu- Southern Wadden Sea vanished and are now mers is as yet unclear. slowly recovering. In the Northern Wadden Sea no comparable decline was observed. During the past decade, the area covered with seagrass increased continuously. (Photos: A. Schantz)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs137Abs137 005.04.20065.04.2006 11:46:5611:46:56 UhrUhr 38 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

Plankton rain in the Southern Ocean: The European Iron Fertilization Experiment EIFEX Planktonregen im Südpolarmeer: Philipp Assmy, Boris Cisewski, Joachim Henjes, Christine Das europäische Eisendüngungs- Klaas, Oliver Sachs, Victor Smetacek, Volker Strass experiment EIFEX (European Iron Fossil fuel combustion causes annual emissions of 6 Fertilization Experiment) billion tons of carbon in the form of carbon dioxide (CO2) which significantly contributes to the green- Philipp Assmy, Boris Cisewski, Joachim Henjes, Christine house effect. Different strategies have been proposed

Klaas, Oliver Sachs, Victor Smetacek, Volker Strass in order to reduce anthropogenic input of CO2 into the atmosphere. Microalgae in the oceans (phyto-

Die alljährlich durch die Verbrennung fossiler Brenn- plankton) take up large amounts of CO2 via photo- stoffe freigesetzten 6 Milliarden Tonnen Kohlenstoff synthesis and influence the carbon budget of our

in Form des Klimagases Kohlendioxid (CO2) sind Mit- planet by transferring carbon from the surface to the verursacher des zunehmenden Treibhauseffektes. deep ocean through sinking. This process called the

Es gibt verschiedene Ansätze, das entstandene CO2 ‘biological pump‘ leads to a long-term withdrawal of langfristig der Atmosphäre zu entziehen. Wie die carbon from the atmosphere. An enhancement of the höheren Landpflanzen, nehmen auch Planktonalgen biological pump of the ocean through iron fertiliza-

im Meer durch Photosynthese große Mengen CO2 tion of the phytoplankton has been proposed as a

auf. Absterbende Algen haben somit einen bedeu- way to reduce atmospheric CO2. To test the feasi- tenden Einfluss auf den Kohlenstoffhaushalt der Erde. bility of this approach, the Alfred Wegener Institute Gelangt der in den Algen enthaltene Kohlenstoff in die conducted a European iron fertilization experiment Tiefsee, ist dieser langfristig dem Kontakt mit der Atmo- (EIFEX) on board R.V. ‘Polastern‘ in collaboration sphäre entzogen. Diesen Prozess bezeichnet man als with several national and international partners.

biologische Kohlenstoffpumpe. Zur CO2-Entsorgung Phytoplankton constitutes the first link of the food wurde vorgeschlagen, die biologische Kohlenstoff- chain in the global ocean – the largest ecosystem in pumpe im Ozean durch Düngung von Planktonalgen our planet. Although phytoplankton constitutes only mit Eisen zu verstärken. Um die Realisierbarkeit dieses a fraction (0.5 %) of the total plant biomass of the Ansatzes zu testen, wurde vom Alfred-Wegener-Insti- planet, it contributes about 45 % to the annual car- tut in Kooperation mit verschiedenen nationalen und bon-uptake via photosynthesis equivalent to appro- internationalen Partnern das europäische Eisendün- ximately 150 billion tons. Consequently high turn- gungsexperiment EIFEX durchgeführt. over rates occur within the plankton, where growth, Das pflanzliche Plankton bildet die Basis der Nah- mortality and sinking rates are nearly balanced. In rungskette im Weltozean – dem größten Ökosystem unserer Erde. Obwohl es nur einen Bruchteil (0,5 %) zur gesamten pflanzlichen Biomasse der Erde bei- trägt, macht die planktische Primärproduktion etwa

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs138Abs138 005.04.20065.04.2006 11:47:0111:47:01 UhrUhr 39

three major oceanic regions, the equatorial and subarctic Pacific as well as the Southern Ocean the growth of the phytoplankton is limited due to low iron concentrations. Previous iron fertilization expe- 45 % der jährlichen Kohlenstoff-Aufnahme durch riments in these regions led to a rapid increase of Photosynthese von rund 150 Milliarden Tonnen aus. phytoplankton biomass and a clear decrease in dis- Dieses Beispiel verdeutlicht die hohen Umsatzraten solved inorganic carbon concentrations (including

im Plankton, dessen Wachstums-, Sterbe- und Sinkra- CO2) in the water column. However, the fate of these ten sich ungefähr die Waage halten. In drei riesigen phytoplankton blooms had not been studied yet. The ozeanischen Regionen, dem äquatorialen und sub- aim of EIFEX was to follow the fate of the iron-indu- arktischen Pazifik sowie dem Südpolarmeer, ist das ced phytoplankton bloom (growth and decay) and Algenwachstum durch Eisenmangel begrenzt. Durch determine the influence of the bloom on the carbon Eisendüngung in diesen Gebieten konnte in bisher budget of the fertlized patch. During EIFEX we ferti- zehn Experimenten eine rasante Vermehrung der lized an area of over 400 km2 with 13 tons of iron Algen erreicht werden. Dies ging mit einer Abnahme sulfate dissolved in seawater. The temporal develop-

des CO2-Gehaltes im umgebenden Meerwasser ein- ment of the phytoplankton bloom was followed over her. Die erste Voraussetzung für eine künstliche a period of more than five weeks. In the final week Beschleunigung der biologischen Kohlenstoffpumpe of the experiment a significant increase in turbidity durch den Aufbau von Algenbiomasse war also er- of the deeper water layers down to the ocean floor füllt. Die entscheidende Frage aber, welches Schick- could be observed as a result of the dying and sin- sal eine absterbende Algenblüte nehmen würde, war king phytoplankton bloom. (Figure 11: shows turbi- damit noch nicht beantwortet. Alle bisherigen Eisen- dity due to algal cells in the upper 500 meters of the düngungsexperimente waren zu kurz, um die Algen- water column as a function of time). blüte bis zu ihrem Ende durch Erschöpfung der Nähr- Microscopic analysis of water samples revealed stoffe oder Alterung der Zellen zu verfolgen. the presence of aggregates composed of phytoplank- Das europäische Eisendüngungsexperiment EIFEX ton from the bloom together with zooplankton faecal sollte den Zusammenbruch der eiseninduzierten Al- material that sank out to deeper water layers. Geo- genblüte und den Verbleib des darin enthaltenen chemical measurements at the sediment/water boun- Kohlenstoffs verfolgen. Während EIFEX wurden von dary layer as well as the analysis of sediment cores Bord des Forschungseisbrechers Polarstern 13 Tonnen indicated that a five millimeter thick layer of fresh gelöstes Eisensulfatpulver über eine Fläche von etwa plankton material had sedimented in the deep ocean 400 Quadratkilometern ausgebracht. Die sich da- (Figure 12). A detailed budget of the amount of car- durch entwickelnde Algenblüte wurde über einen bon exported into the deep ocean is in preparation. Zeitraum von mehr als fünf Wochen verfolgt. The EIFEX results indicate that iron fertilization In der letzten Woche des Experimentes konnte eine can lead to transport of organic material to the deep signifikante Trübung des Tiefenwassers bis zum Mee- resboden in etwa 4000 Meter als Folge der absterben- den und sinkenden Algenblüte beobachtet werden (Abb. 11 zeigt die obersten 500 Meter). Mikroskopi-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs139Abs139 005.04.20065.04.2006 11:47:0211:47:02 UhrUhr 40 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

0-100 PDS Xmiss [%]

1,6 100-200 1,4

1,2 sche Auswertungen ergaben, dass sich viele Algen- 1 ketten der induzierten Blüte mit aufgelöstem Kotma- 200-300 0,8 terial von Zooplankton zu Flocken verklebt hatten Depth layers und in die Tiefe gesunken waren. Die Auswertung 0,6 300-400 geochemischer Messungen an der Wasser/Sediment- 0,4 Grenzfläche sowie analog dazu geborgene Sediment- 0,2

kerne zeigten eine etwa fünf Millimeter dicke Schicht 400-500 0 5 10 15 20 25 30 35 frisch abgestorbenen Planktons, das sich in der Tief- days since first iron release see abgelagert hatte (Abb. 12). Detaillierte Bilanzen über die in die Tiefsee exportierte Kohlenstoff-Menge Abb. 11: Trübungszunahme in der Tiefe durch werden derzeit erstellt. die absinkende Algenblüte während EIFEX. Die bisherigen Ergebnisse von EIFEX zeigen, dass Fig. 11: Turbidity due to algal cells in the

sich durch Eisendüngung atmosphärisches CO2 in upper 500 meters of the water column as a func- organische Materie umwandeln und in die Tiefsee tion of time. transportieren lässt. Das vom Menschen durch Frei-

setzung von CO2 verursachte Treibhausproblem lässt sich damit jedoch nicht lösen. Die CO2-Mengen, die ocean. However, the amount of CO2 which could be im gesamten Südpolarmeer biologisch entfernt wer- biologically removed by fertilization of the entire den könnten, machen nur einen geringen Anteil des Southern Ocean amounts to only a minor fraction of

jährlichen CO2-Ausstoßes aus. Es ist daher ratsamer, the annual CO2 emissions. The overriding aim for a die CO2-Freisetzung zu drosseln, als einen regulie- sustainable energy policy should be efficient energy

renden Mechanismus der Natur zu manipulieren. use in combination with reduced CO2 emissions. Hinsichtlich der zukünftigen Klimaentwicklung sollte das vorrangige Ziel einer nachhaltigen Energiepolitik eine effizientere Energienutzung in Kombination mit

einer CO2-neutralen Energiegewinnung sein.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs140Abs140 005.04.20065.04.2006 11:47:0211:47:02 UhrUhr 41

Abb. 12: Geborgener Sedimentkern mit einer etwa 5 Millimeter dicken Lage aus sedimentierten Resten der Algenblüte am Meeresboden (links). In der Bildmitte ist ein Tiefsee-Röhrenwurm zu sehen (Balken = 1 Zentimeter). Rasterelektronemikrosko- pische Aufnahme aus dem Algenteppich mit einer der dominanten Kieselalgen (Chaetoceros atlanticus) während EIFEX (rechts). Fig. 12: Salvaged sediment core from the sea floor with a 5 mm thick layer of sedimented rem- nants of the phytoplankton bloom (left). The centre of the picture shows an abyssal tube worm (scale bar = 1 cm). SEM picture of fresh plankton material with one of the dominant diatom species (Chaetoceros atlanticus) during EIFEX (right). (Photos: U. Marx, O. Sacha)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs141Abs141 005.04.20065.04.2006 11:47:0311:47:03 UhrUhr 42 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics Does global warming pose a threat to polar ecosystems?

Gisela Lannig, Ute Jacob, Thomas Brey, Rainer Knust, Sind Lebensgemeinschaften polarer Hans-O. Pörtner Meere Verlierer der Klimaveränderung? Antarctic waters are extremely cold, with temper- Gisela Lannig, Ute Jacob, Thomas Brey, Rainer Knust, atures as low as –1.8 °C. The body temperatures of Hans-O. Pörtner ectothermal animals like fish and mussels equal ambient temperature. Thus, the metabolism of Ant- Antarktische Tiere leben bei beständig kalten Wasser- arctic animals is optimally adapted to the cold, but temperaturen von bis zu –1,8 °C. Die Körpertempe- this accomplishment causes them to be sensitive ratur wechselwarmer Tiere, wie zum Beispiel von to warmer temperatures. Current evidence indicates Fischen und Muscheln, entspricht der Umgebungs- that many Antarctic invertebrates are highly sensitive temperatur. Ihre Anpassung an die besondere antark- to warming, whereas some fish species may tolerate tische Kälte geht einher mit einer deutlich verringer- moderate temperature increments. To predict and es- ten Toleranz gegenüber Erwärmung. Einige wirbellose timate the effects of climate change on polar animals Tiere reagieren besonders empfindlich auf steigende and on the structure of polar food webs it is neces- Temperaturen, manche Fische können sich hingegen sary to gain a mechanistic understanding of the ther- an längerfristige Erwärmung besser anpassen. Wir mal limits of physiological capacity. müssen daher Mechanismen und Grenzen der phy- The temperature range in which an animal is able siologischen Leistungsfähigkeit kennen, um die Aus- to survive, to grow and to reproduce is mainly cha- wirkungen von Klimaänderungen auf polare Tiere racterized by optimized oxygen supply to the orga- und die Struktur polarer Nahrungsketten abschätzen nism. Beyond the optimal temperature range oxygen zu können. supply and metabolic performance decline until a Der Temperaturbereich, in dem ein Organismus temperature is reached where survival is no longer überleben, sich entwickeln und fortpflanzen kann, possible. This conceptional model is confirmed not wird maßgeblich durch die Sauerstoffversorgung im only by laboratory but also by field data obtained in Organismus bestimmt. Außerhalb des optimalen Be- eelpout (Zoarces viviparus) from the North Sea reichs gehen die Sauerstoffversorgung und damit (Figure 13). According to this model, even a small auch die Leistungsfähigkeit des Tieres bis zu dem increase in water temperature may be effective in Punkt zurück, wo ein Überleben nicht mehr möglich highly sensitive animals from the Antarctic shelf. ist. Labor- und Feldbeobachtungen an Aalmuttern Such species are prone to become extinct as there (Zoarces viviparus) aus der Nordsee bestätigen dieses may be no cold habitat left as a retreat. In contrast, konzeptionelle Modell (Abb. 13). sub-polar species and those inhabiting ”warmer“ Bei Erwärmung des Wassers um nur wenige Grad deep-sea layers can migrate to higher latitudes. There haben somit empfindliche Organismen im Bereich des Antarktischen Schelfs geringe Überlebenschancen Aufgrund fehlender Rückzugsgebiete werden solche

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs142Abs142 005.04.20065.04.2006 11:47:0511:47:05 UhrUhr 43

To Tp Tc 10 (A) 8 Abb.13: Im ostfriesischen Wattenmeer fällt der 6 Bestand der Aalmutter (Zoarces viviparus) auf- 4 temperature grund steigender Sterblichkeit bei hohen Sommer- 2 Relative abundance Relative versus max.summer versus 0 temperaturen (A). Mögliche Ursache dafür ist eine 0 6 12 18 24 verminderte Sauerstoffversorgung im Organismus, 0,6 (B)

die auch die Abnahme des Wachstums in der 0,4 Wärme erklärt (B). Höchstes Wachstum findet sich

( mm/day) 0,2 bei hohem arteriellem Blutfluss und Sauerstoff- Daily growth

transport (C) und definiert den optimalen Tempe- 0,0 0 6 12 18 24 30 raturbereich. Oberhalb der optimalen Temperatur (C) 25 (To) nimmt die Leistungsfähigkeit der Tiere auf- 20 grund abnehmender Sauerstoffversorgung des 15 (AU) Gewebes ab. Dies wird deutlich im grau hinterleg- 10 5

ten Pejusbereich (pejus = schlechter werdend), der Arterial blood flow (19h) 0 zwischen der Pejustemperatur (Tp) und der kriti- 0 6 12 18 24 (D) schen Temperatur (Tc) liegt. Mit Erreichen der kri- 0,1 (72h) 0,8 tischen Temperatur bei 24 °C bricht die Sauerstoff- 0,6 versorgung ein und anaerobe Endprodukte (z.B. 0,4 (24h) Succinat) werden gebildet (D).

Liver succinatie Liver 0,2 mol/g wet weight ) mol/g wet weight µ Fig. 13: Abundance of eelpout (Zoarces vivipa- ( 0,0 0 6 12 18 24 rus) in the East Frisian Wadden Sea declines due Temperature (°C ) to elevated mortality at high summer temperatures (A). Loss in abundance is associated with is preliminary evidence that large bottom-living cru- reduced oxygen supply to the organism, which staceans from the sub-Antarctic will soon be able to also explains reduced growth rates at high tem- colonize Antarctic ecosystems. peratures (B). Growth rate is highest at high arte- Whether and to what extent extinction of existing rial blood flow and thus oxygen transport to tis- or immigration of new species would affect the struc- sues (C). The growth optimum characterizes the ture of Antarctic ecosystems depends on feeding optimal temperature range. Beyond the optimal links. It was long believed that the structure of the temperature (To) oxygen supply to tissues decli- Antarctic food web is simple. At present we know, nes resulting in decreased growth performance. however, that the food web of the Weddell Sea is This becomes apparent in the pejus range (pejus highly complex and different from other marine sys- = getting worse, marked grey) between pejus tems. More species and feeding links than elsewhere (Tp) and critical temperature (Tc). Beyond the have been detected and the value of mean linkage critical temperature at 24 °C oxygen supply density is higher than usually reported. Many spe- drops more strongly and anaerobic end products cies are so called generalists, i.e. they can exploit (e.g. succinate) accumulate. many different food sources, and the dietary overlap

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs143Abs143 005.04.20065.04.2006 11:47:0511:47:05 UhrUhr 44 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

between different species is high. In such networks the extinction of one species can often be compensated by another species. Hence, small changes in the environment might have little impact on marine Arten vermutlich aussterben. Hingegen können sub- Antarctic foodwebs. However, events that affect ma- polare Arten und solche aus der „wärmeren“ Tiefsee ny species simultaneously and seriously, such as the ihre Verbreitungsgebiete in höhere Breiten ausdeh- loss of shelf ice sheets, extinction of key organisms nen. Es gibt erste Anzeichen, dass große bodenle- like krill (Figure 14), or invasion by competitive pre- bende Krebse (Seespinnen) der Sub-Antarktis gerade dators with new ecological needs will have profound damit beginnen, die antarktischen Gewässer neu zu consequences for structure and functioning of the besiedeln. Antarctic ecosystem. Ob und wie der Wegfall oder Neuzugang der einen oder anderen Art auch Auswirkungen auf das Gesamt- system hat, hängt von den Nahrungsbeziehungen ab. Lange galten Nahrungsnetze der Antarktis als einfach strukturiert. Heute wissen wir aus dem Weddellmeer, dass das dortige Nahrungsnetz hochkomplex ist und sich von denen anderer Meere deutlich unterscheidet. Es gibt hier mehr Arten und Nahrungsbeziehun- gen als anderswo und die mittlere Anzahl von Bezie- hungen zwischen Arten ist sehr hoch. Viele Arten können bei Bedarf verschiedene Nahrungsquellen nutzen, sie sind Generalisten und die Überlappung der Nahrungsspektren verschiedener Arten ist hoch. In diesem Netzwerk kann der Ausfall einer Art oft durch eine andere kompensiert werden. Antarktische marine Systeme werden daher auf eine graduelle Ver- Abb. 14: Vereinfachtes marines Nahrungsnetz änderung der Umwelt vergleichsweise elastisch rea- der sub-antarktischen Insel Bouvetoya. Die zen- gieren. Ereignisse, die viele Arten simultan und stark trale Nahrungsquelle des Systems ist Phytoplank- beeinträchtigen, wie zum Beispiel ein schneller Ver- ton und Krill, die sowohl vom pelagischen als auch lust der Schelfeisflächen, das Verschwinden von dem benthischen Teil des Nahrungsnetzes genutzt Schlüsselorganismen in der Nahrungskette wie dem werden. Innerhalb beider Teilsysteme sind die Krill (Abb. 14) oder eine Einwanderung überlegener Arten vielfach miteinander vernetzt. Räuberarten mit neuen ökologischen Ansprüchen, Fig. 14: Simplified coastal food web at the sub- werden jedoch Struktur und Funktion des antarkti- Antarctic Bouvet Island. Phytoplankton and krill schen Ökosystems drastisch verändern. are the central food resources of the system and are used by the pelagic as well as the benthic part of the food web. Species are highly intercon- nected within both sub-systems.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs144Abs144 005.04.20065.04.2006 11:47:0611:47:06 UhrUhr 45 Marine Genomics – through genomes to evolution and ecology of marine organisms Marine Genomik – Von den Genen Klaus Valentin zur Evolution und Ökologie mariner Genomics, aiming at the determination of the DNA Organismen sequence of all genes of an organism, has gained Klaus Valentin public interest through the human genome project. It allows reconstruction of metabolic pathways of an Genomik, die Ermittlung der DNA-Sequenz sämtli- organism but also can be used to draw conclusions cher Gene eines Organismus, ist in der Öffentlich- on genome evolution. Now genomics have entered keit vor allem durch das „Human Genome Project“ the field of marine biology. bekannt geworden. Mit Hilfe der Genomik kann der The Alfred Wegener Institute was involved in se- Stoffwechsel eines Organismus rekonstruiert werden quencing of the first genome from a marine alga, und es sind Rückschlüsse über die Genomevolution Thalassiosira pseudonana (Figure 15, Armbrust et al. möglich. Nun hält die Genomik auch Einzug in die (2004) Science 306: 79-86). This species, a di-atom, Marine Biologie. was chosen because the taxon plays a pivotal role in Mit Beteiligung des Alfred-Wegener-Instituts wurde the marine phytoplankton, diatoms contribute an

erstmals das Genom einer marinen Alge, das der Dia- estimated 20 % to global CO2 fixation. Diatoms pos- tomee Thalassiosira pseudonana, vollständig sequen- sess complex and beautifully ornamented silica ziert (Abb. 15, Armbrust et al. (2004) Science 306: shells and they are also interesting from an evolutio- 79-86). Die Wahl war auf eine Diatomee gefallen, nary point of view. Their photosynthetic entities, the weil diese Algengruppe eine besonders wichtige plastids, once were free-living red algae which were Rolle im marinen Phytoplankton spielt und mit transformed into organelles through a process called geschätzten 20 % zur globalen Photosynthese bei- “secondary endosymbiosis” – two eukaryotic cells, trägt. Diatomeen besitzen filigran ornamentierte Sili- together possessing 5 genomes (2 nuclei, 2 types of katschalen und sind auch aus evolutionärer Sicht von mitochondria and one plastid) formed a novel, very besonderem Interesse. Ihre photosynthetischen Ein- successful symbiosis. From the 2 nuclei only one heiten, die Plastiden, waren einmal frei lebende Rot- survived as did only one of the two mitochondrial algen, die erst durch die so genannte „sekundäre En- types. As a consequence diatoms offer the possibility dosymbiose“ zu Plastiden wurden – zwei eukary- to unravel traces of the ancestral 5 genomes in the otische Zellen mit zusammen 5 Genomen (2 Zell- extant three ones (nucleus, mitochondrion, plastid). kerne, 2 Typen Mitochondrien und eine Plastide) Perhaps the biggest challenge in genomics is the haben sich so in einer neuen, besonders erfolgrei- determination of the functions of thousands of puta- chen Symbiose zusammengefunden. Von den einmal vorhandenen 2 Kernen blieb nur einer übrig, ebenso nur einer von den beiden Mitochondrientypen. Dia- tomeen bieten also die Möglichkeit, Spuren von

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs145Abs145 005.04.20065.04.2006 11:47:0711:47:07 UhrUhr 46 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

tive genes identified through the sequencing. In T. pseudonana the task was to identify up to 11,400 genes with the aim to further the understanding of diatom biology. The analysis unravelled significant parts of the T. pseudonana metabolism and identified a number of gene transfer events, e.g. the photosynthesis gene psbW was present in the nucleus and in the plastid, demonstrating a recent gene transfer. A gene was found encoding for phytochrome, a signal pigment yet only known from green land plants and cyanobacteria. This pigment is stimulated by red light which is almost absent in the marine environment, its function in diatoms thus remains enigmatic. Different from plants or animals diatoms possess all genes necessary for two pathways of fatty acid degradation. This may explain their huge success in Abb. 15: Erstmals vollständig sequenziert, die the polar environment through a fast and effective Diatomee Thalassiosira pseudonana use of storage lipids. Most spectacular was the detec- Fig. 15: The first marine alga to be completely tion of all genes from the urea cycle, a pathway yet sequenced, the diatom Thalassiosira pseudonana only known from animals. This pathway potentially (Photo courtesy of Grete Hasle, University Oslo, has many functions in diatoms, e.g. for the synthesis Norway) of signal compounds or the generation of the silica shell. Recent results indicate that they also may be ursprünglich einmal 5 Genomen der beteiligten Zel- able to produce proline via the urea cycle. Proline is len in den heute noch vorhandenen drei Genomen an important osmolyte which can bind water, thus (Kern, Plastid, Mito-chondrion) zu finden. preventing water loss through the saline conditions Die größte Herausforderung der Genomik ist die in sea water. Bestimmung der Funktion tausender von Genen, die The T. pseudonana geome project was just the durch die Sequenzierung identifiziert wurden. Bei beginning. Late in 2005 a second diatom genome T. pseudonana galt es die Funktionen und die evolu- project was finished and again the AWI will help tionären Ursprünge von bis zu 11 400 Genen zu with the analysis. The species, Phaeodactylum tri- identifizieren um so die Biologie dieser Algengruppe cornutum (Figure 16), is a cosmopolite which plays besser verstehen zu können. Die Analyse konnte an important role in the commercial use of diatoms, große Teile des Stoffwechsels aufklären und einige e.g. for fatty acid production. The AWI is one of 9 Gentransferereignisse nachweisen. So wurden Kopien European partners of the Ectocarpus siliculosus ge- des Photosynthese-Gens psbW sowohl im Plastiden nome project. E. siliculosus (Figure 16) belongs to als auch im Kern gefunden, ein Hinweis für einen aktuellen Gentransfer. Weiterhin fanden sich Gene für Phytochrom, ein Signalpigment, dass bisher nur

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs146Abs146 005.04.20065.04.2006 11:47:0811:47:08 UhrUhr 47

the brown algae which play an important global role in structuring ecosystems on rocky shores or the intertidal. Future genome projects the AWI is invol- aus grünen Landpflanzen und Cyanobakterien be- ved in concern a sea ice bacterium and a red ma- kannt war. Es bleibt zu klären, welche Funktion die- croalgae. ses, auf rotes Licht reagierende Pigment hat, da im marinen Milieu kaum Rotlicht vorkommt. links) ist weltweit verbreitet und spielt auch eine bei Abgeleitet von ihrer Genausstattung könnten Dia- der kommerziellen Nutzung von Diatomeen wichtige tomeen, anders als Tiere oder Landpflanzen, Fettsäu- Rolle, zum Beispiel bei der Herstellung von Fettsäu- ren auf zwei Wegen abbauen. Möglicherweise sind ren. Das Alfred-Wegener-Institut ist einer von neun sie in Polargebieten deshalb so erfolgreich, weil sie europäischen Partnern eines Genomprojektes für die Reserve-Lipide besonders schnell und effektiv nutzen Braunalge Ectocarpus siliculosus (Abb. 16, rechts), können. Spektakulär war die Entdeckung sämtlicher das derzeit in Frankreich durchgeführt wird. Braunal- Gene des Harnstoffzyklus, der bisher nur aus Tieren gen haben bei der Strukturierung von Ökosystemen bekannt war. Dieser könnte in Diatomeen vielfältige an Küsten eine wichtige Funktion, speziell an Felskü- Funktionen haben, zum Beispiel die Synthese von sten oder Küsten mit ausgeprägten Gezeiten von den Signalstoffen oder die der Herstellung der Silikat- tropischen bis zu den polaren Gebieten. Weitere Zellwand. Jüngste Ergebnisse zeigen, dass Diatomeen Genomprojekte mit Beteiligung des Alfred-Wegener- den wichtigen Osmolyten Prolin über den Harnstoff- Instituts sehen die Sequenzierung eines Meereisbak- zyklus synthetisieren könnten. Osmolyte wie Prolin teriums und einer roten Makroalge vor. können Wasser binden und so verhindern, dass der Zelle im salzigen Milieu über Osmose Wasser entzogen wird. Das Genomprojekt um T. pseudonana ist erst der Anfang. Ende 2005 wurde die Sequenzierung einer weiteren Diatomee, Phaeodactylum tricornutum, mit Beteiligung von Wissenschaftlern des Alfred-Wege- Abb. 16: Im Blickpunkt der Genomforscher – ner-Instituts abgeschlossen. P. tricornutum (Abb. 16, Die Diatomee Phaeodactylum tricornutum (links) und die Braunalge Ectocarpus siliculosus (rechts). Fig. 16: Current focus of marine genomics – the diatom Phaeodactylum tricornutum and the brown macroalgae Ectocarpus siliculosus. (Photos: left, A. de Martino and Ch. Bowler, Sta- zione Zoologica and Ecole Normale Supérieure, France)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs147Abs147 005.04.20065.04.2006 11:47:0911:47:09 UhrUhr 48 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

Frost flowers: salty crystals on thin ice

Hans-Werner Jacobi, Sandra Lehmann

Frost flowers grow on new sea ice. They stretch their Frostblumen: Salzige Kristalle auf salty leaves and blades glittering and glistening into dünnem Eis the air. What makes them so interesting for scientists is their salt content: frost flowers can contain three Hans-Werner Jacobi, Sandra Lehmann times as much salt as standard seawater. From the salt reactive halogen compounds can be produced, Frostblumen entstehen auf neuem Meereis. Glitzernd which let the atmospheric ozone concentration at strecken sie ihre salzigen Blätter und Halme in die the Earth’s surface drop to zero in large parts of both Luft. Für die Wissenschaft ist das Interessante an den polar regions. Remote sensing data indicate a strong Frostblumen allerdings ihr hoher Salzgehalt: Frost- spatial correlation between the occurrence of frost blumen können dreimal so viel Meersalz wie das flowers and elevated halogen concentrations. The Meerwasser enthalten. Aus dem Meersalz können specific process of the halogen activation, however, reaktive Halogenverbindungen entstehen, die in je- cannot be observed from satellites. dem Frühjahr die bodennahen Ozonkonzentrationen We succeeded in generating the ambient conditi- in weiten Polarregionen auf Null fallen lassen. Satel- ons necessary for the growth of frost flowers in the litenmessungen weisen einen engen räumlichen Zu- laboratory: high relative humidity and extremely low sammenhang zwischen dem Auftauchen der Frost- air temperatures. Optimized conditions let the frost blumen und dem Auftreten erhöhter Halogenkon- flowers form over night generating extraordinary cry- zentrationen nach. Der eigentliche Prozess der Ha- stals, which we observe at close range using an inf- logenaktivierung kann von den Satelliten aus jedoch rared (IR) camera (Figure 17). Due to their small mass nicht beobachtet werden. frost flowers assume the low ambient temperatures Uns ist es gelungen, die Bedingungen, die zur Ent- of the surrounding air. In contrast, the underlying stehung von Frostblumen nötig sind, im Labor zu er- liquid seawater keeps the sea ice warm. In the pic- zeugen: hohe relative Luftfeuchtigkeit und extrem tures of the IR camera the cold frost flowers can be niedrige Lufttemperaturen. Unter optimalen Bedin- identified in a stark contrast against the warm sea gungen wachsen die Frostblumen im Kühlraum über ice. In a sequence of IR pictures the growth of the Nacht und formen wunderbare Kristalle, die wir mit frost flowers can easily be observed in detail. Hilfe einer Infrarot-(IR)-Kamera auch aus der Nähe Frost flowers rise due to the condensation of water betrachten können (Abb. 17). Frostblumen werden molecules from the atmosphere onto the sea ice. aufgrund ihrer geringen Masse durch die kalte Umge- Even at temperatures well below the freezing point a bungsluft sehr stark abgekühlt. Das Meereis wird hin- quasi-liquid surface layer covers the ice, which forms gegen von dem darunter liegenden, flüssigen Wasser the frost flowers. Since the sea ice is also covered gewärmt. In den Bildern der IR-Kamera heben sich die kalten Frostblumen daher kontrastreich vom warmen Meereis ab. Aneinandergereiht ergeben die IR-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs148Abs148 005.04.20065.04.2006 11:47:1011:47:10 UhrUhr 49

-7,2 °C -8

-10

-12

-14

-16

-18

-20

-21,2 °C

Abb. 17: Aufnahmen einer künstlichen Frost- blume (links mit einer Digitalkamera, rechts mit einer IR-Kamera). In der IR-Aufnahme lassen sich die einzelnen Strukturen gut wiedererkennen. Die horizontale Ausdehnung der Frostblume beträgt ca. 10 cm. Die IR-Aufnahme demonstriert die starken Temperaturunterschiede zwischen der Frost- with a thin film of salty, but liquid brine, the sea salt blume (Temperaturen an den Spitzen zwischen – ions can migrate from the brine into the frost flo- 14 und –20 °C) und der relativ warmen wers. Our first laboratory experiments indicate that Eisoberfläche (-9 °C). Die Daten können zur the salt content of the frost flowers increases with the Berechnung von Temperaturunterschieden oder age of the frost flowers, which is in good agreement des Bedeckungsgrads verwendet werden. with the described mechanism. Fig. 17: Pictures of an artificial frost flower (left This young research topic concerning frost flowers with a digital, right with an IR camera). Separate will be continued from August until October 2006 structures in the visible picture can easily be reco- during the Polarstern cruise ANT XXIII/7, which will gnized in the IR picture. The horizontal dimension bring us into the ice-covered Weddell Sea. At that of the frost flower was around 10 cm. The IR pic- time of the year the Weddell Sea offers ideal conditi- ture demonstrates the stark temperature diffe- ons for the observation of frost flowers. We expect rences between the frost flower (temperatures that the then available data will help to resolve the around –14 and –20 °C at the tips of the branches) relationship between the occurrence of frost flowers and the relatively warm sea ice surface (-9 °C). The and the depletion of ozone at the earth’s surface. data can be analyzed regarding the temperature gradients and degrees of surface coverage.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs149Abs149 005.04.20065.04.2006 11:47:1111:47:11 UhrUhr 50 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

Aufnahmen ganze Filme, die das Wachstum der Frost- blumen im Detail wiedergeben können. Die Frostblumen wachsen durch die Kondensation von Wassermolekülen aus der Atmosphäre auf dem Meereis. Das Eis, aus dem die Frostblumen bestehen, ist auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt von einer quasi-flüssigen Oberflächenschicht über- zogen. Da das Meereis ebenfalls mit einem dünnen Film einer hochkonzentrierten Salzlösung bedeckt ist, können die Ionen aus dieser Meersalzlösung in die Frostblumen hineinwandern. Unsere ersten La- boruntersuchungen deuten darauf hin, dass der Salz- gehalt der Frostblumen mit dem Alter zunimmt. Die- ser Befund steht im Einklang mit dem oben beschriebenen Mechanismus. Die noch junge Forschung an Frostblumen soll von August bis Oktober 2006 während der Polarstern- Fahrt ANT XXIII/7 im eisbedeckten Weddellmeer fortgesetzt werden. Zu dieser Jahreszeit erwarten wir dort ideale Bedingungen, um die Entstehung der Frostblu- men zu beobachten. Wir erwarten mit Hilfe der dann zur Verfügung stehenden Daten, die Beziehung zwischen dem Auftreten von Frostblumen und dem Auf- treten des Ozonabbaus am Boden präziser beschreiben zu können.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs150Abs150 005.04.20065.04.2006 11:47:1411:47:14 UhrUhr 51 Together ‘en route‘ for HAUSGARTEN: Franco-German co-operation in deep- sea research Gemeinsam in den Hausgarten: Thomas Soltwedel, Michael Klages Deutsch-französische Kooperation in In late summer 2005, scientists, engineers and tech- der Tiefseeforschung nicians of the AWI and the French marine institute Thomas Soltwedel, Michael Klages IFREMER (Institut Français de Recherche pour l‘Exploitation de la Mer) embarked the French re- Im Spätsommer 2005 startete das französische For- search vessel ‘L‘ATALANTE‘ in Tromsø (Norway) for schungsschiff ‚L‘ATALANTE‘ mit Wissenschaftlern, a joint expedition to the Arctic Ocean. National and Ingenieuren und Technikern des AWI und des franzö- international guest scientists were involved in the sischen Meeresforschungsinstituts IFREMER (Institut recent expedition representing a further step in the Français de Recherche pour l‘Exploration de la Mer) successful French-German co-operation between the im norwegischen Tromsø zu einer gemeinsamen Ark- two institutes. For the forth time, this collaboration tis-Expedition. Unter Teilnahme nationaler und inter- between IFREMER and AWI allowed scientists of the nationaler Gastwissenschaftler setzte die Expedition German partner to work with the French remotely damit die erfolgreiche deutsch-französische Zusam- controlled deep-sea submersible (Remotely Opera- menarbeit zwischen den beiden Instituten fort. Bereits ted Vehicle, ROV) VICTOR 6000 and to accomplish zum vierten Mal ermöglichte diese Kooperation den worldwide unique experiments at the deep seafloor. Wissenschaftlern des AWI mit dem tieftauchenden, The close co-operation with IFREMER permitted the ferngesteuerten Tauchfahrzeug (Remotely Operated AWI Deep-Sea Research Group to be one of the few Vehicle, ROV) VICTOR 6000 zu arbeiten und welt- scientific groups in Germany working extensively weit einmalige Experimente am Boden der Tiefsee with deep-water ROVs. The cruise was also used to durchzuführen. Die enge Kooperation mit dem IFRE- test AWI‘s new Autonomous Underwater Vehicle MER hat der Tiefseeforschungsgruppe des AWI dazu (AUV) for the first time in a polar region. In contrast verholfen, eine der Arbeitsgruppen in Deutschland to the ROV, the non-cabled AUV is capable to fol- zu sein, die auf die meisten Tauch-Einsätze mit einem low, independently, pre-programmed courses at Tiefsee-ROV zurückblicken kann. Erstmalig wurde water depths down to 3000 meters. außerdem ein autonomes Tiefseefahrzeug des AWI Destinations of the expedition were the Hakon eingesetzt. Das AUV (Autonomous Underwater Ve- Mosby Mud Volcano (HMMV), an almost circular hicle) hängt im Gegensatz zum ROV nicht an einem structure of 1.5 kilometres in diameter at 1280 me- Kabel, sondern fährt vorprogrammierte Kurse in Tie- ters water depth north of Norway as well as the so- fen bis zu 3000 Metern selbstständig ab. called “Hausgarten“ west of Spitsbergen, the first, Ziele der Expedition waren der 1,5 Kilometer große, fast kreisrunde Hakon Mosby Schlammvulkan (HMSV) in 1280 Metern Wassertiefe nördlich von Norwegen sowie der „Hausgarten“ westlich von Spitzbergen,

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs151Abs151 005.04.20065.04.2006 11:47:1411:47:14 UhrUhr 52 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

and by now only deep-sea long-term station in Polar Regions. HMMV releases the greenhouse gas methane in large quantities. Major questions of scientists working at the HMMV are: To what extent does die erste und bislang einzige Tiefsee-Langzeitstation methane from HMMV sediments contribute to the in polaren Regionen. Aus dem Schlammvulkan ent- world‘s climatic system? Do gas hydrates play a role weicht das klimawirksame Treibhausgas Methan in as a potential energy reservoir for mankind? What großen Mengen. Welchen Beitrag die methanhaltigen mechanisms of adaptation are required from deep- Sedimente im weltweiten Klimasystem darstellen, sea organisms associated to methane containing se- welche Bedeutung sie als Energiereservoir für die diments? Menschheit haben und welche Anpassungsmechanis- men dieser Lebensraum den assoziierten Tiefsee- Organismen abfordert, sind nur einige der Fragen, an denen die Wissenschaftler arbeiten. Der Hausgarten wird seit 1999 regelmäßig aufgesucht, um in einem multidisziplinären Ansatz Reak- tionen eines Tiefsee-Ökosystems auf einen globalen Klimawechsel zu identifizieren. Die derzeitigen dra- matischen Veränderungen in der Eisbedeckung und im ozeanischen Wärmetransport in die Arktis werden sich auf die belebte Umwelt im offenen Ozean und am Meeresboden auswirken – erste Tendenzen einer kontinuierlichen Erwärmung des Wassers konnten dort noch in 2500 Metern Tiefe nachgewiesen werden. Wie das Ökosystem darauf reagieren wird, welche Veränderungen stattfinden und wo die Belas- tungsgrenzen der empfindlichen polaren Tiefsee- Abb. 18: Expeditionsaufkleber der deutsch-fran- Ökosysteme liegen, diese und andere offene Fragen zösischen Expedition „Arctic Ocean 2005“. sollen durch dauerhaftes Engagement an der Tiefsee- Fig. 18: Expedition sticker of the Franco- Station beantwortet werden. Der Hausgarten ist mitt- German expedition “Arctic Ocean 2005“. lerweile weit über die Grenzen Deutschlands hinaus bekannt. Im geplanten Projekt ESONET (European Seas Observatory Network) der Europäischen Union stellt er das nördlichste Tiefsee-Observatorium in einem Netzwerk aus zehn derartigen Observatorien entlang des europäischen Kontinentalrandes dar.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs152Abs152 005.04.20065.04.2006 11:47:1511:47:15 UhrUhr 53

The deep-sea long-term station Hausgarten has been regularly visited since 1999 in order to identify reactions of a deep-sea system to global climate change in a multidisciplinary approach. The recent dramatic changes in sea-ice cover and in the oceanic heat transport into the Arctic Ocean will affect ecosystems in the open ocean and at the deep seafloor – first tendencies of continuously increasing temperatures could be traced even in 2500 meters water depth. How will the ecosystem react? To what extent will the ecosystem change? What will be the maximum load the sensitive arctic ecosystem could tolerate? These and other open questions will be followed in a long-lasting commitment at this deep-sea long-term station. Meanwhile, Hausgarten is well- known far beyond the borders of Germany. In the planned large project ESONET (European Seas Ob- servatory Network) of the European Union, Hausgar- ten represents the northernmost deep-sea observatory in a network of ten similar observatories along the European continental margin.

Abb. 19: Oben: Das französische Forschungs- schiff L‘ATALANTE im Hafen von Tromsø; Links: Einsatz des ferngesteuerten Tiefseefahrzeugs „Vic- tor 6000“; Unten: Beprobung eines „large food- falls“ (Schweinswal-Kadaver) in 5500 m Wasser- tiefe; Mitte: Bergung des 4 m langen autonomen Unterwasserfahrzeugs; Rechts: Blick in den Nutz- lastraum des autonomen Unterwasserfahrzeugs. Fig. 19: Top: The French research vessel L‘ATALANTE in the port of Tromsø; Left: Deploy- ment of the remote operated vehicle “Victor 6000“; Bottom: Sampling of a “large food-fall“ (porpoise carcass) at 5500 m water depth; Cen- tre: Recovery of the 4 m Autonomous Underwa- ter Vehicle (AUV); Right: View into the payload section of the AUV.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs153Abs153 005.04.20065.04.2006 11:47:1711:47:17 UhrUhr 54 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics Remote sensing in Arctic periglacial landscapes – The tracing of permafrost dynamics Fernerkundung in arktischen Perigla- Guido Große, Dirk Wagner, Lutz Schirrmeister ziallandschaften – Auf den Spuren der Current climate change is impacting perennial fro- Permafrostdynamik zen ground in the Arctic, so-called permafrost. The Guido Große, Dirk Wagner, Lutz Schirrmeister permafrost-dominated periglacial landscapes were influenced by recurring relief changes during the Der gegenwärtige Klimawandel verändert Gebiete climate fluctuations in the younger, quaternary, his- mit dauerhaft gefrorenen Böden, den so genannten tory of Earth. Therefore, the existing different surface Permafrost in der Arktis. Im Zuge der Klimaschwan- structures and surface properties of these landcsapes kungen der jüngsten Erdgeschichte im Quartär er- are witnesses of permafrost dynamics and quatern- fuhren diese von Dauerfrost geprägten Landschaften ary climate events. Their qualitative and quantitative immer wieder Umformungen des Reliefs. Die ver- properties can be recorded by applying remote sen- schiedenen Oberflächenformen und -eigenschaften sing techniques and geographical information sys- dieser Periglaziallandschaften sind somit Zeugen der tems (GIS) and thus provide an important archive for Permafrostdynamik und des quartären Klimagesche- climate history. hens. Sie lassen sich mit Hilfe von Fernerkundungs- The extent and up to 1.5 kilometre deep permafrost techniken und geographischen Informationssystemen in Siberia is a result of long-term stable and cold-cli- (GIS) qualitativ und quantitativ erfassen und stellen matic conditions during the Pleistocene (from 1.8 damit ein wichtiges Archiv der Klimageschichte dar. million years – 10,000 years). A 20-60 meter thick Der ausgedehnte und bis 1,5 Kilometer tief rei- deposit of ice-rich permafrost, the so-called ice com- chende Permafrost in Sibirien ist das Ergebnis lang- plex, was formed in the wide lowland regions of the fristig stabiler, kaltklimatischer Bedingungen im Pleis- North and Central Siberian Arctic during the last tozän (vor 1,8 Mio Jahre – 10 000 Jahren). Während cold stage. These highly sensitive deposits reacted der letzten Kaltzeit entstand in weiten Tieflandsgebie- rapidly on the fast climate warming approximately ten der nord- und zentralsibirischen Arktis eine 20-60 12-10,000 years ago, resulting in the destruction of Meter mächtige, eisreiche Permafrostzone, der so ge- permafrost close to the surface within a few hund- nannte Eiskomplex. Dieser reagierte sehr sensibel auf red years. Massive changes in landscape morphology die schnelle Klimaerwärmung vor ca. 12-10 000 Jah- were the result (Figure 20). Hence, permafrost for- ren, was zu einer oberflächennahen Zerstörung des mation, distribution, and degradation can be consi- Permafrostes innerhalb von wenigen hundert Jahren dered as climate indicators. führte. Eine massive Landschaftsveränderung war die Due to the thawing of ground ice the landscape Folge (Abb. 20). Daher können Permafrostentstehung, surface is settling, and depressions, lake basins, and -verbreitung und -degradation als Klimaindikatoren betrachtet werden.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs154Abs154 005.04.20065.04.2006 11:47:3411:47:34 UhrUhr 55

valley systems are formed. This process and its forms is the so-called thermokarst. The structures can be easily observed in tundra regions sparsely covered with vegetation by applying remote sensing methods. High-resolution satellite images (Landsat-7, Corona) were used for the characterization and classification of periglacial, permafrost-dominated landscapes in the coastal lowlands of the Laptev Sea (investigation areas in Figure 21). The focus of the study was the investigation of the spatial distribution of thermokarst. These data allow the transfer of palaeoenvironmental information from distinct localities to Abb. 20: Typische Periglaziallandschaft Nord- a larger region. Furthermore, the depositional envi- ostsibiriens mit Thermokarstsenken und Talsyste- ronment in Late Quaternary periglacial landscapes men (Bykovsky Halbinsel, östliche Laptewsee). (e.g. an accumulation plane, or thermokarst) can be Fig. 20: Typical periglacial landcsape in North- reconstructed. The investigation areas in the North east Siberia, showing thermokarst depressions Siberian coastal lowland are influenced by ther- and valley systems (Bykovsky Peninsula, Eastern mokarst up to 78 % of the total area (Figure 22). Laptev Sea) (Photo: M. Krbetschek, 1998, Saxon The thermal and simultaneous mechanical destruc- Academy of Sciences). tion of permafrost, called thermo-erosion, results in a massive coastal retreat of several meters per year at Arctic ice-rich permafrost coasts. High-resolution aerial and satellite imagery from 1950-2005 were Durch das Tauen von Grundeis senkt sich die Gelän- used for the assessment of coastal retreat rates and deoberfläche ab und es bilden sich nachfolgend Sen- coastal dynamics. Based on GIS analyses, the future ken, Seebecken und Talsysteme, der so genannte Ther- evolution of such coasts and resulting ecological mokarst. Diese Landschaftsformen lassen sich in den and economical challenges can be forecasted. vegetationsarmen Tundrengebieten mit Hilfe von Beyond the balancing of sediment, freshwater, and Fernerkundung gut untersuchen. Periglaziale Land- organic carbon released and relocated during per- schaften wurden anhand von hoch auflösenden Satel- mafrost destruction, another focus was the indirect litenbildern (Landsat-7, Corona), digitalen Gelände- quantification of trace gases fluxes from permafrost modellen und Felddaten aus den Küstengebieten der landscapes. The greenhouse gas methane is produ- Laptewsee charakterisiert und klassifiziert (Abb. 21). ced by microbial activity also during permafrost de- Hauptaugenmerk lag dabei auf der räumlichen Ver- gradation. The systematic classification of permafrost breitung von Thermokarst. Anhand dieser Daten las- surfaces using remote sensing data was applied sen sich Umweltinformationen vergangener Zeiten to the Siberian Lena Delta region. As a result, local von ausgewählten Orten auf größere Räume übertra- gen und die Ablagerungsbedingungen spätquartärer Periglaziallandschaften (z.B. Aufschüttungsebene oder

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs155Abs155 005.04.20065.04.2006 11:47:3411:47:34 UhrUhr 56 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

measurements of methane emissions carried out by AWI Potsdam staff in the delta on different tundra surface types, were transferred to a regional scale. Dry to wet dwarf-shrub dominated tundra has a small Thermokarst) rekonstruieren. Die Untersuchungsge- total area (6.3 %) in the Lena Delta but contributes biete im nordsibirischen Küstentiefland sind bis zu to about 50 % of the total emission. In contrary, soils 78 % der Gesamtfläche von Thermokarst beeinflusst with low water saturation have a high total area (30 (Abb. 22). %), but contribute to only 0.4 % of the total methane Die als Thermoerosion bezeichnete, thermische emission. Weighted by the total area of individual und gleichzeitige mechanische Zerstörung von Per- classes, the methane emission in the Lena Delta is mafrost führt an eisreichen arktischen Küsten zu ei- about 23.7 milligramme CH4 per squaremetre and nem massiven Küstenrückgang mit Raten von bis zu day. This results in a daily emission of about 690 tons mehreren Metern pro Jahr. Hochauflösende Luft- und of methane for the entire Lena Delta. Considering the Satellitenbilder von 1950-2005 wurden erfolgreich seasonal characteristics of methane emission, an annu- für die Bewertung der Rückgangsraten und der Dyna- al methane emission of 78,600 tons was calculated. mik der Küsten eingesetzt. GIS-Analysen helfen dabei, Prognosen für den zukünftigen Küstenverlauf und daraus resultierender ökologischer und ökono- mischer Herausforderungen zu erstellen. Neben der Bilanzierung von Sediment, Süßwasser und Kohlenstoff, die im Zuge von Permafrostdegrada- tion freigesetzt und umgelagert werden, stehen auch indirekte Bestimmungen von Spurengasflüssen im Blickpunkt. Das Treibhausgas Methan wird als mikrobielles Umsatzprodukt unter anderem bei der Perma- frostdegradation freigesetzt. Die gezielte Klassifi- zierung von Permafrostoberflächen mit Fernerkun- dungsdaten wurde beispielhaft am sibirischen Le- na-Delta eingesetzt. Damit konnten lokale Emissi- onsmessungen von Methan, wie sie von der For- schungsstelle Potsdam im Lena-Delta durchgeführt werden, aus den verschiedenen Tundrenoberflächen auf regionale Skalen übertragen werden. So haben Abb. 21: Übersichtskarte mit den Untersu- z.B. trockene bis feuchte, von Zwergsträuchern domi- chungsgebieten A) Kap Mamonotov Klyk und B) nierte Tundrenflächen mit 6,3 % zwar einen geringen Lena-Delta im Permafrost-dominierten Küsten- Anteil an der Gesamtfläche, tragen aber mit 50 % zur tiefland Nordostsibiriens. Gesamtemission bei. Dagegen haben Böden mit ge- Fig. 21: Location of the investigation areas in the ringer Wassersättigung zwar einen 30 %igen Flächen- permafrost-dominated coastal lowland of North anteil, sind aber nur mit 0,4 % an der Methanemis- Siberia A) Cape Mamontov Klyk and B) Lena Delta.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs156Abs156 005.04.20065.04.2006 11:47:3711:47:37 UhrUhr 57

Abb. 22: Die auf Landsat-7-Daten, Geländemo- dellen und Felddaten basierende Landschaftsklassi- sion beteiligt. Gewichtet nach den Flächenan- fikation des Untersuchungsgebietes zeigt Seen und teilen der einzelnen Klassen betragen die Methan- Täler, die durch Tauen des Permafrostes im Frühho- emissionen 23,7 Milligramm Methan pro Quadrat- lozän (10-8 000 Jahre v.H.) entstanden sind (Kap meter und Tag, was eine tägliche Emission von 690 Mamontov Klyk Region, westliche Laptewsee). Tonnen für das gesamte Lenadelta ergibt. Unter Ein- Fig. 22: The landscape surface classification beziehung des jahreszeitlichen Emissionsverlaufs based on Landsat-7 imagery, terrain models and wurde daraus ein jährlicher Methanausstoß von field data shows lakes and valleys formed by per- 78 600 Tonnen bilanziert. mafrost destruction during the Early Holocene (10,000-8,000 years ago) (Cape Mamontov Klyk region, western Laptev Sea).

116°0ıE 117°0ıE 118°0ıE 119°0ıE

0 5 10 20 km N ıııı N ıııı O ıı O ıı 36 ° 36 ° 73 73 N ıııı N ıııı O ıı O ıı 24 ° 24 ° 73 73

Wolken, maskiert Vegetationsfreie Flächen, Flußufer Feuchttundra auf Hochflächen Cloud mask Br (Barrens, riverine) Ted (Moist upland tundra on Yedoma) Weitere maskierte Regionen Vegetationsfreie Flächen, Seeufer Tundra an Hochflächenhängen Masked regions Bl (Barrens, lacustrine) Tsl (Tundra on Yedoma slopes) Wasser, tiefe Seen Vegetationsfreie Flächen, Küsten Feuchte Tieflandstundra in Thermoerosionstälern Wdl (Water, deep lakes) Bc (Barrens, coastal) Ttv (Wet lowland tundra in thermo-erosional valleys) Wasser, große flache Seen Andere vegetationsfreie Flächen Feuchttundra in Thermokarstsenken Wsl (Water, large shallow lakes) Bo (Barrens, other types) Ttk (Wet lowland tundra in thermokarst depressions) Wasser, kleine flache Seen, Flüsse, Wasser-Land Trockene spärliche Tundra auf gut Feuchttundra in Überflutungsbereichen und Flußauen Wss (Water, small shallow lakes, rivers & mixels) drainierten Sandablagerungen Grenzbereiche Tsd (Dry sparse tundra on sandy deposits) Tfl (Wet lowland tundra in floodplains)

116°0ıE 117°0ıE 118°0ıE

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs157Abs157 005.04.20065.04.2006 11:47:3811:47:38 UhrUhr 58 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics Go with the floe: biological-physical interactions between atmosphere, ice and ocean in the Weddell Sea Frühling im Weddellmeer: Biologisch- Christian Haas, Gerhard Dieckmann, Hartmut Hellmer, physikalische Wechselwirkungen Michael Schröder zwischen Atmosphäre, Eis und Ozean The western Weddell Sea is one of the few regions of Christian Haas, Gerhard Dieckmann, Hartmut Hellmer, the Southern Ocean covered by perennial sea ice. Michael Schröder Earlier Polarstern expeditions have shown a strong layering of the ice with high algal standing stocks, Das westliche Weddellmeer ist eines der wenigen suggesting that the ice plays an important role for pri- Gebiete im Südpolarmeer, das auch im antarktischen mary production and the Carbon Cycle (Figure 23). In Sommer weitgehend von Eis bedeckt bleibt. Von frü- November 2004, RV Polarstern headed towards the heren Polarstern-Expeditionen ist bekannt, dass das Weddell Sea to conduct the Ice Station POLarstern dortige Eis im Sommer ungewöhnlich geschichtet und (ISPOL) experiment. This multidisciplinary project in- stark von Algen besiedelt ist, wodurch es eine beson- volved leading scientists from eight countries to im- dere Rolle für die biologische Primärproduktion und prove our understanding of physical-biological pro- den Kohlenstoffkreislauf spielt (Abb. 23). Im Novem- cesses during the sea ice melting season. For five ber 2004 brach Polarstern zum Projekt ISPOL (Ice Sta- weeks the ship was anchored to an ice floe to con- tion POLarstern) in das Weddellmeer auf. Das mul- duct biological, chemical, glaciological, meteorolo- tidisziplinäre Vorhaben unter Beteiligung führender gical, and oceanographic measurements in the air, Wissenschaftler aus acht Ländern sollte zu einem ice and water. During the experiment, the floe drifted besseren Verständnis der physikalisch-biologischen 98 kilometres to the North (Figure 24). Ice thickness Prozesse im schmelzenden Meereis beitragen. Fünf measurements showed the presence of two major ice Wochen lang ankerte das Schiff an einer Eisscholle, regimes in the study region: two to four meter thick um biologische, chemische, glaziologische, meteoro- second-year ice to the West and East covered by up to logische und ozeanographische Messungen in Luft, one meter of snow and a south-north extending band Schnee, Eis und Wasser durchzuführen. Während of thinner first-year ice in-between. Satellite imagery dieser Zeit driftete die Scholle 98 Kilometer nach revealed that this ice originated from the Ronne poly- Norden (Abb. 2). Eisdickenmessungen ergaben, dass nya, and has drifted almost 1000 kilometres into the verschiedene Eistypen unterschiedlicher Herkunft im study region. ISPOL-Gebiet vorherrschten (Abb. 24). Das zweijäh- Despite spring/summer conditions and the low sou- rige Eis im Westen und Osten war zwei bis vier Meter thern latitude of 67°30’S, ice and snow thickness only dick und mit bis zu einem Meter Schnee bedeckt. decreased by 20 to 30 centimetres. Low atmospheric Dazwischen befand sich ein Band dünneren einjäh- rigen Eises, das vor dem Ronne-Schelfeis entstanden und seitdem fast 1000 Kilometer ins Untersuchungs- gebiet gedriftet war.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs158Abs158 005.04.20065.04.2006 11:47:4011:47:40 UhrUhr 59

and oceanic heat fluxes of a few Watts per square meter lead to warming of the ice to –2 to –1 °C, resulting in increases of ice porosity (Figure 23). Chemical measurements showed that this increased the ex- Trotz der Jahreszeit und der niedrigen südlichen change of climatically relevant gases like Carbon Di- Breite von 67°30’S nahmen Eis und Schnee während oxide (CO2) and Dimethyl-Sulfide (DMS) between ISPOL nur um 20 bis 30 Zentimeter in ihrer Dicke ab. ocean and atmosphere, even at low increases of algal Die geringen atmosphärischen und ozeanischen Wär- growth. However, increased algal growth did support meströme von wenigen Watt pro Quadratmeter reich- large swarms of krill feeding under the ice and resul- ten nur aus, um das Eis auf –2 bis –1 °C zu erwärmen, ted in a continuous flux of dissolved and particulate was zu einer starken Erhöhung der Porosität des Eises Carbon into the water. führte (Abb. 23). Chemische Untersuchungen konn- Observations of vertical temperature and salinity ten zeigen, dass das Eis dadurch im Sommer zum distributions in the water column were performed by Austausch wichtiger Klimagase wie Kohlendioxyd means of a new CTD probe deployable by helicopter.

(CO2) und Dimethyl-Sulfid (DMS) zwischen Ozean Within a region of 60 nautical miles around the Polar- und At-mosphäre beiträgt, obwohl nur stellenweise stern drift track, the bottom water was 0.5 °C colder eine Zunahme der Algenbesiedlung festgestellt wer- than observed during a similar Russian-American den konnte. Zunehmendes Algenwachstum führte drift experiment (ISW-1) in 1992. Tracer analysis sho- allerdings zu großen Krillschwärmen unter dem Eis wed for the first time that this water originated from und zu einem ständigen Fluss von gelöstem und par- the neighbouring Larsen-C Ice Shelf, and has flown tikulärem Kohlenstoff in das Wasser. down the continental slope in a sporadic event. Du- ring the drift period, surface water salinity decreased only slightly, mainly due to lateral melting of ice floes and brash ice in leads. The station floe fractured twice during the observation period, but with little consequences for the scientific program. Unfortunately, the long-term Polar- stern schedule required a completion of the study in early January 2005. Therefore, we plan to repeat the project to cover the complete summer melting between January and March as part of a future Polarstern drift experiment. Abb. 23: Die beim Eisbrechen gekippte Scholle ist stark von Algen besiedelt und zeigt die sommerliche Schichtung des porösen Meereises. Fig. 23: Small ice floe tilted during ice breaking. The ice is strongly inhabited by algae and shows the typical layering of porous summer sea ice. (Photo: C. Haas)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs159Abs159 005.04.20065.04.2006 11:47:4111:47:41 UhrUhr 60 2. Ausgewählte Forschungsthemen Selected research topics

Abb. 24: Envisat-Radar-Satellitenbild des westli- Zur Analyse der vertikalen Verteilung von Temperatur chen Weddellmeeres und des Larsen-C-Schelfeises und Salz in der Wassersäule wurde eine neuartige an der Antarktischen Halbinsel. Bei 56° W ist das Hubschraubersonde eingesetzt. Messungen in einem dunkle Band einjährigen Eises zu sehen. Darüber Umkreis von bis zu 60 Seemeilen um die Polarstern- sind die Tiefenlinien (schwarz), die ISPOL Drift- Driftspur ergaben, dass das Bodenwasser um 0,5 °C Spur (blau) sowie Anfang (großer gelber Stern) kälter war als bei dem russisch-amerikanischen Drift- und Ende der Drift (kleiner gelber Stern) gezeigt. experiment ISW-1 im Jahre 1992. Durch Tracer-Ana- Orange Rauten zeigen die Stellen, an denen Salz- lyse gelang erstmalig der Nachweis, dass das benach- gehalts- und Temperaturmessungen des Wassers barte Larsen-C-Schelfeis eine Quelle für Eisschelf- mit Hubschraubern durchgeführt wurden. wasser ist, das offenbar in einem einmaligen Ereignis Fig. 24: Envisat radar satellite image of the western den Kontinentalhang hinab geglitten war. An der Weddell Sea and Larsen-C Ice Shelf east of the Ant- Wasseroberfläche wurde nur eine geringe Salzge- arctic Peninsula. A dark band of first-year ice is haltsabnahme beobachtet, die durch seitliches Ab- visible at 56° W. Black lines show water depth con- schmelzen von Eis und Eisbruchstücken in Wasserrin- tours. The Polarstern drift track is shown by the blue nen erklärt werden kann. line, with begin and end of the drift indicated by the Während der Drift brach die Eisscholle zweimal large and small yellow stars, respectively. Positions of auseinander, was die wissenschaftlichen Arbeiten helicopter measurements of water temperature and jedoch nur kurzfristig unterbrach. Leider erforderte salinity are indicated by orange diamonds. der Polarstern-Zeitplan bereits Anfang Januar 2005 eine Beendigung der Untersuchungen. Um die Beob- achtungen der sommerlichen Schmelzperiode zu ver- vollständigen, ist eine Fortsetzung von ISPOL für die Zeit Januar bis Februar geplant.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs160Abs160 005.04.20065.04.2006 11:47:4211:47:42 UhrUhr 61

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs161Abs161 005.04.20065.04.2006 11:47:4311:47:43 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs162Abs162 005.04.20065.04.2006 11:47:4311:47:43 UhrUhr 63

3. Forschung Research

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs163Abs163 005.04.20065.04.2006 11:47:5311:47:53 UhrUhr 64 3. Forschung Research

MARCOPOLI Marine Coast Polar Infrastructure

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs164Abs164 005.04.20065.04.2006 11:48:0611:48:06 UhrUhr 65

The scientific goals of AWI have been achieved since the beginning of 2004 within a 5 year cycle of program oriented funding within the Helmholtz research Mit Beginn 2004 verfolgt das AWI seine wissenschaft- area “Earth and Environment“. This research program lichen Ziele im Rahmen der so genannten programm- with the acronym MARCOPOLI (Marine, Coastal orientierten Förderung innerhalb des Forschungs- and Polarsystems and Infrastructure) is designed to bereichs „Erde & Umwelt“ der Helmholtz-Gemein- address the urgent questions of the polar and coastal schaft. Hierfür wurde ein 5-Jahresprogramm ausgear- systems, which are interlinked by the oceans. The beitet, das in seinen Schwerpunkten die drängenden program topic I provides larges scale research infra- Fragen der Marinen-, Küsten- und Polarsysteme auf- structure for the wider scientific community. The greift. Hinter dem Akronym MARCOPOLI (Marine, program topic coast in particular is carried out Coastal and Polarsystems and Infrastructure) verbirgt jointly with the GKSS Research Centre Geesthacht sich auch die große Infrastruktur, die das AWI für die through a number of interlinked work packages. The Forschung insgesamt zur Nutzung vorhält. Der Pro- reports from the research departments and the short grammteil „Küste“ wird gemeinsam mit dem GKSS- research highlights should show the wide scope and Forschungszentrum Geesthacht in mehrfach vernetz- provide an impression of our research. ten Forschungsthemen bearbeitet. Die Berichte aus den Fachbereichen wie auch die kurzen Darstel- lungen einzelner Forschungsthemen zeigen deren weite Spannbreite und sollen einen Eindruck unserer Arbeit vermitteln.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs165Abs165 005.04.20065.04.2006 11:48:0611:48:06 UhrUhr 66 3. Forschung Research 3.1 MARINE

The global ocean plays an important role for urgent environmental problems. It provides a link between 3.1 MARINE polar and extra-polar parts of the climate system. On small time scales up to decades, ocean and atmos- Der globale Ozean spielt eine bedeutende Rolle in phere contribute to climate variability. For time sca- vielen Umweltprozessen und ist ein wichtiges Ver- les of tens to a few thousands of years, the ocean is bindungsglied zwischen polaren und extra-polaren considered the key component. On even the longer Regionen. Für kurze Zeitskalen – bis zu Dekaden – time scales polar ice sheets come into play. On time tragen sowohl der Ozean als auch die Atmosphäre scales of tectonic changes, with opening or closing zum veränderlichen Klimageschehen bei. Längerfri- of water passages, the ocean circulation adjusts to stige Schwankungen – bis zu Jahrtausenden – sind the changing continental geometry. Changes in the dagegen vorzugsweise durch ozeanische Effekte be- abundance and isotopic composition of marine bio- dingt. Dann kommen die Eisschilde mit ihrer enor- mass are affected by climate conditions and documen Trägheit ins Spiel. Auf den sehr langen Zeitska- ment climate change in the oceanic sediment, provi- len der tektonischen Veränderung der Erde – Jahrmil- ding an archive of climate history. lionen – stellt sich die Ozeanzirkulation auf die sich ändernde kontinentale Gestalt und Bodentopogra- phie. Die isotopische Zusammensetzung der leben- den Organismen wird durch die jeweiligen Klimazu- MAR1: Decadal Variability and stände erzwungen und manifestiert sich in ozea- Global Change nischen Sedimenten und in den polaren Eisschilden. Atmospheric decadal-scale climate variability By means of simulations with a global coupled MAR1: Dekadische Variabilität und AOGCM it is shown that changes in the polar energy sink region exert a strong influence on the mid- and globale Veränderung high-latitude climate by modulating the strength of the mid-latitude westerlies and storm tracks. It is Atmosphärische Klimavariabilität found that a more realistic sea-ice and snow albedo auf dekadischen Skalen treatment changes the ice-albedo feedback and the Simulationen mit einem global gekoppelten radiative exchange between the atmosphere and the AOGCM haben gezeigt, dass Veränderungen in ocean sea-ice system. The planetary wave energy flu- der polaren Energiesenke einen starken Einfluss xes in the middle troposphere of mid-latitudes bet- auf das Klima in den mittleren und hohen Breiten ween 30 ° and 50 °N are redistributed, which indu- ausüben, indem sie die Stärke der Westwinde in ces perturbations in the zonal and meridional pla- mittleren Breiten und die Zyklonenzugbahnen modulieren. Eine realistischere Meereis- und Schnee-Albedo Parametrisierung verändert die Eis-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs166Abs166 005.04.20065.04.2006 11:48:0711:48:07 UhrUhr 67

netary wave trains from the tropics over the mid- latitudes into the Arctic. The improved parameterization of Arctic sea-ice and snow albedo turned out to trigger changes in the Arctic and North Atlan- Albedo Rückkopplung sowie den Energieaustausch tic Oscillation pattern with strong implications for zwischen der Atmosphäre und dem ozeanischen the European climate. Meereissystem. Die Energieflüsse der planetaren Wel- An idealized model of the northern hemisphere len in der mittleren Troposphäre werden in mittleren atmospheric winter circulation showed that the Nort- Breiten zwischen 30 ° und 50 °N verändert, wodurch hern Annular Mode arises from an annular pattern Störungen der zonalen und meridionalen planetaren on a rotating aqua-planet. It is modified to a zonally Wellenzüge von den Tropen über die mittleren Brei- asymmetric pattern by land-sea contrasts and oro- ten in die Arktis angeregt werden. Es stellte sich her- graphy connected with the localisation of transient aus, dass die verbesserte Parametrisierung von arkti- baroclinic activity. Dynamical mechanisms of at- schem Meereis und Schnee-Albedo Veränderungen mospheric regime behaviour are investigated in the im Schwingungsmuster der Arktischen und Nordat- lantischen Oszillation (AO/NAO) auslöst, die für das europäische Klima von großer Tragweite sind. Abb. 1: Erste EOF der 833 hPa Geopotentialflä- In einem idealisierten Modell der atmosphärischen che für die Experimente ORO (links), THERMAL Winterzirkulation auf der nördlichen Halbkugel wur- (Mitte), und AQUA (rechts) im T21 Modell. Der de gezeigt, dass die Arktische Oszillation (AO) als zo- Isolinienabstand beträgt 5 gpm, und negative Kon- nalsymmetrisches Muster bereits auf einem rotieren- turen sind gestrichelt. den Aqua-Planeten (AQUA) entsteht. Land-Meer Fig. 1: First EOF of 833 hPa geopotential height Kontraste (THERMAL) und Orographie (ORO) in Ver- for the experiments ORO (left), THERMAL bindung mit der Lokalisierung transienter barokliner (middle), and AQUA (right) in the T21 model. Aktivität verwandeln die AO in ein zonal asymmetri- Contour interval is 5 gpm, negative contours are dashed.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs167Abs167 005.04.20065.04.2006 11:48:0711:48:07 UhrUhr 68 3. Forschung Research

context of a quasi-geostrophic three-level T21 model of the wintertime atmospheric circulation over the northern hemisphere. The model, driven by realistic orography and using a thermal forcing determined sches Muster (Abb. 1). Dynamische Mechanismen by a newly developed tuning procedure, represents mit Regime-Verhalten wurden im Zusammenhang a reasonable climatology and simulates the Arctic mit einem quasi-geostrophischen Dreischichten-T21- Oscillation quite realistically. It exhibits pronounced Modell der atmosphärischen Winterzirkulation über internally generated interannual and decadal varia- der nördlichen Hemisphäre erforscht. Das Modell, bility and, in particular, circulation regimes which gesteuert durch realistische Orographie und thermi- agree fairly well with observed ones. Two known schen Antrieb und mit einem neu entwickelten Tu- hypotheses about the origin of regime behaviour, as ning-Verfahren, simuliert die Arktische Schwingung it occurs in our model, are addressed: (i) multiple sehr realistisch. Es zeigt ausgeprägte, intern gene- equilibria and (ii) chaotic itinerancy between attrac- rierte interannuelle und dekadische Variabilität und tor ruins. The first hypothesis is falsified at a very Zirkulationssysteme, die recht gut mit den beobach- high probability, while the second is likely to be true. teten übereinstimmen. Zwei bekannte Hypothesen A new statistical approach to quantify dynamical zum Ursprung des Regime-Verhaltens wurden geprüft: and chemical contributions to total ozone variability (i) multiple Gleichgewichte und (ii) chaotisches has been developed. It was found that the day to day Umherwandern zwischen Attraktorruinen. Die erste variability is dominated by a new dynamical proxy, Hypothese wird mit einer sehr hohen Wahrschein- which describes the combined effect of convergence/ lichkeit widerlegt, während die zweite vermutlich divergence in the flow and horizontal advection. A stimmt. Lagrangian model of water vapour transport in the Ein neuer statistischer Ansatz zur Quantifizierung tropical tropopause has been developed. This new dynamischer und chemischer Beiträge zur gesamten tool to study water vapour flux into the stratosphere Sauerstoffvariabilität wurde entwickelt. Es stellte sich is the first that relies on the thermodynamic equation heraus, dass die tägliche Schwankung von einem for the formulation of the vertical transport and will neuen dynamischen Proxy dominiert wird, der die result in more reliable fluxes than previously used in kombinierte Wirkung von Konvergenz/Divergenz in models. Flüssen und horizontaler Advektion beschreibt. Ein Lagrange-Modell des Wasserdampftransports in der Extreme anomalies and climate change tropischen Tropopause wurde entwickelt. Dieses The hydrographic data from the ISPOL (Ice Station neue Werkzeug zum Studium des Wasserdampfflus- POLarstern) expedition (ANT XXII/2) into the western ses in die Stratosphäre ist das erste, das sich auf die Weddell Sea were compared with the only other exi- thermodynamische Gleichung zur Formulierung des sting data from this area, obtained during the expe- Vertikaltransport stützt; und es wird verlässlichere dition Ice Station Weddell (ISW-1) in 1992. This re- Flüsse liefern, als die bisher in Modellen benutzten. vealed significant differences in the characteristics

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs168Abs168 005.04.20065.04.2006 11:48:1011:48:10 UhrUhr 69

of winter (WW) and bottom water (BW). The low-salt WW (at the end of the Antarctic winter) during ISPOL led to a more stable pycnocline, which reduced the oceanic heat flux into the sea ice to only a few W/m2 Extreme Anomalien und Klimawandel on average. According to the analysis of tracer data Die hydrographischen Daten der ISPOL (Ice Station at the IUP Bremen, the low temperatures of the BW POLarstern) Expedition (ANT XXII/2) aus dem westli- at about 1500 meters depth can be ascribed to the chen Weddellmeer wurden mit den einzigen eben- influence of ice shelf water. This confirmed previous falls aus diesem Gebiet stammenden Daten der Expe- speculations regarding the modification of shelf dition Ice Station Weddell (ISW-1) aus dem Jahr 1992 water masses under the Larsen-C ice shelf. The lack verglichen. Dabei zeigten sich signifikante Unter- of a direct connection between shelf and bottom schiede in den Charakteristiken des Winter- (WW) water indicates a nonrecurring slide of heavy water und des Bodenwassers (BW). Das salzärmere WW at the continental slope. Until now, the sporadic for- (am Ende des antarktischen Winters) während ISPOL mation of cold bottom water along the Antarctic Pen- führte zu einer stabileren Pyknokline, die den ozeani- insula was only a hypothesis, based on observations schen Wärmestrom in das Meereis auf im Mittel nur in the north-western Weddell Sea. We suppose wenige W/m2 reduzierte. Die tiefen Temperaturen des that the observed changes were caused by the varia- BW in rund 1500 Metern Tiefe können – nach der bility of the Weddell eddy, a displacement of the Analyse der Tracerdaten am IUP-Bremen – dem Ein- shelf edge front and increased fresh water input into fluss von Eisschelfwasser zugeschrieben werden. the western Weddell Sea due to a new shelf ice con- Damit wurden bisherige Spekulationen hinsichtlich figuration (disaggregation of Larsen B). der Modifikation von Schelfwassermassen unter dem “Hindcast“ simulations with two different models Larsen-C Schelfeis bestätigt. Das Fehlen einer direk- of the NAOSIM hierarchy imply that in the last 50 ten Verbindung zwischen Schelf- und Bodenwasser years at least two extreme events of fresh water ex- deutet auf ein einmaliges Abgleiten schweren Was- port from the Arctic Ocean occurred. In the mid-six- sers am Kontinentalhang hin. Die sporadische Bil- ties, a heavy outpouring of sea ice and fresh water dung kalten Bodenwassers entlang der Antarktischen from the Barents Sea into the West Spitsbergen cur- Halbinsel bestand bisher nur als Hypothese, beru- rent caused a strong reduction of the sea surface hend auf den Beobachtungen im nordwestlichen height gradient between Greenland and Spitsbergen. Weddellmeer. Es ist anzunehmen, dass die beobach- This led to a drastic reduction of fresh water trans- teten Veränderungen durch die Variabilität des Wed- ports southwards and to an accumulation of low- dellwirbels, eine Verlagerung der Schelfkantenfront salinity water in the Arctic Ocean. The large fresh und durch vermehrten Süßwassereintrag in das west- water content decreased only slowly in the course of liche Weddellmeer aufgrund einer neuen Schelfeiskon- the following decades. We could explain a freshe- figuration (Zerfall von Larsen B) verursacht wurden. ning of the subpolar westerly boundary currents „Hindcast“-Simulationen mit zwei verschiedenen south of Denmark Strait with an anomalously high Modellen der NAOSIM-Hierarchie besagen, dass in den letzten 50 Jahren mindestens zwei extreme Süß- wasser-Exportereignisse aus dem Nordpolarmeer auf-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs169Abs169 005.04.20065.04.2006 11:48:1111:48:11 UhrUhr 70 3. Forschung Research

(liquid) fresh water export through the Fram Strait. This export event was preceded by a large-scale redistribution of salt in the Arctic Ocean. The ongoing measurements by moored instruments traten. In der Mitte der 60er Jahre führte ein star- in the Fram Strait have revealed an increase of the ker Ausstrom von Meereis und Süßwasser aus der heat flux from the Norwegian Sea into the Arctic Barentssee in den West-Spitzbergen-Strom zu Ocean since 1997. The strongest increase was obser- einer starken Abnahme des Gradienten in der ved from 1997 to 1999, when the amount of heat Oberflächenauslenkung zwischen Grönland und transported through the Fram Strait nearly doubled. Spitzbergen. Dadurch kam es zu einer drastischen After a slight decrease the next strong event started Reduktion des südwärtigen Süßwassertransports in 2004. During the first period, higher volume flux und einer Akkumulation von salzarmem Wasser and higher temperature were equally responsible for im Nordpolarmeer. Die geringen Salzgehalte the heat transport increase, whereas during the wurden im Laufe der folgenden Jahrzehnte nur second event the temperature increase dominated. langsam abgebaut. Eine Aussüßung der subpolaren westlichen Randströme südlich der Däne- Oceanic subpolar exchanges in both hemispheres markstraße in der Mitte der 1990er Jahre konnten Model simulations on the influence of the subpolar wir durch einen anomal hohen (flüssigen) Süß- North Atlantic on the conditions in the Arctic Ocean wasserexport durch die Framstraße er-klären. Eine showed that baroclinic perturbations can be traced großräumige Umverlagerung von Salz im Nord- from the eastern subpolar gyre to the Arctic Ocean. polarmeer ging diesem Exportereignis voraus. A prediction, however, is made difficult by the com- Die Messungen mit verankerten Geräten in der plexity of the initial perturbation and the modifica- Framstraße ergaben seit 1997 eine starke Zunahme tion of water masses in the North Seas. Oceanic heat des Wärmetransports von der Norwegischen See transport anomalies are consistent with deviations in in den Arktischen Ozean. Auf einen ersten Puls the ice volume in the Arctic Ocean. As both signals von 1997 bis 1999, bei dem sich der Wärmetrans- occur nearly at the same time, the correlation is to port beinahe verdoppelte, folgte nach einer leich- be explained by heat flux from the ocean to the ten Ab-nahme ab 2004 eine erneute Zunahme. atmosphere and resulting anomalous atmospheric Während das erste Ereignis durch eine Zunahme transports. von Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit In calculations with a high-resolution version of bedingt war, wird das zweite fast ausschließlich the NAOSIM hierarchy we concentrated on trans- durch Temperaturzunahme hervorgerufen. ports in the Fram Strait at first. The model reproduces the recirculation in this area for the first time and Ozeanischer subpolarer Austausch shows that net transports are considerably smaller auf beiden Halbkugeln than north and southwardly transports. Model re- Modellsimulationen zum Einfluss des subpolaren sults were used to quantify the uncertainties in the Nordatlantiks auf die Bedingungen im Nordpolar- measured transports. meer zeigen, dass barokline Störungen aus dem Bereich des östlichen Subpolarwirbels bis ins

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs170Abs170 005.04.20065.04.2006 11:48:1211:48:12 UhrUhr 71

Ocean, ice sheets and sea level in a changing climate The effects of an increased fresh water input from Greenland on the sea level were examined with a global ocean-sea ice model. The direct modification Nordpolarmeer hinein zu verfolgen sind. Eine Vor- of sea level through the added fresh water is rela- hersage ist aber durch die Wassermassenmodifikation tively small. A more important alteration is caused im Europäischen Nordmeer erschwert. Ozeanische by the modification of the large-scale circulation. Wärmetransportanomalien sind konsistent mit Eisvo- The overturning in the North Atlantic weakens to lumenschwankungen im Nordpolarmeer. Weil beide about half the undisturbed value. Fresh water accu- Signale fast zeitgleich sind, ist die Korrelation durch mulates in the subpolar Atlantic and in the Arctic Wärmeabgabe des Ozeans an die Atmosphäre und Ocean and causes the sea level to rise by up to 60 darauf folgende anomale atmosphärische Transporte cm (off Norway and along parts of the Siberian zu interpretieren. coast). In Rechnungen mit einer hochauflösenden Version Since 1993, the changes in sea level have been der NAOSIM-Modellhierarchie haben wir uns zu- quantified by satellite altimeter measurements with nächst auf die Transporte in der Framstraße konzen- nearly global coverage and great accuracy. Together triert. Das Modell reproduziert zum ersten Mal die with hydrographic data, these data are assimilated Rezirkulation in diesem Bereich, so dass die Netto- into a global ocean model which can reproduce transporte wesentlich kleiner als die nord- und süd- deviations in sea level. These investigations aim at wärtigen Transporte ausfallen. Die Modellergebnisse quantifying, on a regional as well as on a global ave- wurden verwendet, um Unsicherheiten in den ge- rage, the parts responsible for these changes: the ste- messenen Transporten zu quantifizieren. ric part (thermal expansion, haline contraction) as well as the ocean‘s fresh water budget. A problema- Ozean, Eisdecken und Meeresspiegel in einem tic zone for these explorations is the area of the Ant- sich wandelnden Klima arctic Circumpolar Current (ACC), for which insuf- Die Auswirkungen eines erhöhten Süßwassereintrags ficient observational data are available. Therefore we von Grönland auf den Meeresspiegel wurden mit performed several comparison experiments, during einem globalen Ozean-Meereis-Modell untersucht. which we assimilated different constellations of ad- Die direkte Änderung durch das hinzugefügte Süß- ditional data in the region of the Weddell and Ross wasser ist relativ klein. Eine bedeutendere Änderung seas. These data have been taken from a regional kommt durch die Modifikation der großräumigen Zir- model (BRIOS). Experiments show that changes in kulation zustande. Die Umwälzbewegung im Nord- the area of the ACC have a strong influence on the atlantik schwächt sich auf etwa die Hälfte des unge- long-term trend of the ocean‘s global heat content, störten Wertes ab. Es kommt zu einer Akkumulation i.e. on the steric contribution to sea level change. As von Süßwasser im subpolaren Atlantik und im Nord- the total changes in ocean volume are given by the polarmeer, die zu einem Meeresspiegelanstieg von altimeter measurements in the experiments, this in- bis zu 60 Zentimeter (vor Norwegen und entlang Tei- fluences the fresh water budget specified by the len der sibirischen Küste) führt. model.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs171Abs171 005.04.20065.04.2006 11:48:1211:48:12 UhrUhr 72 3. Forschung Research

The impact of global change on marine organisms and consequences for marine biogeochemistry Our understanding of strontium incorporation into coccolith calcite of Emiliania huxley was brought Die Änderungen des Meeresspiegels sind seit 1993 forward significantly by the combination of an expe- durch die Altimetermessungen von Satelliten mit na- rimental and a modelling approach. Determination hezu globaler Abdeckung und großer Genauigkeit of strontium exchange coefficients for coccoliths bestimmt. Diese Daten werden zusammen mit hydro- is nontrivial, since the chemistry of seawater differs graphischen Daten in ein globales Ozeanmodell assi- from that of the coccolith vesicle solution. Exchange miliert, das dadurch in der Lage ist, diese Meeresspie- coefficients of coccolith calcite found in our study gelschwankungen genau wiederzugeben. Ziel der and in the literature are high compared to values of Untersuchungen ist es, sowohl im regionalen als auch inorganically precipitated calcite. Although kinetic im globalen Mittel die Anteile zu quantifizieren, die effects can explain part of this offset, the origin of für diese Änderungen verantwortlich sind: den steri- this discrepancy is yet undisclosed. We have explai- schen Anteil (thermische Ausdehnung, haline Kon- ned the high apparent partition coefficient values traktion) sowie den Süßwasserhaushalt des Ozeans. measured for coccolith calcite in terms of a simple Eine Problemzone bildet bei diesen Untersuchungen model based on the channel/carrier mediated trans- der Bereich des Antarktischen Zirkumpolarstroms port of calcium and strontium ions inside the algal (ACC), der nur ungenügend durch Messdaten abge- cell. The model is solely based on thermo-dynamical deckt ist. Deshalb wurden mehrere Vergleichsexperi- constraints and does not assume a relationship bet- mente durchgeführt, in denen im Bereich des Wed- ween the exchange coefficient and the crystal growth dell- und Rossmeeres verschiedene Konstellationen rate. Application of the model to two independent zusätzlicher Daten assimiliert wurden. Diese Daten datasets shows that the discrepancy of the tempera- sind dem regionalen Modell (BRIOS) entnommen. ture dependence between the apparent partition Die Experimente zeigen, dass Änderungen im Bereich coefficient observed in coccoliths and inorganically des ACC einen großen Einfluss auf den langfristigen precipitated calcite can be reconciled. Trend des globalen Wärmeinhalts des Ozeans haben, The hypothesis that photosynthesis is favored by d.h. auf den sterischen Anteil der Meeresspiegelände- the calcification process in coccolithophorids is cur- rungen. Da die totalen Volumenänderungen des Oze- rently discussed. Data on the impact of varying Ca2+ ans in den Experimenten durch die Altimetermessun- concentrations and light intensity on the production gen gegeben sind, hat dies wiederum Einfluss auf den of particular organic carbon (POC), inorganic car- durch das Modell bestimmten Süßwasserhaushalt. bon (PIC) and the carbon isotope fractionation, however, do not support this hypothesis. Our measure- Der Einfluss globaler Veränderung auf marine Organis- ments of photosynthetic oxygen production and the

men und Folgen für marine Biogeochemie absorption rates of CO2 and HCO3, taken with a

Die Zunahme der atmosphärischen CO2 Konzentra- membrane inlet mass spectrometer (MIMS), also do tionen und dr temperatur führt zu Änderungen im not back the hypothesis of the direct coupling of cal- Karbonatsystem des Ozeans und beeinflusst somit cification and photosynthesis. die kazifizierung und die isotopische und elementare

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs172Abs172 005.04.20065.04.2006 11:48:1311:48:13 UhrUhr 73

ab180° W 180° W 0 -4 60° N 60° N 1985 1990 70° N 5 70° N -2

0 90°W 90° W 90°W 80° N 90° W 80° N Zusammensetzung von Biomineralien. Unser Ver- 10 0 90° E ständnis der Strontiumaufnahme im Coccolithophori- 90° E den-Kalzit von Emiliania huxley wurde beträchtlich 15 2 vorangebracht durch die Kombination eines expe- 0° 20 0° 4 rimentellen Ansatzes mit einem Modellierungsan- cd180° W 180° W -4 -4 satz. Die Bestimmung von Strontiumaustauschkoeffi- 60° N 60° N

zienten für Coccolithophoriden ist nicht trivial, da 70° N 1995-2 70° N 2000 -2 die Chemie von Seewasser sich von der in den Ve- 80° N 80° N 0 0

sikeln der Coccolithophoriden unterscheidet. Aus- 90° E 90° E tauschkoeffizienten von Coccolithophoriden-Kalzit, 2 2 die in unserer Studie und in der Literatur gefunden 4 4 wurden, sind hoch im Vergleich zu den entsprechen- 0° 0° den Werten von anorganisch ausgefälltem Kalzit. Obwohl kinetische Effekte einen Teil dieser Verschie- bung erklären können, ist der Ursprung dieser Dis- Abb.2: Abweichung des Salzgehalts in den oberen krepanz unbekannt. Wir haben den hoch erscheinen- 250 Metern von 34.8, hier dargestellt als die Dicke den Teil der Koeffizientenwerte, die für Coccolitho- einer reinen Süßwasserschicht. Abbildung a) zeigt phoriden-Kalzit gemessen wurden, mit Hilfe eines den von NAOSIM simulierten Zustand im Jahr 1985, einfachen Modells erklärt, das den Transport von b) die Abweichung davon für 1990, c) für 1995, d) Kalium und Strontium innerhalb der Algenzelle be- für 2000. Der Aussüßung des Ostgrönlandstroms im rücksichtigt. Das Modell basiert nur auf thermodyna- Jahre 1995 geht eine Umverteilung des Süßwassers mischen Grundsätzen und setzt den Austauschkoeffi- vom östlichen ins westliche Nordpolarmeer voraus. zienten und die Rate des Kristallwuchses nicht in Fig. 2: Changes in salinity in the upper 250 m of Beziehung. Die Anwendung des Modells auf zwei 34.8, shown here as thickness of a pure fresh water voneinander unabhängige Datensätze zeigt, dass die layer. Fig. a) shows the state simulated by NAOSIM Diskrepanz zwischen dem scheinbaren Austauschko- in 1985, b) the deviation for 1990, c) for 1995, d) effizienten, der in Coccolithophoriden beobachtet for 2000. The freshening of the East Greenland Cur- wurde, und dem von anorganisch ausgefälltem Kalzit rent in 1995 was preceded by a shifting of fresh durch dieses Modell miteinander in Einklang gebracht water from the eastern to the western Arctic Ocean. werden kann. Kontrovers diskutiert wird auch immer noch die Hypothese, dass die Photosynthese durch den Pro- zess der Kalzifizierung in Coccolithophoriden begüns- tigt wird. Untersuchungen zum Einfluss variabler Ca2+-Konzentrationen und Lichtintensitäten auf die

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs173Abs173 005.04.20065.04.2006 11:48:1311:48:13 UhrUhr 74 3. Forschung Research

MAR2

Infrastructure at the AWI offers a unique research environment to study past, present and future vari- Produktion von partikulärem organischen Kohlenstoff ations of climate change whereby science benefits (POC), anorganischem Kohlenstoff (PIC) und die Koh- from the interactions between the groups. One focus lenstoffisotopenfraktionierung können diese Hypo- of MAR2 is on the reconstruction and modelling of these jedoch nicht unterstützen. Unsere Messungen past climate change from a marine perspective. Geo- der photosynthetischen Sauerstoffproduktion und der physical data and proxies are used as model input

CO2- und HCO3-Aufnahmeraten, die mit einem Mem- and for validation, respectively. braneinlass-Massenspektrometer (MIMS) durchge- führt wurden, weisen nicht auf eine direkte Kopplung Mechanistic models of palaeoproxies von Kalzifizierung und Photosynthese hin. Within MAR2, the “Marine Biogeosciences” section focuses on validation and development of proxy relationships. Testing prognostic climate models for future climate change critically depends on our abi- MAR2 lity to quantitatively reconstruct past climate. This basically translates to using robust proxies for pa- Die bestehende Forschungsinfrastruktur am AWI bie- laeotemperature and salinity in order to accurately tet eine einzigartige Umgebung, um vergangenen, reconstruct the thermohaline circulation (density gegenwärtigen und künftigen Klimawandel zu studie- fields). However, despite more than 50 years of pa- ren, wobei die Wissenschaft vom Zusammenspiel der laeoceanographic research, palaeosalinity remains Gruppen profitiert. Ein Schwerpunkt von MAR2 liegt the only one of the most important oceanographic auf Rekonstruktion und Modellierung von früheren parameters which can currently still not be quanti- Klimaveränderungen mit Schwerpunkt im mariti- fied by a single proxy from sedimentary records. men Bereich. Geophysikalische Daten und Proxies Therefore, one of the scientific highlights of the last werden jeweils zu Modelleingabe und Validierung year was a couple of successful pilot experiments genutzt. towards development of such an independent salinity proxy. Mechanistische Modelle von Paläoproxies Two haptophyte algae, Emiliania huxleyi and Die Sektion “Marine Biogeowissenschaften” konzen- Gephyrocapsa oceanica, were cultured at different triert sich auf Validierung und Entwicklung von Pro- temperatures and salinities to investigate the impact xy-Beziehungen. Die Prüfung prognostischer Klima- of these factors on the hydrogen isotopic composi- modelle für künftige Klimaveränderungen hängt kri- tion of long chain alkenones biosynthesized by these tisch von unserer Fähigkeit ab, das Klima der Ver- haptophyte algae. There was no significant correla- gangenheit quantitativ zu rekonstruieren. Deshalb nutzen wir stabile Proxies für Paläotemperatur und - salzgehalt, um die thermohaline Zirkulation genau zu re-konstruieren (Dichtefelder). Trotz mehr als 50

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs174Abs174 005.04.20065.04.2006 11:48:1411:48:14 UhrUhr 75

tion of the fractionation factor αalkenones-H2O with temperature but a negative linear correlation was obser-

ved between the αalkenones-H2O and salinity with a 5.4‰ change (!) in fractionation per ‰ salinity. This Jahren paläoozeanographischer Forschung bleibt Pa- demonstrates that salinity has a substantial impact läosalinität jedoch der einzige wichtige ozeanogra- on the stable hydrogen isotopic composition of long phische Parameter, der noch immer nicht aus Sedi- chain alkenones in natural environments (δD) and mentsdatensätzen quantifiziert werden kann. Darum hence, that δD has a huge potential to estimate pa- waren mehrere erfolgreiche Pilotexperimente im letz- laeosalinity. We will continue along these lines of ten Jahr wissenschaftliche Glanzlichter auf dem Weg research and are confident that it will have a signi- zur Entwicklung eines solchen unabhängigen Salini- ficant impact on the palaeoceanographic and palaeo- tätsstellvertreters (Proxy). climatologic community. Zwei haptophyte Algen, Emiliania huxleyi und Ge- phyrocapsa oceanica (Abb. 3a, b), wurden bei ver- Palaeoclimate simulations and climate reconstruction schiedenen Temperaturen und Salzgehalten gezüch- Aided by computer simulations and conceptual mo- tet, um den Einfluss dieser Faktoren auf die dels, the ‘Paleo-Climate Dynamics’ group at the AWI tries to find basic mechanisms for climate change contributing to a system-analytical understanding of the system Earth. Models of components of the earth‘s system are used to depict climate dynamics and material fluxes on short as well as geological time scales. This procedure provides an improved access to the interpretation of climate data. Current works deal with the stability of the oceanic circulation during past and recent climate changes. Emiliania huxleyi Gephyrocapsa oceanica Such investigations allow statements on the vulnerability of the climate system and the quantification of abrupt climate changes and they present in detail the interaction of the atmospheric circulation, the transport of water vapour and the cryosphere with the oceanic circulation. It is shown that for the develop- Abb. 3a, b: SEM-Bilder von zwei Hauptprodu- ment and termination of ice ages the palaeoclimatic zenten von Alkenonen. records from ice cores and marine sediments can be Abb. 3 c: Die chemische Struktur der Alkenone. explained, when an interactive oceanic circulation Fig. 3: This figure shows SEM pictures of is included. These circulation changes cause interhe- two of the major producers of alkenones mispheric temperature gradients and shifts of the exemplified by the chemical structure below. intertropical convergence zone.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs175Abs175 005.04.20065.04.2006 11:48:1511:48:15 UhrUhr 76 3. Forschung Research

Abb. 4: Zeitserien des nordatlantischen Tiefen- in Sv NADW-export 10 wasserausstroms bei 30 °S. Die globale Erwär- mung wird durch einen linearen Übergang von glazialen zu interglazialen Bedingungen in Tempe-

ratur, Meereis und Windschub simuliert. In Über- 0 0 2000 4000 6000 8000 einstimmung mit Analysen von Eisbohrkernen neh- Time (years) men wir eine Erwärmung von 47 % des totalen Termination-I Temperaturanstiegs innerhalb von 7000 Jahren an. Diese Änderung entspricht dem Fig. 4: Time series of the North Atlantic Deep Übergang vom Klima des letzten glazialen Maxi- Water export at 30° S. Global warming is simula- mums zur Bølling/Allerød Warmphase im nordat- ted by a linear transition from glacial to intergla- lantischen Raum. In LGM_19ka (schwarze Kurve) cial conditions in temperature, sea ice and wind wird das Abschmelzen der nordhemisphärischen stress. In conformity with analyses of ice cores, Eisschilde durch Süßwasserpulse von 0.25 Sv nach we assume a warming of 47 % of the total termi- 1000 Modelljahren und einem darauf folgend per- nation-I temperature increase in 7000 years. This manenten Süßwassereintrag von 0.05 Sv in den alteration corresponds to the transition from the Nordatlantik simuliert. In Experiment LGM_H climate during the last glacial maximum to the (rote Kurve) wird zusätzlich eine Abfolge der Bølling/Allerød warm phase in the North Atlantic Heinrich-Ereignisse 1a und 1b mit einer Stärke region. In LGM_19ka (black curve) we simulate von 0.15 Sv und einer Dauer von 400 Jahren (zen- the melting of the ice shields in the northern triert um 2500 und 4000) simuliert. hemisphere by fresh water pulses of 0.25 Sv after 1000 model years and a following permanent fresh water input of 0.05 Sv into the North Atlan- tic. In the experiment LGM_H (red curve) we additionally simulate a sequence of Heinrich events 1a and 1b with a strength of 0.15 Sv and a duration of 400 years centered at 2500 and 4000).

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs176Abs176 005.04.20065.04.2006 11:48:1611:48:16 UhrUhr 77

Ocean gateway and basin evolution - consequences for ocean circulation and ice sheet development During the period under review, the Geophysical group worked on the theme “Ocean gateway and Wasserstoffisotopen-Zusammensetzung von langket- basin evolution – consequences for ocean circula- tigen Alkenonen zu erforschen, die durch diese Algen tion and ice sheet development“. In 2004, a succes- biosynthetisiert wurden. Es gab keine nennenswerte sful geophysical expedition was undertaken with Wechselbeziehung zwischen dem Fraktionierungs- RV Polarstern off Spitzbergen. The ice situation per-

faktor (αalkenones-H2O) und der Temperatur, aber es mitted seismic mapping of the entire western Yermak wurde eine negative lineare Übereinstimmung beob- plateau and the adjacent mid-ocean ridge (Lena

achtet zwischen αalkenones-H2O und Salzgehalt mit einer Trough). These data were needed for an IODP drill 5.4 ‰ Fraktionierung pro ‰ Salzgehalt. Das zeigt, proposal, submitted in 2005, with the aim to describe dass der Salzgehalt einen wesentlichen Einfluss auf the history of the opening of the Fram Strait. Another die Zusammensetzung stabiler Wasserstoffisotope IODP application was submitted for the Alpha-Men- langkettiger Alkenone (Abb. 3c) in natürlicher Umge- deleev Ridge. Unfortunately, the Polarstern expedi- bung (δD) hat und somit δD ein großes Potential zur tion, which is essential to substantiate the applica- Rekonstruktion von Salzgehalt hat. tion, could not be realized in 2005 and is now scheduled to take place in 2008. Paläoklimasimulationen und Klimarekonstruktionen Projects off southeast Africa with two expeditions Die Paläoklimadynamik-Gruppe am AWI versucht, of RV Sonne serve an improved geodynamic recon- mit Hilfe von Computersimulationen und Konzept- struction of Africa and the Antarctic as well as the modellen grundlegende Mechanismen für Klimava- development of marginal conditions for the Ceno- riationen herauszufinden, die zu einem systemanaly- zoic ocean current history of the region around the tischen Verständnis des Systems Erde beitragen. In der Agulhas Plateau. In addition to these studies, crustal Modellierung werden Modelle von Komponenten des seismic experiments were conducted across the Erdsystems genutzt, um die Klimadynamik und Stoff- Agulhas Plateau, the Mozambique Ridge, the Disco- flüsse auf kurzen bis hin zu geologischen Zeitskalen very Seamounts and the Walvis Ridge in order to abzubilden. Dieses Verfahren liefert somit einen obtain a first budget of the magmatic activity in this neuen Zugang zur Interpretation von Klimadaten. region during the Mesozoic. Laufende Untersuchungen befassen sich mit der In East Antarctica, the geophysical flight campaign Stabilität der ozeanischen Tiefenzirkulation für ver- has been continued in the framework of a German- gangene und rezente Klimawechsel. Diese Arbeiten Japanese cooperative programme. In addition to erlauben die Quantifizierung abrupter Klimaände- mapping of the subglacial geology, an important rungen und Aussagen zur Verletzlichkeit des Klimasys- objective is the recording of magnetic seafloor sprea- tems. Dabei werden die Wechselwirkungen der at- ding anomalies off the coast. This airborne campaign mosphärischen Zirkulation, des Wasserdampftrans- portes und der Kryosphäre mit der ozeanischen Zir- kulation herausgearbeitet. Es zeigt sich, dass für das Entstehen und Vergehen von Eiszeiten die paläokli-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs177Abs177 005.04.20065.04.2006 11:48:1811:48:18 UhrUhr 78 3. Forschung Research

will help considerably to improve the geodynamic reconstruction models of this region. The development of sediment drifts supplies information about the palaeoceanographic and palaeo- matischen Befunde aus Eiskernen und marinen Se- climatic system in particular region. A sediment de- dimenten erklärt werden können, wenn die ozeani- position model has been developed for a drift at the sche Tiefenzirkulation sich verringert bzw. anspringt Antarctic Peninsula, showing an expansion of the und somit für interhemisphärische Temperaturgradi- ice-sheet for the period between 15 and 9 Ma and its enten und Verlagerungen der innertropischen Kon- retreat from 9 Ma onwards. vergenzzone sorgt. Consequences of glaciation in the northern hemisphere cannot only be identified locally, but also Entwicklung von ozeanischen Meeresengen und through the changes in ocean current systems of the Meeresbecken - Konsequenzen für Ozeanzirkulation southern hemisphere, which leave obvious traces in und Bildung von Eisschilden the sedimentary sequences along the southwest Afri- Im Berichtszeitraum bearbeitete die Geophysik das can continental slope. By correlating seismic data Thema „Ocean gateway and basin evolution – conse- with climate information from palynological data, quences for ocean circulation and ice sheet develop- we succeeded in identifying a change from a humid ment“. Vor Spitzbergen wurde 2004 eine erfolgreiche to a dryer climate for the continent at 2.2 Ma. geophysikalische Expedition mit FS Polarstern durch- Another important scientific result is the new geführt. Die Eissituation erlaubte die seismische Kar- plate-tectonic reconstruction of the South Pacific in tierung des gesamten westlichen Yermak-Plateaus so- a high temporal and spatial resolution, which now wie des angrenzenden mittelozeanischen Rückens serves as the basis for a first palaeotopographic mo- (Lena Trog). Diese Daten wurden für die Erstellung del. This development includes a nearly completed eines IODP-Bohrvorschlages zur Beschreibung der modelling of crustal development and magmatic Öffnungsgeschichte der Framstraße benötigt. Der events in the New Zealand region before, during and Antrag wurde 2005 eingereicht. Ebenfalls wurde ein after the break-up of the Gondwana continent. For weiterer IODP-Antrag für den Alpha-Mendeleev-Rü the first time, we also identified reactivated magma- cken gestellt. Die notwendige Polarstern-Expedition, tism of the Bounty Trough in the Early to Mid-Mio- die zur Untermauerung des Antrages unbedingt er- cene. It is likely that former fault zones from the forderlich ist, konnte 2005 leider nicht durchgeführt Gondwana break-up were reactivated as channels werden und soll 2008 stattfinden. for rising magma. Projekte vor dem südöstlichen Afrika mit zwei Fahr- In 2005, AWI and GFZ started acquiring a new ten des FS Sonne dienen einer verbesserten geodyna- national amphibian equipment pool for broadband mischen Rekonstruktion von Afrika und der Antarktis seismology. 30 broadband ocean-bottom seismome- sowie der Erarbeitung von Randbedingungen für die ters (OBS) were delivered to AWI; additional 50 units känozoische Meeresströmungsgeschichte der Region um das Agulhas-Plateau. In Ergänzung zu diesen Ar- beiten wurden krustenseismische Experimente am Agulhas-Plateau, am Mozambique-Rücken, den Dis-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs178Abs178 005.04.20065.04.2006 11:48:1911:48:19 UhrUhr 79

1.6 Location Site 1082 Age ETP [Ma]

1.8 Depht [mbfs]

Fig. 5: Seismic data close to ODP Leg 175 Site 1082 in the Cape Basin off south-western Africa.

Two-way traveltime [s] traveltime Two-way The grey curve (ETP) shows the combined cyclicity of eccentricity, tilt and precession of the 2.4 earth’s orbit. The cyclicity data were converted from age domain into two-way travel time

E. Weigelt 2006 domain by sonic logs calculated from P-wave 2.6 CDP 6500 6600 6700 6837 velocities of the site data. The combination of reflection seismic lines with drill site records Abb. 5: Seismisches Profil am Ort der Bohrung reveals an apparently regular sequence of conti- „ODP Leg 175 Site 1082“ im Kapbecken vor Süd- nuous high amplitude reflectors characterizing west-Afrika. Die graue Kurve (ETP) zeigt eine the upper seismic units. They have been well pro- Überlagerung der Perioden von Exzentrizität, Erd- nounced for about the last 3.5 million years and achsenneigung und Präzession der Erdbahn. Aus indicate a periodicity. As a reason for the regula- den Bohrlochdaten wurde eine Schall-Tiefenver- rity of reflectors we suggest glacial to interglacial teilung berechnet und damit das Alter der Zyklen cycles as they present climate thresholds at in Zwei-Weg-Laufzeit konvertiert. Die Verknüp- which sediment composition drastically changes. fung von reflektionsseismischen Profilen mit Bohr- These changes also influence density and P-wave lochdaten zeigt in den oberen seismischen Einhei- velocity of the deposits and, consequently, find ten eine offensichtlich periodische Abfolge von their expression in impedance contrasts and thus kontinuierlichen Reflektoren hoher Amplituden. in the seismic reflection pattern. Sie sind für den Zeitraum der letzten 3,5 Millionen Jahre besonders gut ausgeprägt. Als Ursache für die Periodizität der Reflektoren vermuten wir glazial-interglaziale Zyklen. Diese stellen Klimaberei- che dar, während derer sich die Zusammensetzung der Sedimente drastisch änderte. Solche Verände- rungen beeinflussen auch die Dichte und P-Wel- lengeschwindigkeiten in den Ablagerungen, wodurch Impedanzkontraste entstehen, die sich mithin im seismischen Reflektionsmuster wider- spiegeln.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs179Abs179 005.04.20065.04.2006 11:48:1911:48:19 UhrUhr 80 3. Forschung Research

will follow in 2006. It is planned to make first use of the equipment in the South Atlantic in April 2006. In May 2006, the first long-term use will start off the shores of Crete. covery-Seamounts und dem Walfisch-Rücken durch- geführt, um eine erste Bilanzierung der magmatischen Aktivität in dieser Region im Mesozoikum zu erstellen. seeländischen Region vor, während und nach dem In der Antarktis wird im Rahmen eines deutsch- Aufbruch des Gondwana-Kontinents. Zusätzlich ist japanischen Programms die geophysikalische Flug- im Bounty Trog zum ersten Mal reaktivierter Magma- kampagne der Ostantarktis fortgesetzt. Neben der tismus im frühen/mittleren Miozän identifiziert wor- Kartierung der subglazialen Geologie ist die Erfas- den, der ehemalige Störungszonen des Gondwana- sung von magnetischen Spreizungsanomalien vor der Aufbruchs als Aufstiegskanäle nutzte. Küste ein wichtiges Ziel. Durch die Befliegung kön- Im Jahr 2005 wurde mit dem Aufbau eines neuen nen die geodynamischen Rekonstruktionsmodelle in nationalen amphibischen Gerätepools für Breitband- dieser Region deutlich verbessert werden. seismologie am AWI und GFZ begonnen. Im Jahr Die Entwicklung der Sedimentdrift liefert Hinwei- 2005 wurden 30 Breitband-Ozeanbodenseismometer se auf das paläoozeanographische und paläoklimati- an das AWI geliefert; weitere 50 Einheiten folgen sche System in einem Gebiet. Für eine Drift an der 2006. Die ersten Einsätze dieser Geräte sind für April Antarktischen Halbinsel ist ein Ablagerungsmodell 2006 im Südatlantik geplant. Im Mai 2006 beginnt entwickelt worden, das für den Zeitraum von 15 - 9 der erste Langzeiteinsatz vor Kreta. Ma eine Ausdehnung und ab frühestens 9 Ma einen Rückzug des Eisschildes aufzeigt. Folgen der Vereisung in der Nordhemisphäre lassen sich nicht nur lokal, sondern auch über die Verände- rungen der Meeresströmungssysteme der Südhalbku- gel identifizieren, die deutliche Spuren in den sedi- mentären Sequenzen entlang des südwestafrikani- schen Kontinentalrandes hinterlassen. Durch die Kor- relation von seismischen Daten mit Klimainformationen aus palynologischen Daten ist es gelungen, eine Än- derung von humidem zu eher trockenem Klima vor 2.2 Ma für den Kontinent zu identifizieren. Ein weiteres wichtiges wissenschaftliches Ergebnis ist die neue plattentektonische Rekonstruktion des Südpazifiks in hoher zeitlicher und räumlicher Auf- lösung, die u.a. Grundlage für ein erstes paläotopo- graphisches Modell bildet. Hierzu gehört auch die nahezu abgeschlossene Modellierung der Krusten- entwicklung und magmatischen Ereignisse der neu-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs180Abs180 005.04.20065.04.2006 11:48:2111:48:21 UhrUhr 81

3.2 COAST

Coasts are highly dynamic environments acting as a boundary with wide transition zones extending from 3.2 COAST the marginal land mass to the shelf sea. As an interface between terrestrial and marine fluxes of energy, Küsten sind hochdynamische Bereiche, die Grenzge- matter and organisms, coastal zones comprise a di- biete mit weiten Übergangszonen darstellen und sich versity of complex ecosystems, such as tidal flats, vom Rand der Landmasse bis hin zum Schelfmeer er- rocky shores, reefs and islands. Coastal areas are strecken. Als Übergangsbereich zwischen terrestri- often heavily exploited as human habitats and for schen und marinen Energie- und Stoffflüssen (Materie recreation, fisheries, aquaculture, sources of natural und Organismen) umfassen Küstengebiete eine Viel- products, transportation and in some cases for energy falt von komplexen Ökosystemen wie Gezeitenzo- generation, e.g. via windparks. In spite of efforts to nen, Felsküsten, Riffe und Inseln. Küstengebiete wer- stabilize coastal zones while optimizing resource den vom Menschen stark genutzt als Lebensraum, für utilization, the coast is subject to continuous geo- Freizeit, Fischerei, Aquakultur, Quelle von Naturstof- morphological, hydrodynamic and meteorological fen, Transport und in einigen Fällen zur Energiege- changes. These physical stresses on the coasts are winnung, z. B. durch Windparks. Trotz der Bemühun- expected to increase in magnitude in response to gen, die Küstenzonen bei gleichzeitiger Optimierung Global Change expressed on a local and regional der Ressourcen-Nutzung zu stabilisieren, unterliegen scale. Furthermore, human intervention linked to sie andauernden geomorphologischen, hydrodyna- over-fishing, dredging and harbour construction, ur- mischen und meteorologischen Veränderungen. Es banization, pollution and eutrophication must be wird erwartet, dass diese physikalischen Belastungen considered as additional stressors on already fragile der Küsten als Ergebnis des globalen Wandels stark systems. A focal task of our coastal research pro- zunehmen werden, was sich in lokalem und regiona- gramme is to provide a solid base of scientific know- lem Ausmaß zeigen wird. Darüber hinaus muss der ledge on the stability, biodiversity, stressors and menschliche Eingriff durch Überfischung, Ausbag- potential of the coastal system. We have already gern und Hafenausbauten, Urbanisation, Verschmut- attained significant insights into the fundamental zung und Eutrophierung als zusätzlicher Stressfaktor processes of coastal diversity and food web dyna- in einem ohnehin fragilen System betrachtet werden. mics, particular for the North Sea and Wadden Sea Eine zentrale Aufgabe unseres Küstenforschungspro- coasts. Once a solid base of information is generated gramms ist es, eine solide Basis wissenschaftlicher on the functioning and integration of coastal ecosy- Erkenntnisse über die Stabilität, Biodiversität, Stress- stems is achieved, these processes can be modelled faktoren und das Potential der Küstensysteme zu lie- to generate scenarios and hypotheses of the conse- fern. Wir haben bereits wesentliche Erkenntnisse über quences of accelerated or mitigated coastal changes. die fundamentalen Prozesse der Diversität der Küsten und der Nahrungskettendynamik gewonnen, speziell in der Nordsee und der Küste des Wattenmeeres. Ist erst einmal eine solide Basis von Informationen über

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs181Abs181 005.04.20065.04.2006 11:48:2111:48:21 UhrUhr 82 3. Forschung Research

In our partnership with GKSS, we will be able to de- liver the necessary tools and interpretation required by policy makers and society at large with a view towards Integrated Coastal Zone Management. Funktionen und Verflechtungen von Küstenökosyste- men erstellt worden, können diese Prozesse modelliert werden, um Szenarien und Hypothesen über die Konsequenzen von zunehmenden oder sich abschwä- CO1: Coastal Change: Long-term chenden Veränderungen der Küsten zu errechnen. Durch unsere Partnerschaft mit der GKSS werden wir Trends and Extreme Events in der Lage sein, den politisch Verantwortlichen und der Gesellschaft die notwendigen Instrumente und Coastal areas are often subject to devastating effects Interpretationen zur Verfügung zu stellen, die für ein of extreme events (tsunamis, storm surges, rapid ero- langfristiges integriertes Küstenzonenmanagement sion, noxious and toxic algal blooms, foreign species erforderlich sind. invasions, etc.), but these phenomena must also be interpreted in the context of long-term trends. We are focusing primarily on the North Sea and Wadden Sea coasts and via close cooperation with the Coa- CO1: Küste im Wandel: Langfristige stal Research Institute of GKSS on modelling physical and ecological processes in the coastal zone, we Entwicklungen und extreme Ereignisse are conducting detailed analyses of ecological change. These studies are linked to generate scenarios from Küstengebiete sind oft betroffen von den verheeren- our joint reconstructions and projections, in order to den Folgen extremer Ereignisse (Tsunamis, Sturmflu- base options of coastal management on sound and ten, rapider Erosion, schädlichen und giftigen Algen- broad insights into coastal change processes. blüten, Einwanderung fremder Arten etc.), aber diese Exposed sandy shores like those of the island of Phänomene müssen im Zusammenhang mit langfris- Sylt in the North Sea are particularly sensitive zones tigen Entwicklungen interpretiert werden. Wir kon- characterized by an accelerated rise in sea level. Se- zentrieren uns in erster Linie auf die Nordsee und die quences of high resolution aerial photographs have Wattenmeerküste, und durch die enge Kooperation been analysed to allow us to quantitatively describe mit der Küstenforschung der GKSS bei der Modellie- the morphological changes to beaches and dunes. rung physikalischer und ökologischer Prozesse in den Underwater acoustic methods (RoxAnn) and side- Küstenzonen betreiben wir detaillierte Analysen der scan sonar have demonstrated the presence of sand ökologischen Veränderungen. Diese Forschungen waves up to seven meters in height. These dynamic werden für Rekonstruktionen sowie für Projektionen structures arise in the deep inlets between the barrier zusammengeführt, damit Managementoptionen auf eine solide und breite Wissensbasis über Veränderun- gen im Küstenbereich gestützt werden können.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs182Abs182 005.04.20065.04.2006 11:48:2111:48:21 UhrUhr 83

islands, exchanging sediment between the inner and outer coast. Beaches along the islands may only grow up the sea level rise where there is a sufficient supply of sediment. Our geological investigations Exponierte Sandküsten wie die von Sylt sind beson- aim to identify areas of sediment deficiency, which ders neuralgische Zonen bei beschleunigt ansteigen- may be compensated with artificial sediment reple- dem Meeresspiegel. Deshalb werden hochaufgelöste nishments. Storm-related sea level variations along Bildserien über Fernerkundung erstellt und ausgewer- the North Sea coast over the last 40 years have now tet. So können die morphologischen Veränderungen been simulated with numerical high-resolution mo- im Strand- und Dünenbereich quantitativ beschrie- delling. These hindcasts will be used to identify rela- ben werden. Unter Wasser wurden mit akustischen tionships to sediment transport in the nearshore zone. Methoden (RoxAnn) und einem Fächerlot bis zu sie- Temperature also plays a significant role in the ben Meter hohe Sedimentwellen vermessen, die sich long-term development of coastal processes. The in den tiefen Gezeitenrinnen zwischen den Barriere- long term data set Helgoland Roads has been exten- inseln ausbilden. Sie sorgen für Sedimentverlage- sively analysed against the backdrop of Global rungen zwischen Innen- und Außenküste. Nur wo die Change. There has been an evident warming of 1.1 Innenküste von der Nordsee viel Sediment erhält, °C since 1962 and the spring phytoplankton bloom sind die Inselstrände in der Lage mit dem Anstieg des and high diatom abundances are occurring later in Meeresspiegels mit zu wachsen. Unsere geologischen spring. We have shown by analyses of the data series, Untersuchungen sollen Defizitbereiche in der Sedi- as well as in experiments, that this is related to a mentverteilung identifizieren, damit der Küstenschutz warming in the autumn and consequent extended durch künstliche Sandzufuhr Gefahren für die Insel- grazing of zooplankton. We have also analyzed the substanz abwenden kann. Von Bedeutung für die Se- shifts in species composition, revealing a change in dimentumlagerungen an der Küste sind auch die von phytoplankton succession to diatom species, e.g. Stürmen verursachten Hochwasserstände. Numerische Gunardia delicatula, that prefer warmer waters. Modelle zu deren Schwankungen in den letzten vier- These data are the first indication of a warming-rela- zig Jahren liefern jetzt eine kritische räumliche Auflö- ted shift in phytoplankton succession, timing of the sung, die eine Übertragung auf ufernahe Sedimentbe- spring bloom and food web changes. The conse- wegungen möglich macht. quences of this are expected to be life cycle/ food Auch der Temperaturentwicklung kommt eine trei- resource mismatches through to regime shifts in the bende Rolle bei langfristigen Veränderungen an der North Sea. Nordseeküste zu. Die Dauermessungen auf der Hel- Such shifts have also been seen in the salinity of goländer Reede wurde vor dem Hintergrund des glo- the system, which has steadily risen by an average of balen Wandels eingehend analysiert. Sie zeigen seit 1 unit in 40 years. This is probably related to a change 1962 eine Erwärmung um 1,1 °C und parallel dazu in movements of water masses in the North Sea. With stellt sich überraschenderweise die Frühjahrsblüte im Algenplankton zunehmend später ein. Die Datenana- lysen in Kombination mit Experimenten zeigen, dass dies mit einer herbstlichen Erwärmung zusammen-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs183Abs183 005.04.20065.04.2006 11:48:2211:48:22 UhrUhr 84 3. Forschung Research

the help of models, we have shown for the first time that salinity ‘events‘ often originate from an influx of water from the North Sea west of Helgoland and that low salinity events are typically related to movement hängt. Die wiederum ermöglicht es dem Zooplankton of water from the northeast towards Helgoland. Un- länger vom Algenplankton zu fressen und dadurch like previously assumed, low salinity events are not dessen Entwicklung im folgenden Frühjahr zu verzö- directly attributable to the outflow of the River gern. Elbe. This information is an important milestone in Auch im Artenspektrum der Planktonalgen haben understanding changes in the water systems of the sich schon Veränderungen gezeigt. So ist z.B. die German Bight. wärmeliebende Kieselalge Gunardia delicatula häu- Changes in the biota are not only caused by cli- figer geworden. Überprüft wurde dieser Befund mit mate change and anthropogenic nutrient supply. The Untersuchungen zu Wachstum und Vermehrung un- direct exchange of organisms transported by increa- ter vorgegebenen Temperaturbedingungen im Labor. sing global ship traffic, as well as via expanding Unsere Daten sind der erste Hinweis, wie die gene- aquaculture in the sea, are becoming ever more relle Erwärmung zu Verschiebungen in der saisonalen important. Because native oysters have been driven Algenentwicklung und im Nahrungsnetz führen kann. to extinction by overexploiting the natural stocks in Neben der Temperatur ist auch der Salzgehalt im the Wadden Sea, culturing of Pacific oysters (Cras- Wasserkörper um die Insel Helgoland leicht angestie- sostrea gigas) commenced twenty years ago. These gen. Mit Hilfe von Modellen konnte dies durch einen oysters have become ‘wild’ through dispersal of their verstärkten Zustrom von Nordseewasser aus Westen larvae, which settled upon mussel beds. Quantita- erklärt werden. Episoden mit geringerem Salzgehalt tively this remained rather unimportant until recent- resultierten aus einem Zustrom aus Nordost. Im Ge- ly when three particularly warm summers in a row gensatz zu früheren Annahmen ist also nicht direkt (2001 to 2003) initiated an unexpected invasion of das Elbwasser für solche Episoden verantwortlich. oysters. Throughout the entire Wadden Sea, mussel Diese Erkenntnis ist ein wichtiger Meilenstein im Ver- beds became overgrown by the Pacific oysters (see ständnis der Veränderungen des Wassersystems der Figure 1). Deutschen Bucht. What are the consequences of the shift from mus- Die Lebensgemeinschaften im Küstenwasser ändern sels to oysters for the ecosystem? Are the Pacific sich aber nicht nur durch Klimawandel und anthropo- oysters an appropriate substitute for those oysters gene Erhöhung der Nährstoffkonzentrationen, son- which once were native in the Wadden Sea? Our dern auch direkt durch den globalen Austausch von experiments show that the success of the Pacific Organismen durch immer mehr und immer schneller oysters is due to a lack of predation. Crabs and sea fahrende Schiffe sowie durch die weltweit zuneh- stars always preferred mussels over oysters in choice mende Aquakultur. Da die heimischen Austern durch experiments. Furthermore, coastal birds were unable Raubbau aus dem Wattenmeer verschwanden, wurden vor zwanzig Jahren Pazifische Austern (Cras- sostrea gigas) in Zucht genommen. Diese wilderten sich über ihre Planktonlarven aus und setzten sich im

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs184Abs184 005.04.20065.04.2006 11:48:2211:48:22 UhrUhr 85

to take these oysters as prey because of the strong shell. Although the oysters are important suspension- feeders, consuming abundant biomass of phytoplankton, they constitute a dead-end in the food web. Gezeitenbereich auf den Bänken der Miesmuscheln Moreover, Pacific oysters are not an ecological equi- fest. Zunächst quantitativ unbedeutend, nahm die In- valent for the native oysters. While Pacific oysters vasion der Austern aber durch drei besonders warme have invaded the intertidal zone and have taken the Sommer (2001 bis 2003) überraschend eine so rasante place of mussels in this niche, native oysters once Entwicklung, dass überall im Wattenmeer Muschel- dwelled alongside the tidal channel just below the bänke von Austern überwachsen wurden (siehe Abb. 1). zone of the mussels. The native species were asso- Was sind Auswirkungen dieses Wechsels von Mies- ciated with a rich and unique assemblage of algae muscheln zu Austern für das Ökosystem und können and invertebrates. Pacific oysters, in contrast, pro- die Pazifischen Austern als Ersatz für die heimischen vide a habitat for the associated species of mussel Austern gelten? Unsere Experimente zeigten, dass der beds. Erfolg der Pazifischen Austern insbesondere darauf beruht, dass sie in der Nordsee keine ernsthaften Fressfeinde haben. Krebse und Seesterne bevorzugen

Abb. 1: Die charakteristischen Muschelbänke im Wattenmeer werden überwachsen von der ein- geschleppten Pazifischen Auster (rechts). Fig. 1: The characteristic mussel beds in the Wadden Sea taken over by an invasion of Pacific oysters (right).

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs185Abs185 005.04.20065.04.2006 11:48:2311:48:23 UhrUhr 86 3. Forschung Research

On the whole, our investigations on the long-term developments at the North Sea coast indicate an acceleration of change, from geo- and hydrodyna- mics to a turnover in the ecosystem. This has impli- Miesmuscheln. Auch von Vögeln werden die hart- cations for the quality targets agreed upon by the schaligen Austern kaum gefressen. Die Austern filtrie- three Wadden Sea states and on the standards of the ren zwar sehr viel Plankton, stellen selbst aber eine EU Water Framework Directive for coastal water Sackgasse im Nahrungsnetz dar. Pazifische und hei- bodies. mische Auster sind nicht äquivalent im Ökosystem. Während die Pazifische Auster im Gezeitenbereich siedelt und dort den Platz der Miesmuscheln über- nimmt, lebte die heimische Auster in den tiefen Prie- len unterhalb der Miesmuschelzone und war von einer reichhaltigen Lebensgemeinschaft begleitet. Die Pazifischen Austern haben dagegen weitgehend die mit Miesmuschelbänken assoziierten Algen und Wirbellosen übernommen. Insgesamt weisen unsere Untersuchungen zu den langfristigen Entwicklungen an der Nordseeküste auf eine Beschleunigung der Veränderungen hin, von der Geo- und Hydrodynamik hin zum ökologischen Sys- tem. Das hat Implikationen auf die gesetzten Quali- tätsziele im Rahmen der Vereinbarungen zwischen den Wattenmeeranrainern und der Richtlinien der EU für den Zustand der europäischen Gewässer.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs186Abs186 005.04.20065.04.2006 11:48:2511:48:25 UhrUhr 87

CO2: Coastal Diversity: Key Species and Food Webs

CO2: Küstendiversität: Schlüsselarten A holistic scientific appraisal of coastal seas is necessary to understand the functioning of diverse habitats und Nahrungsnetze and the encumbering pressures upon the ecosystem. Within the MARCOPOLI programme, we have suc- Unser Forschungsziel ist das holistische wissenschaft- cessfully managed to network diverse disciplines, in- liche Verständnis der Schelfmeere, insbesondere be- troducing innovative technology to provide concepts zogen auf die ökologische Vielfalt der Nordsee so- to answer fundamental ecological questions with par- wohl in ihren unterschiedlichen Habitaten als auch ticular emphasis on the ecological diversity of the im Hinblick auf die Gefährdungen eines solchen North Sea. The research is designed with particular Ökosystems. Innerhalb des MARCOPOLI Programms emphasis on key species, i.e. those that are conside- ist es uns gelungen, verschiedene Disziplinen erfolg- red to have a pivotal role in ecosystem function. reich und eng zu vernetzen, neue Technologien ein- One of the questions was whether key species - zuführen und Konzepte zu entwickeln, die dazu bei- often taken for granted as unitary, based upon mor- tragen werden, grundlegende ökologische Fragen zu phological criteria from various populations - are beantworten. Unsere Forschungen befassen sich be- really functionally identical or whether they occupy sonders intensiv mit der Funktion der Ökosysteme different niches. This extends to include the informa- und deren Schlüsselorganismen, d.h. mit solchen Ar- tion required to deal with the poorly explained ten, die als Dreh- und Angelpunkte des Systems auf- “Paradox of the Plankton” – why are there so many zufassen sind. different co-occurring ‘species‘ within the same Eine der Fragen ist, inwieweit Schlüsselorganismen, apparent ecological niche? For example, the centric die bisher aufgrund morphologischer Kriterien als ein diatom Thalassiosira rotula, which plays a pivotal und dieselbe Art galten, tatsächlich funktionell iden- role in the food chain, was isolated all over the North tisch sind und ob sie in verschiedenen Populationen Sea and at different times of the year. The taxonomy, unterschiedliche Nischen besetzen. Wir sammeln In- genetics, physiology and ecology of this species have formationen, die sich auf das bisher sehr wenig ver- been examined in detail. The outcome is that this standene „Plankton-Paradoxon“ beziehen, warum es ‘one‘ species is so diverse in its adaptations to diffe- so viele verschiedene sympatrische „Arten“ in dersel- rent water conditions that one has to rethink its defi- ben ökologischen Nische gibt. Zum Beispiel wurde nition. In response to temperature alone, we found die zentrische Diatomee Thalassiosira rotula – eine both warm-water and cold-water adapted strains of Art, die eine Schlüsselfunktion in der Nahrungskette T. rotula. We also discovered that the toxic aldehy- spielt – in der gesamten Nordsee zu verschiedenen des produced as a predator defence vary conside- Jahreszeiten isoliert. Ihre Taxonomie, Genetik, Phy- siologie und Ökologie wurde eingehend untersucht. Das Ergebnis ist, dass diese „eine“ Art so verschiedene Anpassungen an unterschiedlichste Wasserkör-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs187Abs187 005.04.20065.04.2006 11:48:2511:48:25 UhrUhr 88 3. Forschung Research

rably depending on the nutrient status of the alga. This has significant consequences with regard to our thinking on chemically mediated predator defence mechanisms. We also showed some other potential per und -temperaturen zeigt, dass die Art nun völlig predator defence strategies, e.g. adaptations for lar- neu definiert werden muss. Es gibt dabei wärme- und ger cell size, may not always be effectiv as a defence. kälteadaptierte T. rotula. Wir haben auch entdeckt, For example, the heterptrophic dinoflagellate Gyro- dass die toxischen Aldehyde, die von der Diatomee dinium spirale successfully ingests T. rotula and zur Fraßabwehr produziert werden, ganz entschei- Paralia sulcata chaines (see Figure 2) much larger dend vom Nährstoffstatus der Alge abhängig sind. than itself. Dieses beeinflusst unser Verständnis der Räuberab- While studying key species, it is imperative to look wehr erheblich. Wir konnten weiterhin zeigen, dass at their context within the ecosystem, such as their mögliche Strategien zur Fraßvermeidung weder mit relationship with other microorganisms. Interestin- der chemischen Abwehr, wie durch Aldehyde, noch gly, analogous to larger organisms, we found that mi- mit der Größe des Beuteorganismus zu tun haben croalgae (including T. rotula) are ‘micro-platforms‘ können. Als Beispiel für den Größenzusammenhang or micro-habitats for their own populations of bacte- soll hier der heterotrophe Dinoflagellat Gyrodimium ria. Specific microalgae harbour different bacteria spirale dienen, der sowohl T. rotula als auch eine (an example of thus far hidden diversity), potentially Paralia sulcata-Kette inkorporiert hat, die viel größer in symbiotic relationships. Such relationships might als sie selbst ist (Abb. 2). prove to be the limiting factor in microalgal uptake Wenn man sich mit Schlüsselarten befasst, ist es of nutrients. notwendig, ihre Rolle im Ökosystem im Auge zu Parasitism is often ignored in ecosystem studies behalten – wie zum Beispiel Beziehungen zu ande- but it may nevertheless be important. In our studies, ren Mikroorganismen. In Analogie zu größeren Orga- we found a three-fold higher number of parasites nismen ist es interessant, dass Mikroalgen einschließ- than host species in the Watt, albeit with variable lich T. rotula „Mikro-Siedlungsplattformen oder Mi- infestation rates. Native parasites even adopt non- kro-Habitate“ für ihre eigenen Bakterien-Populatio- native bivalves introduced into the North Sea. Such nen sind. Spezifische Mikroalgen beherbergen dabei relationships span many trophic levels and this can auch verschiedene Bakterien (ein Beispiel für ver- be studied using modelling techniques newly applied steckte bzw. bisher unerkannte Diversität), mögli- to shallow coastal seas. Ecosystem network analysis cherweise auch als Symbionten. Solche Beziehungen (ENA) has already shown how differences in food- könnten sich als begrenzende Faktoren für die Nähr- chain length or biomass production in a system can stoffaufnahme der Mikroalge erweisen. be compared at different trophic levels. In the Wad- Parasitismus wird gewöhnlich in Ökosystemstudi- den Sea, this method has shown that habitats for en einfach ignoriert, ist aber nicht zu vernachlässi- mussel banks and sea-grass beds show a high degree gen. Wir fanden, dass dreimal mehr Parasiten- als Wirtsarten im Wattenmeer vorkommen können, allerdings mit variablen Befallsraten. Weiterhin adoptie- ren in der Nordsee natürlich vorkommende Parasiten

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs188Abs188 005.04.20065.04.2006 11:48:2511:48:25 UhrUhr 89

of organisation (ascendancy), whereas sand banks and other areas with high hydrodynamic exposure are not so highly organised. This will in some part be related to the interactions and adaptations of the key sogar eingeschleppte Muschelarten. Solche Bezie- species in these habitats. hungen überspannen mehrere Nahrungsebenen. Die- Adaptations of organisms to their habitats are cru- ses Phänomen kann unter Einsatz neuer Modellier- cial to their survival and are very diverse. We have Verfahren untersucht werden, die für unsere flachen shown that the survival and fitness of zooplankton Küstengewässer geeignet sind. Mithilfe der Netzwerk- are determined by what they eat. If the total carbon analyse (network analysis, ENA) konnten zum Bei- levels (food quality) of the food for zooplankton drop spiel die Länge der Nahrungsketten oder die Biomas- below a certain minimum level they will not feed. se-Produktion über unterschiedliche Trophiestufen Thus, it is not just where they dwell in the water hinweg verglichen werden. In verschiedenen Habita- column, but the cohort species and abundance and ten des Wattenmeeres hat diese Methode gezeigt, quality of seston in their habitat that determines their dass der Organisationsgrad (ascendancy) von Mu- success and the success of the dependent stage of schelbänken und Seegrasbetten hoch ist, während the food web. Similarly, we have shown that in cru- Sandbänke und andere stark hydrographisch expo- staceans the enzymes required for digestion of food nierte Gebiete niedriger eingestuft wurden. Dabei varies from species to species and depends on their sind auch Querbeziehungen zu den Interaktionen eating habits. These adaptations are often analogous und Anpassungen der Schlüsselarten dieser Habitate to the changes in ‘lifestyle‘ that these crustaceans zu erwarten. must undergo in their life history; they often start off Sehr diverse Habitatanpassungen sind essenziell as plankton in the water column and end as adults in für das Überleben von Organismen. Wir haben ge- the benthos. How well these organisms are adapted zeigt, dass die Überlebensfähigkeit und der physiolo- to these extremely different ‘lifestyles‘ and habitats gische Zustand von Zooplankton durch die Nah- determines their success and in turn that of their pre- rungswahl bestimmt werden. Wenn der Kohlenstoff- dators. Often this difference is comparable to an Gehalt (als Maß für die Nahrungsqualität) der Nah- adaptation to living in an extreme habitat, such as in rung des Zooplanktons unter ein bestimmtes Minimum polar waters. Thus, geographical comparisons are fällt, fressen die Tiere nicht mehr. Daraus lässt sich the subject of our comparability studies on key spe- ableiten, dass der Erfolg der Art oder des von dieser cies ranging from macroalgae to crustaceans. Key Art abhängigen Teils des Nahrungsnetzes nicht nur organisms are integrated into an ecosystem concept durch den Aufenthaltsort der Organismen bestimmt based upon knowledge of the habitats, the organisms wird, sondern auch davon, mit welchen anderen in these habitats and their adaptations to their habi- Arten sie assoziiert sind, sowie durch die Menge und tats. Via this information we are beginning to under- Qualität des Sestons in ihrem Habitat. Ebenso konn- stand new and pivotal links of the food chain that are ten wir zeigen, dass die Verdauungsenzyme von vital to successful ecosystem function. Krebsen von Art zu Art stark variieren und von der Ernährungsweise abhängen. Solche Anpassungen sind häufig die Folge von drastischen Änderungen der

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs189Abs189 005.04.20065.04.2006 11:48:2611:48:26 UhrUhr 90 3. Forschung Research

Lebensweise dieser Krebse während ihrer Entwick- lung. So beginnen sie ihr Leben oft als Larven in der Wassersäule (Meroplankton) und gehen später als Adulte zum Bodenleben im Benthos über. Der Grad der Anpassung solcher Tiere an die extrem unterschiedlichen Habitate und Lebensweisen bestimmt ihren eigenen ökologischen Erfolg ebenso wie den der auf sie angewiesenen Räuber. Häufig entsprechen solche Übergänge dem Leben in Extremsituationen beziehungsweise extremen Habitaten – wie etwa in den Polargebieten. Daher sind geographische Ver- gleiche an Schlüsselarten von Makroalgen bis zu Krebsen Teil unserer Untersuchungen. Schlüsselorga- nismen werden in ein Ökosystem-Konzept inte- Abb. 2: Mikroskopenaufnahme der gedehnten griert, das auf neuen Kenntnissen der Habitate, der Zelle eines heterotrophen Dinoflagellaten nach Arten in diesen Habitaten und ihrer Anpassungsfä- Ingestion einer 16 Zellen langen Kette der Diato- higkeit beruht. Dank dieses Vorgehens erhalten wir mee Paralia sulcatia. zunehmend Hinweise auf entscheidende Beziehun- Fig. 2: An optical micrograph of a heterotro- gen innerhalb der Nahrungsketten, die für die Funk- phic dinoflagellate showing its distended shape tion des Ökosystems von vitaler Bedeutung sind. after ingesting a 16 cells long chain of the diatom Paralia sulcatia.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs190Abs190 005.04.20065.04.2006 11:48:2611:48:26 UhrUhr 91 CO3: Chemical Interactions: Ecological Function and Effects

CO3: Chemische Interaktionen: Marine organisms produce a vast array of natural Ökologische Funktionen und Effekte substances with high biological activity against other species or which act as chemical messengers within a population of a given species. These bioactive me- Marine Organismen produzieren eine große Band- tabolites may play a crucial role in chemical de- breite von Naturstoffen, die biologisch hochwirksam fence, predation, sexual reproduction, life history gegenüber anderen Arten sind oder als chemische transitions and migratory behaviour. Classic research Botenstoffe innerhalb der Population einer bestimm- on the natural products chemistry of marine orga- ten Art dienen. Diese bioaktiven Metabolite (Stoff- nisms (primarily benthic invertebrates from topical wechselprodukte) können eine ausschlaggebende and sub-tropical environments) has often focused on Rolle bei der chemischen Verteidigung, dem Nah- structural elucidation of novel metabolites as poten- rungserwerb, der sexuellen Reproduktion, im Lebens- tial pharmaceuticals. More recently, bioactive scree- zyklus und beim Migrationsverhalten sowie ande- ning for drug discovery and other biotechnological ren noch nicht beschriebenen Prozessen spielen. Die applications has also targeted marine bacteria, cya- klassische Naturstoff-Forschung bei marinen Orga- nobacteria, fungi and eukaryotic microalgae and nismen fand in erster Linie bei benthischen Inverte- macroalgae and this is expected to accelerate with braten aus den Tropen und Subtropen statt und kon- the implementation of genomic and proteomic tech- zentrierte sich häufig auf die Entschlüsselung der nologies. Nevertheless, the chemical ecology – the Zusammensetzung von neuen Metaboliten als mög- relationship between the structure and function of liche Arzneimittel. In letzter Zeit zielten bioaktives marine bioactive substances in an ecological context Screening zur Entdeckung von medizinisch wirksa- – remains poorly described, especially in temperate men Substanzen und andere biotechnologische Ver- and polar coastal ecosystems. Our research approach fahren ebenfalls auf marine Bakterien, Cyanobakte- is to move beyond the static description of marine rien, Pilze und eukaryotische Mikro- und Makroalgen. natural products to a dynamic perspective of their Es wird erwartet, dass dies mit der Anwendung von function in food webs and coastal ecosystems. This genomischen und proteomischen Technologien noch knowledge is combined with ecological chemistry zunimmt. Dagegen ist die ökologische Chemie - die and ecotoxicological process studies linked to the Beziehung von Struktur und Funktion von marinen effects of anthropogenic organic pollutants on ma- bioaktiven Substanzen in einem ökologischen Zu- rine food webs and ecosystem health from the mole- sammenhang - vor allem in gemäßigten und polaren cular and cellular level to individuals within diverse Ökosystemen der Küsten nur wenig beschrieben. populations. We maintain a focus on marine toxins Unser Forschungsansatz geht über die rein statische Beschreibung von marinen Naturstoffen hinaus hin zu einer dynamischen Perspektive ihrer Funktionen in Nahrungsketten und Ökosystemen der Küsten.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs191Abs191 005.04.20065.04.2006 11:48:2711:48:27 UhrUhr 92 3. Forschung Research

from various source organisms as key elements of our studies. The combination of natural products and anthropogenic organic components research in an ecological content has created a unique programme Diese Kenntnisse werden kombiniert mit ökologisch- for understanding the dynamics of our coastal ecosy- chemischen und ökotoxikologischen Prozess-Studien stems. zu den Auswirkungen anthropogener organischer Bacterial isolates from diverse marine habitats Schadstoffe auf marine Nahrungsketten und der Ge- have proven to be a rich source of novel marine bio- sundheit des Ökosystems; von der molekularen und active compounds. Actinomycetes from mangrove zellularen Ebene bis hin zu den Individuen innerhalb areas have yielded a broad spectrum of natural pro- unterschiedlicher Populationen. Marine Toxine ver- ducts. The trioxacarcins, in particular, exhibited ma- schiedener Organismen bleiben Schlüsselelemente nifold reactions in bioassays, including high anti- unserer Untersuchungen. Die Verbindung von Natur- bacterial, anti-tumour and anti-malarial activity. stoff-Forschung und der Forschung an anthropogenen Screening of Arctic sea-ice bacteria revealed a bac- organischen Substanzen in einem ökologischen Zu- terium affiliated to Flavobacterium that produced 21 sammenhang hat zu einem einmaligen Programm different mono- and di-nitrophenol compounds, zum Verständnis der Dynamik in unserem Küsten- some of which may be effective as iron chelators – Ökosystem geführt. an important function in microbial loop dynamics. Bakterien von unterschiedlichen marinen Stand- Eukaryotic protists, including species of marine orten erwiesen sich als reiche Quelle neuer mariner phytoplankton and benthic microalgae, are capable biologischer Wirkstoffe. Actinomyceten aus Mangro- of biosynthesis of potent marine phycotoxins with ven haben ein breites Spektrum an Naturstoffen erge- high bioactivity as enzyme inhibitors or ion-channel ben. Interessante und vielfältige Wirkungen wurden effectors. We have characterized the genetic struc- besonders bei Trioxacarcin-Verbindungen festgestellt, ture and intra-population variation in Alexandrium von denen alle eine hohe antibakterielle und einige tamarense, a dinoflagellate species that produce sogar hohe cytotoxische sowie antiplasmodiale Akti- neurotoxins associated with paralytic shellfish poiso- vitäten zeigten. Das Screening einer größeren Kollek- ning (PSP). Clonal isolates (>200) collected from the tion von arktischen Meereisbakterien auf Naturstof- Scottish east coast were subjected to phenotypic fen deckte ein Flavobakterium auf, welches 21 un- analysis of morphological characteristic and toxin terschiedliche Mono- und Dinitrophenole produziert, composition, and complementary genotypic analysis wobei einige dieser Nitroverbindungen vermutlich with molecular markers. The work has revealed a als Eisenchelatoren dienen - eine wichtige Funktion surprisingly high intra-population variation in PSP bei der Dynamik des mikrobiellen Nahrungsnetzes. toxin content and profiles, as well as allelochemical Eukaryotische Protisten mit den Arten des marinen potency to potential protistan grazers and compe- Phytoplanktons und den benthischen Mikroalgen titors. Genetic markers, such as microsatellites and haben das Potential zur Biosythese potenter mariner Phycotoxine mit hoher biologischer Aktivität als Enzyminhibitoren oder Ionenkanal-Hemmstoffe. Ei- nen Schwerpunkt unserer Untersuchungen bildete

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs192Abs192 005.04.20065.04.2006 11:48:2811:48:28 UhrUhr 93

amplified fragment length polymorphism (AFLP), have demonstrated similarly high genetic variation among isolates from discrete populations of A. tamarense. In spite of the consistent high variation, there die Charakterisierung der genetischen Struktur und is no obvious correlation between the patterns of der Variabilität innerhalb einer Population von Alex- expression of known toxins, allelochemical activity andrium tamarense. Diese Dinoflagellatenart produ- and the genetic markers we have established. ziert Neurotoxine, welche die paralytische Muschel- The Cnidaria (or jellyfish and their allies) have in- vergiftung (PSP) hervorrufen. Anhand von klonalen habited the oceans for ca. 670 million years and Isolaten von der Schottischen Ostküste wurden phä- represent a major zooplanktonic fraction in North notypische Analysen sowohl der morphologischen Sea coastal waters. There are dangerous stingers Merkmale als auch der Toxin-Zusammensetzung among the jellyfish, which can cause painful dermal durchgeführt. Ergänzend fanden genotypische Ana- injuries, muscle cramps and cardiac dysfunction lysen mit molekularen Markern statt. In diesen after contact by humans. Jellyfish prey on fish eggs, Arbeiten zeigte sich eine überraschend hohe Variabi- larvae and small fish thereby causing a severe impact lität innerhalb der Population, sowohl in Bezug auf on fish populations. Some species are also inhabited PSP Toxingehalte und Toxin-Zusammensetzung als by bacterial endobionts. Basic biochemistry of the auch in Bezug auf allelochemische Effekte auf poten- cnidarian toxins and the role of bacterial endobionts tielle Fraßfeinde und Konkurrenten. Der Einsatz gene- are generally unknown. Cnidaria were collected tischer Marker, wie Mikrosatelliten und AFLP (ampli- from waters of the German Bight (Helgoland), the fied fragment length polymorphism) zeigte eine Hebrides and the Orkney Islands (cruises HE 209 in vergleichbar hohe genetische Variabilität innerhalb 2003; HE 230 in 2004). Tentacles from Scyphozoa, der Isolate aus einer diskreten Population von A. ta- Hydrozoa and Anthozoa were used for the isolation marense. Trotz dieser übereinstimmend hohen Varia- of venom containing capsules and the investigation bilität konnte keine klare Korrelation zwischen den of endobiotic bacteria. Although the ecological func- Expressionsmustern der bekannten Toxine, der allelo- tions are not yet clear, phylogenetic identification of chemischen Aktivität und den von uns etablierten endobiotic microorganisms, chemical analysis of the genetischen Markern festgestellt werden. toxins and interpretation of cellular effects are well Cnidaria, zu denen unter anderem die Quallen advanced. gehören, bewohnen die Ozeane seit ca. 670 Millio- A systematic investigation of the most abundant nen Jahren. Sie bilden eine Hauptfraktion des Zoo- sponges of the North Sea (Orkney and Shetland planktons in den Küstengewässern der Nordsee. Islands), the Arctic (Spitsbergen) and the Caribbean Unter den Quallen gibt es besonders gefährliche Spe- Sea has revealed a broad spectrum of biological acti- zies, welche bei versehentlichem Kontakt dem Men- vities. The antibacterial, cytotoxic and enzyme-inhi- schen schmerzhafte Hautverletzungen, Muskel- bitory effects of North Sea and Arctic sponges were krämpfe und Herz-Fehlfunktionen zufügen können. Quallen er-nähren sich von Fischeiern, Larven und kleinen Fischen. Sie verursachen starke Verluste der Fischpopulationen. Einige Arten werden auch von

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs193Abs193 005.04.20065.04.2006 11:48:2811:48:28 UhrUhr 94 3. Forschung Research

comparable to those of specimens of warmer habitats. Chemical ecological studies showed a feeding deterrent and antimicrobial activity of the Arctic sponge Haliclona viscosa. The responsible com- bakteriellen Endobionten bewohnt. Hier fehlen bis- pounds, 3-alkylpyridinium alkaloids, were isolated lang die biochemischen Basisinformationen sowohl and identified as new natural products via mass über die Nesseltiergifte als auch über die Rolle der spectrometry. By comparison, stereochemistry of 11 bakteriellen Endobionten. Cnidaria wurden in den new natural products from the Caribbean sponge Gewässern der Deutschen Bucht (Helgoland), den Stylissa caribica, including the stylissadines, com- Hebriden und den Orkney Inseln gesammelt (For- plex pyrrole-imidazole alkaloids, were established schungsfahrten HE 209, 2003 und HE 230, 2004). by NMR- spectroscopy. Of special interest is that the Tentakeln von Scyphozoa, Hydrozoa und Anthozoa feeding-deterrent effect of this class of compounds dienten der Isolierung der Nesselkapseln und der was associated with their activity as blockers of cel- Untersuchung endobiontischer Bakterien. Obwohl lular calcium-ion channels. die ökologischen Funktionen noch unklar sind, ist die Bromophenols are natural products that are also phylogenetische Identifizierung der endosymbionti- produced industrially as flame retardants. These schen Mikroorganismen, die chemische Strukturana- compounds are found in many marine organisms, lyse der Toxine und die Klärung der zellulären Effekte including fish, crustaceans, polychaete worms and auf gutem Wege. even mammals. Bromophenols are considered to Eine systematische Untersuchung der am häufigs- cause the ‘seafood taste‘ in fish, although the highest ten vorkommenden Schwämme der Nordsee (Ork- natural concentrations are found in macroalgae. As ney- und Shetland-Inseln), der Arktis (Spitzbergen) suspected ‘endocrine disruptors‘, bromophenols und der Karibik ließ ein breites Spektrum biologischer may disturb hormonal regulation in mammals. We Aktivitäten erkennen, wobei die antibakteriellen, zell- have also investigated feeding deterrent properties of toxischen und enzymhemmenden Wirkungen ver- pyrrole alkaloids from marine sponges. Both bromi- gleichbar mit denen von Schwämmen wärmerer Ge- nated pyrrole alkaloids and phenols alter intracellu- biete sind. Ökologische Untersuchungen bewiesen, lar calcium signals of neuroendocrine cells (hor- dass Extrakte des arktischen Schwamms Haliclona mone-producing type PC12). Pyrrole alkaloids re- viscosa fraßhemmende und antimikrobielle Aktivitä- duce calcium ion inward currents through vol- ten beinhalten. Die hierfür verantwortlichen Verbin- tage-operated membrane channels, whereas bromi- dungen, 3-Alkylpyridinium-Alkaloide, konnten iso- nated phenols release additional calcium ions from liert und mittels Massenspektrometrie als neue Na- intracellular calcium stores. We have shown the po- turstoffe identifiziert werden. Aus dem karibischen tential of these substances to act as potent chemical Schwamm Stylissa caribica konnten insgesamt elf signals in isolated cells and chemosensory organs of neue Naturstoffe isoliert und mittels spektroskopi- sea slugs and shrimps. scher Methoden in ihrer Struktur aufgeklärt werden. Von besonderem Interesse sind die Stylissadine, komplexe Pyrrolimidazol-Alkaloide, deren Stereochemie über NMR-Spektroskopie ermittelt wurde. Die für

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs194Abs194 005.04.20065.04.2006 11:48:2911:48:29 UhrUhr 95

The development of diagnostic techniques based upon genetic and cellular properties, as well as biochemical and pathological markers, is a key issue for monitoring and risk assessment of global marine pol- diese Verbindungsklasse bereits bekannte fraßhem- lution. Our major goals of the past two years have mende Wirkung auf Fische konnte mit ihrer Wirkung been the identification of health effects of pollution als Calciumkanalblocker korreliert werden. in central metabolic organs of marine vertebrates Einige Bromphenole sind Naturstoffe, werden aber and invertebrates using flatfish and mussels as indi- auch industriell als Flammschutzstoffe hergestellt. Sie cator organisms (EU BEQUALM initiative). By inter- kommen in vielen Meeresorganismen wie Fischen, linkage of pathological events during toxic injury Krebsen, Polychaeten und auch Säugetieren vor. and carcinogenesis with genetic and metabolic Diese Substanzen scheinen für den „Meeresge- changes during detoxification and biotransformation schmack“ von Fischen verantwortlich zu sein und processes and transport of chemical pollutants, a kommen zudem in höchsten Konzentrationen in Ma- suite of biomarkers for integrated assessment of ani- kroalgen vor. Einige Bromphenole stehen im Verdacht mal health has been implemented. We have extensi- „endocrine disrupters“ zu sein und den Hormonhaus- vely validated the so-called ‘core‘ biomarkers in dif- halt zu stören. Wir haben zudem fraßhemmende bro- ferent climate zones, in addition to developing mierte Pyrrolalkaloide aus Schwämmen untersucht. novel stress tests. Crucially, because the data pro- Sowohl bromierte Phenole als auch Pyrrolakaloide ducts are ranked interpretation will be simple for verändern intrazelluläre Calciumsignale neuroendo- environmental managers implementing the new EU kriner Zellen (PC12). Pyrrolalkaloide reduzieren ein- Water Framework Directive. wärts gerichtete Calcium-Ionen-Ströme durch span- nungsabhängige Menbrankanäle, während bromierte Phenole zusätzlich Calcium-Ionen aus intrazellulä- ren Speichern freisetzen. Wir konnten das Potential dieser Substanzen als chemische Signalstoffe an isolierten Zellen und chemosensorischen Organen von Schnecken und Garnelen zeigen. Die Entwicklung biodiagnostischer Verfahren ist Kernthema für die Überwachung und Risikoabschät- zung von gesundheitlichen Auswirkungen der globalen Umweltverschmutzung für Meeresorganismen. Hauptziel der vergangenen zwei Jahre war die Identi- fikation krankhafter Veränderungen in zentralen Stoff- wechsel-und Entgiftungsorganen an Plattfischen und Muscheln als Indikatororganismen (EU Initiative BEQUALM). Auf der Basis von Krankheitsmerkmalen und den damit einhergehenden genetischen und biochemischen und zellphysiologischen Antworten

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs195Abs195 005.04.20065.04.2006 11:48:2911:48:29 UhrUhr 96 3. Forschung Research

Abb. 3: Die Seeanemone Metridium senile ist in den Küstengewässern der Nordsee häufig auf- zutreffen. Daneben eine vergrößerte Ansicht einer intakten Tentakel sowie eine lichtmikrosko- pische Aufnahme endosymbionthischer Bakterien innerhalb der Tentakel. Fig. 3: The sea anemone Metridium senile, commonly found in coastal North Sea waters accompanied by a magnified view of an intact tentacle and a light micrograph of endosymbiotic bacteria within the tentacle

konnte eine Testbatterie von Biomarkern zur integra- tiven Beurteilung des Gesundheitszustandes von CO4: Observation and Information Meeresorganismen entwickelt werden. Die ausführli- for Coastal Management chen Studien im Rahmen des EU Projektes BEEP erlaubte die Validierung von „Core“ Biomarkern in verschiedenen Klimabereichen und die Entwicklung Information on the status and trends in the coastal neuer Stressindikatoren. Künftig kann dadurch das environment, including knowledge of the natural Ausmaß der Stressantworten eingestuft und anhand and anthropogenic causes of change, are the back- von „Caging“ Experimenten kostengünstig im Rah- bone of integrated coastal zone management (ICZM). men von Biomonitoring Programmen gemäß der The aim of our research programme is to provide in- neuen EU Wasser Rahmen Richtlinien durchgeführt tegrated tools and scientific information for formula- werden. ting options for management and utilization of the coast in a safe and sustainable manner. The major challenge and strategic objective is to improve monitoring for complex coastal environments by harnes- CO4: Beobachtungen und Informatio- sing the synergy of very different but complementary nen für das Küstenzonenmangement data sets and approaches, such as time series from fixed stations, remote and in situ sensing, laboratory experimentation and model simulations. In some Informationen über den Status und die zeitliche Ent- cases this requires developing appropriate new ob- wicklung der Küste sowie Kenntnisse über deren servation techniques. Here we highlight two aspects anthropogene und natürliche Ursachen sind das dealing with the development and application of Rückgrat eines integrierten Küstenmanagements. Ziel

des Arbeitspakets CO4 ist es, wissenschaftliche Infor- mationen und geeignete Entscheidungshilfen für das Küstenmanagement bereitzustellen. Anhand unserer

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs196Abs196 005.04.20065.04.2006 11:48:3011:48:30 UhrUhr 97

new plankton observation techniques and environmental assessment. Harmful algal blooms (HABs) are components of the phytoplankton that are responsible for fish and Forschungsarbeiten können Optionen entwickelt shellfish toxicity, thereby causing damage to fishe- werden, wie die Nutzung der Küsten sicher und nach- ries and aquaculture resources and indirectly to hu- haltig gestaltet werden kann. Die kostengünstige man health after consumption of toxic seafood. In Integration verschiedenster, komplementärer Daten addition, HABs can cause localized devastation to beispielsweise aus der Fernerkundung, von perma- marine ecosystems affecting recreational and other nenten Überwachungsstationen, aus Laborexperi- uses of the coastal zone and via propagation of toxins menten und Modellen ist zur Zeit eine der großen through marine food chains. As a consequence, it is Herausforderungen bei der Überwachung komplexer necessary to implement comprehensive strategies for Küstensysteme. Die Entwicklung neuer Beobach- monitoring and eventual prediction of these bloom tungstechniken und die Beurteilung des Umweltsta- events. The detection and quantification of toxic tus sind in diesem Zusammenhang zwei besonders algae is traditionally based on microscopic investi-

hervorzuhebende Aspekte des Arbeitspakets CO4. gations by specialized personnel and requires taxo- Toxische Algenblüten sind Teil des Phytoplanktons, nomic know-how. With partial support of the EU- dessen Toxine sich in Fischen und Muscheln anrei- project ALGADEC, we are developing a fully auto- chern können. Dadurch gefährden sie Fischerei, mated DNA-biosensor system for the parallel de- Aquakultur und letzten Endes die menschliche Ge- tection of up to 14 species (to date) based on mole- sundheit. Weiterhin können toxische Algenblüten lo- cular probes. The development of species-specific kal verheerende Auswirkung auf die Meeresumwelt probes for the most relevant toxic algae of three haben und dadurch die wirtschaftliche Nutzung oder European regions has been completed. A prototype den Freizeitwert einer Küstenregion beeinträchtigen. of a multiprobe-chip and the microfluidics-chamber, Aus diesen Gründen ist es notwendig, umfassende which are at the heart of the DNA-biosensor, are also Strategien zur Überwachung und Vorhersage solcher now available. Parallel development of biooptical in toxischen Blüten einzuführen. Der Nachweis und die situ sensing technology for HABs has been imple- Quantifizierung toxischer Algen basierten bis vor kur- mented for aquaculture sites in coastal embayments zem auf mikroskopischen Untersuchungen. Sie konn- in eastern Canada and along the Mediterranean coast ten nur von Spezialisten mit guten taxonomischen of Spain. We have a complete continuous time series Kenntnissen durchgeführt werden. Unterstützt vom of biooptical data related to seston distribution and EU-Projekt ALGADEC haben wir einen DNS- Biosen- plankton blooms (including periods where toxic spe- sor für den vollautomatischen Nachweis toxischer cies were present) over several months for these Algen entwickelt. Mit Hilfe molekularer Sonden kön- sites. The AWI has played a crucial role in the con- nen wir bis zu 14 verschiedene Algenarten parallel ception of the Science Plan for GEOHAB – the Glo- nachweisen. Für die in drei ausgewählten europä- ischen Küs-tenregionen am häufigsten vorkommenden toxischen Algen sind artspezifische Sonden entwickelt worden. Ein Prototyp des Multi-Probe-Chips

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs197Abs197 005.04.20065.04.2006 11:48:3111:48:31 UhrUhr 98 3. Forschung Research

bal Oceanography and Ecology of Harmful Algal Blooms – and has developed technological linkages for comparative field studies on the North Sea coasts of Scotland and Norway. und eine Mikrofluidic-Hybridisierungskammer – Zooplankton have a critical function in coastal beide wesentliche Bestandteile des DNS-Biosensors and shelf marine ecosystems by controlling phyto- – stehen ebenfalls zur Verfügung. Parallel entwickelte plankton abundance and thereby transferring bio- in situ bio-optische Sensoren für toxische Algenblü- mass and energy to sustain higher trophic levels, ten wurden in Buchten mit Aquakulturen entlang der such as fish populations. We have developed a new ostkanadischen Küste, im Mittelmeerraum und Spa- plankton recorder to detect zooplankton and to fol- nien eingesetzt. Mittlerweile liegen für diese Gebiete low their dynamics at small temporal and spatial kontinuierliche Zeitreihen bio-optischer Parameter scales. A new light-frame design (patent applied for) vor, die in Zusammenhang mit Schwebstoffen und enables quantification of zooplankton with video gelegentlich auftretenden toxischen Algenblüten über techniques. The high-resolution pictures allow un- mehrere Monate erhoben wurden. Das Alfred-We- precedented taxonomic resolution. gener-Institut hat wesentlich zur Konzipierung des By combining these and further observation tech- Wissenschaftsplanes für GEOHAB (Global Oceano- niques, we intend to observe pelagic ecosystems on graphy and Ecology of Harmful Algal Blooms) beige- different levels, ranging from light and nutrients as tragen und sich für vergleichende Feldstudien entlang forcing functions to phytoplankton and zooplankton der Nordseeküste von Schottland und Norwegen en- dynamics. Integration of online data into models, in gagiert. collaboration with our GKSS research partners, will Das Zooplankton spielt in marinen Küstensystemen ultimately allow for hindcasting, testing of alterna- eine dominierende Rolle. Es kann durch Abweiden tive scenarios and ultimately short-term prediction die Entwicklung von Phytoplanktonblüten kontrollie- of bloom development. ren und ist gleichzeitig eine wichtige Nahrungsgrund- We have evaluated research and monitoring data lage für Fische. Um die räumliche und zeitliche to assess the current status of the Wadden Sea and Dynamik des Zooplanktons besser zu überwachen, trends in the framework of the Wadden Sea Qua- wurde ein neuer Planktonrecorder konzipiert. Das lity Status Report. Major contributions include the Gerät basiert auf einer eigens dafür entwickelten assessment of the eutrophication status of seagrass Lichtquelle (Patent angefragt), die eine genaue Quan- and of the macrobenthos. In general, the Wadden tifizierung des Zooplanktons mittels Video-Technik Sea is developing in a positive way, however, there ermöglicht. Durch die extrem hohe Schärfe der Bilder are important caveats. Introduced species have thus ist eine bisher unerreichte taxonomische Auflösung far not posed an overall threat to the Wadden Sea möglich. ecosystem. Nevertheless, vigilance is required with Durch Kombination dieser und weiterer Beobach- respect to newly introduced species, such as the tungstechniken wird es zukünftig möglich sein, das Pacific oyster. pelagische Ökosystem auf verschiedenen Ebenen um- fassend zu analysieren – von Licht und Nährstoffen bis hin zu Phyto- und Zooplankton. Zusammen mit den

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs198Abs198 005.04.20065.04.2006 11:48:3211:48:32 UhrUhr 99

Küstenforschern der GKSS könnten durch die Integra- tion von on-line-Daten in Modellen kurzfristige Vorher- sagen zum Beispiel von Algenblüten gemacht werden. Im Rahmen des „Quality Status Report Wadden Sea“ (Qualitätszustandsbericht des Wattenmeeres) haben wir Forschungs- und Überwachungsdaten ausgewer- tet. Wichtige Beiträge umfassen die Einschätzung des Eutrophierungsstatus sowie den Zustand des Seegra- ses und des Makrobenthos. Im Allgemeinen entwik- Abb. 4: Linkes Bild: Bio-optische Sensoren für kelt sich das Wattenmeer positiv. Allerdings werden Phytoplankton und Gelbstoffe wurden in verschie- neu in das Wattenmeer eingeschleppte Arten ein denen Buchten mit Muschelkulturen entlang des wichtiges Thema für die nahe Zukunft sein. nordatlantischen Ozeans (Ship Harbour, Nova Scotia) und des Mittelmeeres (Alfacs Bucht, Ebro Delta) eingesetzt. Rechtes Bild: Im Wattenmeer dominieren meis- tens Kieselalgen das Phytoplankton. Toxische Dinoflagellaten kommen vor, aber mit niedrigen Zellzahlen (Bild: Dinophysis acuminata). Eine zuverlässige und schnelle Detektion niedriger Zellzahlen mittels in situ Zytometrie und molekularer Sensoren wird ein besseres Management unserer Küstenresourcen ermöglichen. Fig. 4: Biooptical sensors for plankton and CDOM (colored dissolved organic material) have been deployed in several coastal embayments in the North Atlantic (Ship Harbour, Nova Scotia) and the Mediterranean (Alfacs Bay, Ebro Delta) at shellfish aquaculture sites. In the Wadden Sea, diatoms typically dominate the phytoplankton but toxic dinoflagellates (Photo right: Dinophysis acuminata) also occur in these waters, albeit usually in low abundance. Rapid detection of low numbers of these cells by in situ cytometric methods and molecular probes will enable a better assessment of risk to coastal resources.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs199Abs199 005.04.20065.04.2006 11:48:3211:48:32 UhrUhr 100 3. Forschung Research 3.3 POLAR

This part of the AWI research programme deals with processes and interactions in the polar region of 3.3 POLAR the Earth System using interdisciplinary observations and model simulations on time scales ranging from In diesem Teil des AWI-Forschungsprogramms wer- years to millions of years. den Prozesse und Wechselwirkungen im polaren Bereich des Erdsystems anhand von Beobachtungen und Modellsimulationen auf verschiedenen Zeitska- len von Jahren bis zu Jahrmillionen interdisziplinär POL1: Processes and Interactions in untersucht. the Polar Climate System

Physical processes in polar regions POL1: Prozesse und Wechselwirkun- An understanding of climate processes in polar regi- gen im polaren Klimasystem ons requires a detailed study of sea ice and shelf ice as well as their interaction with the oceanic and atmospheric processes. Research in this field concen- Physikalische Prozesse in polaren Regionen trated on observations of the thickness, distribution, Zum Verständnis von Klimaprozessen in Polarregio- and surface topography of sea ice (campaign SVA- nen ist es notwendig, Meer- und Schelfeis sowie LEX) in different parts of the polar regions and on the deren Wechselwirkung mit ozeanischen und atmo- modelling of the atmospheric flow influenced by sphärischen Prozessen zu untersuchen. Unsere For- inhomogeneous sea ice cover. Furthermore, the drift schung in diesem Bereich konzentrierte sich auf Be- of Antarctic icebergs and their decay, as well as obachtungen der Dicke, Verteilung und Oberflä- oceanic processes close to shelf ice regions have chentopographie des Meereises (z.B. Kampagne been modelled. The spectacular collapse of the Lar- SVALEX) in unterschiedlichen polaren Regionen und sen-B ice shelf in 2002 was analysed in detail by auf die Modellierung des Einflusses inhomogener means of satellite imagery. Meereisbedeckung auf die atmosphärische Strömung. Expeditions to the Arctic, Antarctic (project ISPOL, Ferner wurden die Drift und das Abschmelzen antark- detailed description in this two-years report) and tischer Eisberge sowie ozeanischer Prozesse in der Baltic Sea were carried out using the helicopter Schelfeisregion modelliert. Der spektakuläre Abbruch borne electromagnetic sensor (“HEM-Bird“) for sea des Larsen-B Schelfeises in 2002 wurde mit Hilfe von ice thickness measurements, e.g. in 2004 between Satellitenfernerkundung analysiert. Spitsbergen and the North Pole. Previous observati- Bei Expeditionen in die Arktis, Antarktis (Projekt ISPOL, s. detaillierter Bericht) und zur Ostsee wurde die helikoptergetragene Elektromagnetik Sonde („HEM-Bird“) eingesetzt. So erfolgten Messungen der

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1100Abs1100 005.04.20065.04.2006 11:48:3411:48:34 UhrUhr 101

ons in the same region revealed a decrease of ice thickness between 1991 and 2001. However, in 2004 the same value was observed as in 2001 (2 meters). Observations north of Ellesmere Island, a Eisdicke zwischen Spitzbergen und dem Nordpol. region with the largest sea ice thickness in the entire Frühere Beobachtungen in derselben Region ergaben Arctic, revealed an increase of thickness from 2004 zwischen 1991 und 2001 eine Abnahme der Eisdicke. to 2005 from 3.9 to 4.2 meters. These results docu- In 2004 wurde jedoch derselbe Wert (2 Meter) für die ment the need of future continuous thickness obser- Eisdicke gemessen wie in 2001. Messungen nördlich vations over wide areas of the Arctic. von Ellesmere Island, einer Region mit der größten A typical sea ice feature, even in polar regions Eisdicke in der gesamten Arktis, ergaben dagegen with large concentration of pack ice, is the existence zwischen 2004 und 2005 eine Zunahme der Eisdicke of leads, which are free of ice or covered with very von 3,9 auf 4,2 Meter. Diese Ergebnisse belegen die thin ice only. The METRAS model was used to simu- Notwendigkeit zukünftiger kontinuierlicher Dicken- late the atmospheric flow in the environment of leads messungen in weiten Gebieten der Arktis. in the Fram Strait on a small scale. The model results Charakteristisch für Meereis auch in Gebieten mit show a strong variability of the flow and of the energy hoher Packeisbedeckung ist das Auftreten teils offe- fluxes over leads and the necessity to develop a ner, teils mit dünnem Eis bedeckter Rinnen. Das Mo- parameterization of the lead effect suitable for cli- dell METRAS wurde benutzt, um die atmosphärische mate models. Strömung im Bereich von Rinnen der Framstraße auf The LM weather forecast model of the German sehr kleiner Skala zu modellieren. Die Modellergeb- Weather Service was applied for the first time to Ant- nisse belegen eine starke Variabilität der Strömung arctic conditions and the investigation of cloud and und der Energieflüsse im Rinnenbereich sowie die precipitation formation in Dronning Maud Land was Notwendigkeit der Entwicklung einer für Klimamo- started. It was found that the precipitation distribu- delle geeigneten Parametrisierung des Rinneneffektes. tion on the plateau is due to a combined effect of Das Wettervorhersagemodell LM des Deustchen topographical and synoptic forcing. Wetterdienstes (DWD) wurde zum ersten Mal unter antarktischen Bedingungen angewendet, und es wur- Atmospheric circulation structures and scenarios of de damit begonnen, Wolken- und Niederschlagsbil- polar climate changes dung in Dronning Maud Land zu untersuchen. Es A new sea-ice and snow albedo treatment has been zeigte sich, dass die Niederschlagsverteilung auf dem investigated within the regional climate model HIR- Plateau eine Folge des Zusammenwirkens von topo- HAM, which results in a more realistic temperature graphischem und synoptischem Antrieb ist. simulation and changed regional circulation patterns. With a global coupled model it has been shown that such changes of the Arctic radiative sur-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1101Abs1101 005.04.20065.04.2006 11:48:3511:48:35 UhrUhr 102 3. Forschung Research

face budget exert a strong influence on the mid and high-latitude climate by modulating the strength of the mid-latitude westerlies and the storm tracks. A series of sensitivity experiments has been con- Atmosphärische Zirkulationsstrukturen und Szenarien ducted with the coupled regional model in order to des polaren Klimawandels identify those model conditions that are essential for Im regionalen Klimamodell HIRHAM wurde eine a realistic simulation of the Arctic sea-ice cover. A neue Behandlung der Albedo von Meereis und Schnee realistic reproduction of the sea-ice retreat during untersucht. Diese bewirkte eine realistischere Simu- summer is substantially controlled by the ice thick- lation der Temperatur sowie eine geänderte regionale ness distribution at the beginning of the melting Zirkulation. Mit einem globalen gekoppelten Modell period. The simulated ice thickness distribution, in wurde gezeigt, dass eine Änderung der Arktischen turn, depends on several model parameters, but par- Oberflächenstrahlungsbilanz einen starken Einfluss ticularly on the parameterization of freezing proces- auf das Klima der mittleren und hohen Breiten hat, ses in the leads between the ice floes. weil sie die Stärke der Westströmung in den mittleren A new land-surface/soil scheme within HIRHAM Breiten sowie die Bahnen der Stürme modifiziert. improved the regional soil and atmospheric variab- Eine Serie von Sensitivitätsstudien erfolgte mit dem les but also the large-scale circulation patterns over gekoppelten Regionalmodell, um die Modellbedin- the Arctic Ocean with implications for global model gungen herauszufinden, welche wesentlich für eine simulations. The choice of the new land surface realistische Simulation der arktischen Meereisbede- scheme has a significant influence on the future pro- ckung sind. Eine realistische Reproduktion des Rück- jection of the Arctic temperature, precipitation and zuges von Meereis während des Sommers wird we- mean sea level pressure. The projected surface air sentlich durch die Meereisdickenverteilung zu Beginn temperature changes differ by ~2 K, when the new der Schmelzperiode bestimmt. Die simulierte Eisdi- scheme is applied, with a stronger warming of the Si- ckenverteilung hängt wiederum von verschiedenen berian coast compared to previous model estimates. Modellparametern ab, aber besonders von der Para- metrisierung der Gefrierprozesse in den Rinnen zwi- Trace constituents in the polar atmosphere schen den Eisschollen. The research concentrated on the observation of Ein neues Landoberflächen/boden Schema in HIR- stratospheric ozone loss in both hemispheres, on the HAM verbesserte die Ergebnisse bezüglich der regio- observation of stratospheric water vapour and on nalen atmosphärischen und bodenbezogenen Varia- aerosol measurements. It was found that the severe blen, aber auch die großskaligen Zirkulationsmuster Arctic ozone loss during the past decade occurred as über dem arktischen Ozean. Letzteres hat Auswirkun- a result of the anthropogenic increase in stratosphe- gen auf globale Modellsimulationen. Die Wahl des ric halogens, but also due to long-term climate neuen Landoberflächenschemas hat einen signifikan- change. The winter 2004/05 showed the most severe ten Einfluss auf die Berechnung der zukünftigen arktischen Temperaturen, des Niederschlags und des Luftdrucks. Die zukünftige Änderung der bodennahen Lufttemperatur weicht bei Verwendung des neuen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1102Abs1102 005.04.20065.04.2006 11:48:3511:48:35 UhrUhr 103

ozone loss in the Arctic during the last decade. It was shown that maximum ozone reduction rates per sunshine hour are the same for the Arctic and Ant- arctic stratospheres. In the Antarctic, ozone loss is Schemas um etwa 2 K ab, wobei eine im Vergleich zu observed over a larger region, and the reduction pe- früheren Ergebnissen stärkere Erwärmung der sibiri- riods last longer than in the Arctic. schen Küste prognostiziert wird. The stratospheric water vapour content influences the Arctic climate as well as ozone loss via Polar Spurenstoffe in der polaren Atmosphäre Stratospheric Cloud (PSC) formation. During an in- Die Forschung konzentrierte sich auf die Beobach- ternational intercomparison campaign, a modern, tung des stratosphärischen Ozonabbaus in beiden reliable balloon sonde was identified, which is used Hemisphären, des stratosphärischen Wasserdampfes now for long term observations of water vapour at und auf Aerosolmessungen. Es zeigte sich, dass der the Koldewey station. starke arktische Ozonabbau im letzten Jahrzehnt Tropospheric aerosols in the polar region have sowohl ein Ergebnis des anthropogen verursachten several effects on climate. During the ASTAR 2004 Anstiegs stratosphärischer Halogene, aber auch des and SVALEX 2005 campaigns the origin, transport Klimawandels ist. Der Winter 2004/05 zeigte den pathways, and the vertical structure of the aerosol stärksten Ozonabbau in der Arktis während des letz- physical and chemical properties were studied with ten Jahrzehnts. Es konnte belegt werden, dass maxi- surface-based and airborne measurements. The first male Ozonabbauraten pro Sonnenscheinstunde für one lasted from May 10th to June 10th, 2004, employ- die arktische und antarkische Stratosphäre gleich ing the two AWI aircrafts, which carried unique pay- sind. In der Antarktis wird der Ozonabbau in einem loads, addressing both aerosol and cloud measure- größeren Gebiet beobachtet, und die Perioden des ments. Simultaneous ground-based measurements Abbaus dauern länger als in der Arktis. took place in Ny-Ålesund, Spitsbergen. The observa- Der Stratosphärische Wasserdampf beeinflusst das tions showed very clean aerosol summer conditions, arktische Klima sowie den Ozonabbau über die Pola- reflecting an early shift from the spring to the sum- ren Stratosphärischen Wolken (PSC). Während einer mer season. The second campaign with the ‘ Polar 2‘ internationalen Vergleichsstudie wurde eine moder- aircraft in April 2005 covered a period of high aero- ne, verlässliche Ballonsonde ausgewählt, welche nun sol load and revealed the orographic dependence für Langzeitbeobachtungen an der Koldewey-Station and temporal development of the Arctic Haze phe- eingesetzt wird. nomenon in Spitsbergen. Troposphärisches Aerosol in polaren Regionen hat verschiedene Effekte auf das Klima. Während der Kampagnen ASTAR 2004 und SVALEX 2005 wurden der Ursprung, die Transportwege und die vertikale Struktur der physikalischen und chemischen Eigen- schaften des Aerosols mit Hilfe von boden- und flug- gestützten Messungen untersucht. Die erste Messung dauerte von Mai bis Juni 2004, wobei zwei AWI Flug-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1103Abs1103 005.04.20065.04.2006 11:48:3611:48:36 UhrUhr 104 3. Forschung Research

Ice sheet dynamics, mass balance and lithospheric response In cooperation with ESA the new Airborne SAR Inter- zeuge mit einzigartiger Messinstrumentierung sowohl ferometric Radar Altimeter System (ASIRAS) was in- für Aerosol als auch für Wolkenpartikelmessungen stalled and tested on Polar 4. Several AWI-coordina- benutzt wurden. Simultane bodengebundene Mes- ted field groups of international institutions inves- sungen fanden in Ny-Ålesund statt. Die Beobach- tigated the snow morphology during ASIRAS over- tungen belegten eine typische Sommersituation mit flights in Greenland, Spitsbergen and the Canadian wenig Aerosol; die zweite Kampagne mit Polar 2 im Arctic. The validation activities yielded first results April 2005 überdeckte eine Periode mit hoher Aero- on penetration depth and scattering characteristics sollast. Es zeigte sich dabei eine orographische und of the radar wave in the frequency range of future zeitliche Abhängigkeit des Arctic Haze Phänomens radar altimeter satellites like CryoSat-2. auf Spitzbergen. In order to assess the accumulation on polar ice sheets, internal horizons from ground penetrating Eisschilddynamik, Massenbilanz und lithosphärische radar measurements were analysed for the dry snow Reaktion zone in Antarctica. Combined with imaging radar Das neue flugzeuggetragene SAR Interferometric Ra- this yielded the first high resolution map of accumu- dar Altimeter System (ASIRAS) wurde in Zusammen- lation in the surrounding of the EPICA drill site at arbeit mit der ESA auf Polar 4 installiert und getestet. Kohnen station. Within the VISA program, airborne Verschiedene, vom AWI koordinierte Messgruppen ice thickness, earth magnetic and gravity measure- internationaler Institutionen untersuchten die Schnee- ments in Dronning Maud Land were continued. This morphologie während ASIRAS Überflügen in Grön- program was combined with ground based reference land, Spitzbergen, und der kanadischen Arktis. Die measurements. Validierungsaktivitäten ergaben erste Ergebnisse be- A 3-D time-dependent thermomechanical ice züglich der Eindringtiefe und der Streueigenschaften sheet/ ice shelf/ lithosphere model was integrated von Radarwellen im Frequenzbereich zukünftiger over the last 740,000 years using the temperature Radaraltimeter Satelliten wie CryoSat-2. forcing from the Dome C record. A remarkable fea- Um die Akkumulation auf den polaren Eisschilden ture of the forcing records is the apparent regime zu bestimmen, wurden die einzelnen Schichten des change prior to 450,000 years (stage 11), with a less Eises mit Hilfe des bis zum Untergrund dringenden clear signature of glacial cycles with less warm inter- Radars für die so genannte Trockenschneezone der glacials. The model results indicate that this regime Antarktis analysiert. Durch Kombination mit abbil- change did not only occur in the forcing, but also in dendem Radar ergab dies die erste hochaufgelöste the evolution of the Antarctic ice sheet: after stage Akkumulationskarte der Umgebung der EPICA Bohr- 11 the Antarctic ice sheet shows a clear and more or station auf Kohnen. Im Programm VISA wurden vom less regular pattern of glacial cycles. But obviously, Flugzeug aus Messungen der Eisdicke, des Erdma- in the period before stage 11, the Antarctic ice sheet gnetfeldes und des Schwerefeldes in Dronning Maud remained mostly in a glacial mode. Land fortgesetzt. Ferner erfolgte eine Kombination mit bodengebundenen Vergleichsmessungen.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1104Abs1104 005.04.20065.04.2006 11:48:3611:48:36 UhrUhr 105 POL2: Southern Ocean Climate and Ecosystem

Ein 3-dimensionales, zeitabhängiges, thermomecha- nisches Eisschild-/Schelfeis-Lithosphärenmodell wur- The cooperation between biologists and paleocea- de über die letzten 740 000 Jahre integriert, wo-bei nographers in POL2 has furthered our understanding als Temperaturantrieb die Daten von Dome C benutzt of processes controlling the global carbon cycle and

wurden. Ein bemerkenswertes Charakteris-tikum die- concentration of the greenhouse gas CO2 in the ser Antriebsdaten ist der offensichtliche Wechsel des atmosphere. Glacial scenarios of biological produc- Regimes vor 450 000 Jahren (stage 11) zu einer tivity and organic carbon export have been derived Epsiode mit weniger klar ausgeprägten Eiszeiten und from the results of iron fertilization experiments and weniger warmen Zwischeneiszeiten. Die Modeller- the distribution patterns of siliceous microorganisms gebnisse zeigen, dass dieser Regimewechsel nicht in plankton and sediments. The distribution pattern nur in den Antriebsdaten auftritt, sondern auch in der of the hitherto overlooked resting spores of the dia- Entwicklung des Antarktischen Eisschildes sichtbar tom Chaetoceros shows that the glacial productivity ist: Nach stage 11 zeigt der Antarktische Eisschild ein regime in the Atlantic sector of the Southern Ocean klares und mehr oder weniger regelmäßiges Muster was dominated by fast-growing, weakly silicified di- von Eis- und Zwischeneiszeiten. Aber vor stage 11 atoms and non-siliceous primary producers such as blieb der Antarktische Eisschild offensichtlich meist the flagellate Phaeocystis, which enhances organic im glazialen Modus. carbon export. During a glacial winter, iron-rich dust deposited on the sea-ice cover, which was twice as extensive as today, is released during spring into shallow meltwater lenses. Efficient nutrient utiliza- POL2: Klima- und Ökosystem tion by higher primary production results in high im Südozean export of organic carbon, which is estimated to be ten-fold higher than today. The calculations are based on abundances of the mesopelagic radiolarian Die Zusammenarbeit von Biologen und Paläoozea- Cycladophora davisiana. The present day, intergla- nographen hat das Verständnis von Prozessen, die cial productivity regime, is characterized by low iron den globalen Kohlenstoffkreislauf und die Konzentra- supply and correspondingly low productivity. This

tionen des Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre productivity regime is dominated by slow-growing, regulieren, wesentlich verbessert. Aus der Verknüp- strongly silicified diatoms that lead to enhanced fung von Ergebnissen aus Eisendüngungs-Experimen- accumulation of biogenic silica in the sediments but

ten und Untersuchungen der Verbreitung von kieseli- contributes less to the CO2 drawdown in the ocean. gem Mikroplankton in der Wassersäule und Sedi- Scientists from the Alfred Wegener Institute partici- menten konnten Szenarien abgeleitet werden, die die biologische Produktion und den Export von Kohlen- stoff in den tiefen Ozean unter glazialen und interglazialen Bedingungen beschreiben. Das Vorkommen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1105Abs1105 005.04.20065.04.2006 11:48:3711:48:37 UhrUhr 106 3. Forschung Research

pated in an international study recently published in the science magazine “Nature“. This study shows

that the uptake of anthropogenic CO2 by the ocean strongly affects seawater chemistry and will lead to von bislang wenig beachteten Dauersporen der Dia- large decreases in the ocean’s pH, especially in polar tomeengattung Chaetoceros zeigt, dass glaziale Pro- regions. The seawater acidification predicted by 13 duktionsregime im atlantischen Sektor des Südozeans different carbon cycle models will occur much faster durch schnell wachsende, dünn verkieselte Diato- than previously thought and will result in undersatu- meen und skelettlose Primärproduzenten, wie die zu ration for the mineral aragonite in the Southern den Flagellaten gehörende Gattung Phaeocystis, cha- Ocean surface water by the year 2050. Within 50 to rakterisiert waren und damit Kohlenstoff effektiv aus 100 years there could be severe consequences for der Deckschicht exportiert werden konnte. Dabei marine calcifying organisms, which build their exter- spielt der äolische Eintrag des Mikro-Nährstoffes nal skeletal material out of calcium carbonate. Most Eisen und seine Speicherung auf der Meereisdecke threatened are cold-water calcifying organisms, in- eine wesentliche Rolle. Das auf der Wintermeereis- cluding sea urchins, cold-water corals, coralline decke, die im Glazial etwa doppelt so weit wie heute algae and plankton known as pteropods—winged ausgedehnt war, abgelagerte Eisen wird pulsartig snails that swim through surface waters. And because während der Frühjahrseisschmelze in das stratifizierte these organisms provide essential food and habitat Oberflächenwasser abgegeben. Effektive Nutzung to others, their demise could affect entire ocean eco- der Nährstoffe führt zu hoher Primärproduktion und systems. organischen Kohlenstoffexport, der mindestens The oceanographic measurements in the Weddell 10fach höher war als heute. Das kann aus den Häu- Sea indicate that the bottom water temperature in- figkeitsmustern der im Mesopelagial angesiedelten creased steadily during the last decades. This is in Ra-diolarie Cycladophora davisiana abgeleitet wer- contrast to the warm deep water, which enters from den. Unter heutigen interglazialen Bedingungen, die the Antarctic Circumpolar Current and has been durch hohe Nährstoffkonzentrationen und relativ cooling since 1996 after an earlier warming. The geringe Produktion gekennzeichnet sind, wird das measurements indicate that climate related fluctuati- Produktivitätsregime durch langsam wachsende und ons from the upper layers reach the Antarctic deep stark verkieselte Diatomenarten dominiert, die zwar sea and affect the properties of the sea water, which zu einer erhöhten Akkumulation von biogenem Sili- feeds the global thermohaline circulation.

kat im Se-diment führen, aber wenig zur CO2-Abspei- As a successor to the Bremerhaven Regional Ice- cherung im Ozean beitragen. Ocean Simulations (BRIOS) model, a Finite Element Im Wissenschaftsmagazin Nature wurde unter Mit- Sea ice-Ocean Model (FESOM) has been developed. wirkung von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener- The sea-ice component is based on the dynamic- Instituts eine internationale Studie veröffentlicht, die thermodynamic AWI sea-ice model, which has been zeigt, dass die Aufnahme anthropogenen Kohlendi-

oxyds (CO2) durch den Ozean zu relativ großen pH- Absenkungen führt, vor allem in polaren Gebieten. Diese von 13 Rechenmodellen vorhergesagte Ver-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1106Abs1106 005.04.20065.04.2006 11:48:3711:48:37 UhrUhr 107

a 90° N 60° N 30° N 0° sauerung der kalten Oberflächenwässer verläuft viel Latitude 30° S schneller als bisher vermutet und wird schon im Jahre 60° S 90° S 2050 im Südozean zu einer Untersättigung für das 120° E 180° E120° W 60° W 0° 60° E 120° E Mineral Aragonit führen. Aragonit bildet die Grund- b 0 250 150 lage für die Gehäuse vieler wichtiger Meeresorganis- 60 30 men wie Seegurken, Kaltwasserkorallen und im Was- 1,000 10 ser schwebende Flügelschnecken, und es ist zu be- 0 -10 fürchten, dass es schon in naher Zukunft zu einem Depth (m) 2,000 -30 -60 Verschwinden dieser Organismen in manchen Mee- -160 resregionen kommt. Da diese Tiere eine wichtige 3,000 -250 90° S 60° S 30° S 0° 30° N 60° N 90° N Nahrungsquelle für andere Tiere von Krebsen über c Lachse bis zu Walen darstellen, sind schwerwiegende Auswirkungen auf das gesamte polare Ökosystem zu 1,000 erwarten.

Ozeanographische Messungen im Weddellmeer Depth (m) 2,000 zeigen, dass sich das Bodenwasser in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich erwärmt hat. Dies steht im 3,000 90° S 60° S 30° S 0° 30° N 60° N 90° N Gegensatz zum Warmen Tiefenwasser, das aus dem Latitude Antarktischen Zirkumpolarstrom einströmt und nach einer Erwärmung seit 1996 kälter wird. Die Messun- gen weisen darauf hin, dass die Tiefsee in der Antark- tis längerfristigen Temperaturschwankungen unter- Abb. 1: Der Aragonit Sättigungsgrad im Jahr liegt, die im Zeitraum von Jahrzehnten von den oberen 2100, vorhergesagt von 13 OCMIP-2 Modellen: a Wasserschichten bis in die Tiefsee übertragen wer- Oberflächenkarte; b zonale Mittelwerte für den 2– den. Damit werden der Weg und der Zeitraum erkenn- Atlantik und c Pazifik. Positive [CO 3 ]A Werte 2– bar, auf dem sich Veränderungen der klimatischen zeigen Übersättigung an (rot); negative [CO 3 ]A Bedingungen in der Antarktis auf die Eigenschaften Werte stehen für Untersättigung (blau). des globalen Bodenwassers auswirken können. Fig. 1: The aragonite saturation state in the Als Nachfolger des zirkumpolaren Modells des year 2100 as predicted by 13OCMIP-2 models: Südpolarmeeres, das im Rahmen des Bremerhaven a surface map; b Atlantic and c Pacific zonal ave- 2– Regional Ice-Ocean Simulations (BRIOS) betrieben rages. Positive [CO 3 ]A indicates supersaturation 2– wurde, entstand ein gekoppeltes Meereis-Ozean-Mo- (red); negative [CO 3 ]A indicates undersaturation. dell auf der Basis der Methode der Finiten Elemente. Dieses Finite Element Sea-Ice Ocean Model (FESOM) basiert wieder auf dem dynamisch-thermodynami-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1107Abs1107 005.04.20065.04.2006 11:48:3811:48:38 UhrUhr 108 3. Forschung Research

recoded with a discretization on finite elements. The ocean component is a modified version of the Finite Element Ocean Model (FEOM), which was previously used in a North Atlantic configuration. As a first step, schen AWI-Meereismodell, dessen Modellcode in the coupled model has been run in a circumpolar weiten Teilen neu formuliert wurde. Die Ozean-Kom- Southern Ocean domain with a mean horizontal re- ponente gründet auf dem Finite Element Ocean solution of 1.5 °. It has yielded stable integrations for Model (FEOM), das bisher in einer regionalen Konfi- many decades and gives very reasonable results. To guration für den Nordatlantik betrieben wurde. In overcome limitations due to the (closed) northern einem ersten Schritt wird FESOM in einer zirkumpo- boundary at 48 °S, a global version is developed. In laren Version mit einer mittleren Auflösung von 1,5 ° the context of future research projects aiming at, und einem offenen Rand bei 48 °S betrieben. Dieses e.g., a thorough understanding of circulation vari- Modell wurde für mehrere Jahrzehnte integriert und ability and physical-biological interaction in the liefert sehr realistische Resultate. Eine globale Version Southern Ocean, the finite element approach allows steht kurz vor der Fertigstellung. In Zusammenhang for an easy and individual refinement of the grid to mit laufenden und zukünftigen Forschungsarbeiten the regions of specific interest. zur Zirkulation und Biogeochemie des Südpolarmee- res wird dieses Modell mit lokal verfeinerten Gittern eingesetzt werden. Hierbei ist eine derzeit in Ent- wicklung befindliche Konfiguration mit einem wirbel- POL3: Variations of the Physical Envi- auflösenden Gebiet im atlantischen Sektor des Ant- ronment of the Arctic Ocean arktischen Zirkumpolarstroms besonders hervorzuheben. The long term survey of the convection state in the Greenland Sea was continued with yearly campaigns in 2004 and 2005 and complemented by nutrient POL3: Veränderungen der physikali- chemistry and ocean optics. The autonomous deep schen Umwelt im Nordpolarmeer sea profilers continued their year-round measurements. Additionally, an acoustic array was installed in cooperation with the University of Cambridge, Langzeitbeobachtungen der Konvektionsaktivität in which identifies convective activity in detail. Among der zentralen Grönlandsee wurden fortgesetzt. Die the main results are the absence of Pacific Waters in jährliche hydrographische Aufnahme wurde dabei the East Greenland Current in the last years, the 2004 und 2005 durch nährstoffchemische und opti- dominating role of Atlantic Waters for water mass sche Untersuchungen ergänzt. Automatische Tiefsee- modifications and convection in the Greenland Sea, Profiler setzten den operationellen Betrieb fort. Zu- sätzlich wurde mit der Universität Cambridge ein akustisches Array zur Bestimmung des Konvektions- ablaufs verankert. Bemerkenswerte Ergebnisse sind

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1108Abs1108 005.04.20065.04.2006 11:48:4011:48:40 UhrUhr 109

the continuing trend to higher temperatures and salinities of the deep waters, and the verification of a multi-year lifetime of small scale eddies. The influence of the changing atmospheric forcing das nun mehrjährige Fehlen von Pazifischen Was- and sea ice cover on the circulation and the sedi- sermassen im Ostgrönlandstrom, die dominierende ment transport in the Siberian shelf seas was studied Rolle des Atlantischen Wassers für die Wassermas- in cooperation with Russian and US scientists. Du- senmodifikation und Konvektion in der Grönlandsee, ring two NABOS (Nansen and Amundsen Basins die Fortsetzung des Trends zu höheren Temperaturen Observational Systems) expeditions in 2004 and und Salzgehalten im Tiefenwasser, sowie der Nach- 2005, two moorings were deployed in the range of weis der mehrjährigen Lebensdauer von kleinskali- the persistent Siberian Polynya in the Laptev Sea, gen Wirbeln. which is the most productive sea ice formation site Um den Einfluss der Variabilität des atmosphäri- of the Arctic. The moorings are combined with the schen Antriebs, der Meereisbedeckung und des Strö- NABOS array and will be recovered with the Russian mungsregimes im Arktischen Ozean auf den Wasser- RV ‘Kapt. Dranitsyn‘ in 2006. und Sedimenttransport in den sibirischen Schelf- To investigate the use of benthic foraminifera as a meeren zu untersuchen, haben Wissenschaftler des means to document ancient methane release in the AWI zu-sammen mit russischen und US-amerikani- Arctic, the stable isotopic composition of tests of live schen Wissenschaftlern an zwei NABOS-Expeditio- and dead specimens of epibenthic Fontbotia wuel- nen (Nansen and Amundsen Basins Observational lerstorfi from an active methane-venting seep off Systems) teilgenommen. Dabei wurden in der Lap- northern Norway (Håkon Mosby Mud Volcano, tewsee im Bereich der Großen Sibirischen Polynja, HMMV) was determined. Because of its reliability in einem der Hauptbildungsgebiete von arktischem recording δ13C values of bottom-water dissolved Meereis, zwei Verankerungen ausgebracht. Sie wer- inorganic carbon (DIC) this species is preferentially den durch Verankerungen des NABOS-Programms used in palaeoceanographic reconstructions. At the auf dem Kontinentalhang ergänzt und sollen 2006 HMMV in 1250 meters water depth, δ13C values of wieder geborgen werden. F. wuellerstorfi are by up to 4.4 ‰ lower than at a Um den Gebrauchswert von benthischen Foramini- control site outside the volcano, thus representing feren als Anzeiger von fossilen Methanfreisetzungen the lowest values hitherto reported for this species. in der Arktis zu untersuchen, wurde die Zusammen- The comparison suggests that low test δ13C values of setzung stabiler Isotope gemessen und zwar in Ge- F. wuellerstorfi are the result of incorporation of hea- häusen lebender und toter Individuen der epibenthi- vily δ13C depleted methanotrophic biomass that schen Fontbotia wuellerstorfi von einer aktiven Me- these specimens feed on, rather than due to low bot- 13 than-Heraussickerung vor Nordnorwegen (Håkon- tom-water δ CDIC. Mosby-Schlammvulkan, HMS). Diese Art wird wegen ihrer Verlässlichkeit als Aufzeichner des δ13C von im Bodenwasser gelöstem anorganischem Kohlenstoff (DIC) bevorzugt für paläoozeanographische Rekon- struktionen verwendet. Am HMS in 1250 Metern

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1109Abs1109 005.04.20065.04.2006 11:48:4011:48:40 UhrUhr 110 3. Forschung Research

The marine methane cycle is influenced by microbial in situ methane production and oxidation in sea water. Observations in shallow parts of the Barents Sea (Storfjord) during winter showed methane con- Wassertiefe sind die δ13C-Werte von F. wuellerstorfi centrations exceeding considerably the background um bis zu 4.4 ‰ niedriger als die von einer Kontroll- values of <5 nM. The concentration increase from lokation außerhalb des Vulkans. Dies sind die bisher the sea surface to the bottom points to a release of niedrigsten für diese Art gemessenen Werte. Aus dem submarine methane during resuspension events of Vergleich ergibt sich, dass die niedrigen δ13C-Werte sediments, while the methane originates from re- von F. wuellerstorfi von der Aufnahme stark in δ13C cent bacterial activities. Samples obtained during abgereicherter methanotropher Biomasse herrühren ARKXXI/1a show anomalously high methane con- 13 und nicht vom niedrigen δ CDIC des Bodenwassers. centration in Storfjorden also during summer. Howe- Eine Komponente des marinen Methankreislaufs ist ver, in contrast to the winter situation, in summer the die mikrobielle Methanproduktion und -oxidation in methane maxima are located in the upper water der Wassersäule. Im Storfjord sind im Winter Konzen- column supporting bacterial in situ production of trationen deutlich über dem normalen Hintergrund- methane in the euphotic zone. wert von < 5 nM festgestellt worden. Da die Konzen- trationen von der Oberfläche zum Meeresboden hin zunehmen, kann man von einer submarinen Freiset- zung ausgehen. Durch Arbeiten während ARKXXII ist POL4: Response of Higher Marine das Auftreten einer solchen Anomalie auch im Som- Life to Change mer nachgewiesen worden und es konnte gezeigt werden, dass das Methan rezent durch bakterielle Aktivitäten gebildet wird. Organisms in polar marine food webs On a global scale as well as in polar regions coastal and shelf oceans are the most productive marine areas and at the same time, they link land and sea. POL4: Makroorganismen im They are therefore essential for an understanding of Klimawandel present and future developments of marine ecosystems. Bouvet Island is one of the few remote islands Marine Organismen in polaren Nahrungsnetzen within the open ocean of Antarctica, about 1600 kilo- Küstengewässer und Kontinentalschelfe sind weltweit meters away from the nearest land mass. A first analy- die produktivsten Meeresgebiete, gleichzeitig verbin- sis of the surrounding marine ecosystem re-vealed a den sie Land und offenen Ozean. Daher spielen sie auch rather uncommon structure of the coastal food web. in den Polargebieten eine zentrale Rolle im Verständ- nis von Gegenwart und Zukunft mariner Ökosysteme. Die Insel Bouvet ist eine der wenigen abgelegenen Inseln im offenen antarktischen Ozean, etwa 1600

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1110Abs1110 005.04.20065.04.2006 11:48:4111:48:41 UhrUhr 111

The system is centred on one single primary food source, suspended particulate organic matter, i.e. basically phytoplankton. The pelagic part of the food web does not exhibit any specific coastal features but Kilometer vom Festland entfernt. Das küstennahe resembles the self sustaining open ocean system. The Ökosystem dieser Insel ist ungewöhnlich, denn es benthic part of the food web consists of filter feeders fußt auf suspendiertem organischem Material, haupt- and their predators, deposit feeders and infauna are sächlich Phytoplankton, als nahezu einziger Nah- completely missing. Thus Bouvet Island constitutes a rungsquelle. Zwar entspricht der pelagische Teil des shallow water ‘oasis‘, where the fast flowing Antarctic Nahrungsnetzes dem im offenen Ozean, wir finden Circumpolar Current prevents sedimentation and soft die gleichen Arten und die gleichen Nahrungsbezie- bottom formation. The benthic fauna just tries to get hungen. Das Benthos besteht jedoch fast ausschließ- their share from the food drifting by, in direct compe- lich aus Suspensionsfressern und ihren Räubern. Sub- tition with the pelagic consumers. stratfresser und Arten, die im Boden leben, fehlen Pelagic ecology and energy flow in the Arctic Kara völlig. Der schnell fließende Zirkumpolarstrom ver- Sea are much more complex than thought previously. hindert, dass Material aus der Wassersäule sedimen- Riverine input and advection from the Arctic ocean tiert und somit Weichböden entstehen, die Substrat- as well as the Barents Sea define four distinct fauni- fressern einen Lebensraum bieten. Die bodenlebenden stic regions. Current estimates of primary production Tiere müssen daher ihre Nahrung aus dem Wasser fil- appear much too low to balance food requirements tern und konkurrieren somit direkt mit den Bewoh- of the whole system as derived from biomass and nern des Pelagials. metabolic rates of zooplankton, benthos and bacte- Im Pelagial der arktischen Karasee sind Ökologie ria. Either primary production is seriously under-esti- und Stoffflüsse komplexer, als bisher vermutet. Süß- mated, or other sources of food input, e.g. by advec- wassereintrag über Flüsse und Advektion aus dem tion, play a more significant role than thought pre- Arktischen Ozean und der Barentssee definieren vier viously. From these findings we can draw one major faunistisch unterschiedliche Regionen. Die bisheri- conclusion: Food requirements within the Kara Sea gen Schätzungen der Primärproduktion sind viel zu shelf ecosystem are so high that little will be left for niedrig, um den Nahrungsbedarf des Gesamtsystems, export towards the central deep basins of the Arctic abgeleitet aus Biomassedaten und Stoffwechselraten Ocean. des Zooplanktons, des Benthos und der Bakterien, zu decken. Entweder wird die Primärproduktion deutlich unterschätzt, oder andere Quellen, vor allem durch Advektion, spielen eine wichtigere Rolle als angenommen. Aus diesen Ergebnissen lässt sich ein wesentlicher Schluss ziehen: Das Schelfökosystem der Karasee hat einen derart hohen Nahrungsbedarf, dass mit großer Wahrscheinlichkeit wenig Material für den Export in die zentralen Becken des Arktischen Ozeans übrig bleibt.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1111Abs1111 005.04.20065.04.2006 11:48:4111:48:41 UhrUhr 112 3. Forschung Research

Role of temperature, O2 and CO2 in evolution It was shown for the first time for a cephalopod, the European cuttlefish Sepia officinalis, that the capacity for oxygen transport by the circulatory system Die Rolle von Temperatur, Sauerstoff und Kohlendioxyd and the blood pigment (haemocyanin) becomes limi- in der Evolution ted at the border of the thermal envelope. This lends Erstmals wurde bei einem Tintenfisch, Sepia offici- further support to the general validity of the concept nalis aus mitteleuropäischen Schelfmeeren, an den of oxygen limited thermal tolerance in animals. Grenzen des Temperatur-„Fensters“ eine mangelnde Separation into physiologically distinct populati- Kapazität des Sauerstofftransports durch das Herz- ons supports a wider geographical distribution of a Kreislauf-System und das Blutpigment (Hämocyanin) species, e.g. of Atlantic cod (Gadus morhua). Cod nachgewiesen. Diese Befunde bestätigen die allge- populations differ in their level of optimum perfor- meine Gültigkeit des Konzepts der sauerstofflimitier- mance, which is co-defined by circulatory capacity. ten Temperaturtoleranz für wasseratmende Tiere. As shown by comparison of venous oxygen tensions, Die Auftrennung einer Art in physiologisch unter- Arctic cod from the Barents Sea displays a lower schiedliche Populationen ermöglicht ihr eine größere thermal optimum than North Sea cod, even when geographische Verbreitung. Unterschiede zwischen both populations were acclimated to 10°C. At low Populationen des atlantischen Kabeljaus (Gadus mor- acclimation temperature, Arctic cod possess a higher hua) werden in der optimalen Leistungskapazität capacity of mitochondrial respiration than the res- sichtbar, die durch die Anpassung des Herz-Kreislauf- pective North Sea population. At the same time gene Systems mitbestimmt wird. Vergleiche der venösen expression capacity of mitochondrial enzymes in Blutgaswerte legen nahe, dass die arktische Popula- muscle tissue is enhanced, providing evidence for tion aus der Barentssee ein niedrigeres Temperaturop- different patterns of gene regulation in both popula- timum aufweist als die der Nordsee. Bei niedriger tions. During temperature adaptation a hypoxia in- Umgebungstemperatur verfügt arktischer Kabeljau ducible transcription factor (HIF-1) causes improved über höhere Kapazitäten mitochondrialer Atmung. blood oxygen supply. HIF-1 has been sequenced Die Kapazität zur Expression mitochondrialer Gene from fish species of the North Sea and the Antarctic. ist dementsprechend im Muskel deutlich erhöht, ein Specialization of Antarctic animals in a narrow Hinweis auf unterschiedliche Genregulation in den thermal window in the cold can be found on all Populationen. Ein Hypoxie-induzierter Transkripti- levels of biological organization, but is most ex- onsfaktor (HIF-1) trägt über die Verbesserung der pressed at the whole animal level. Windows are Blutversorgung zur Temperaturanpassung bei. HIF-1 somewhat wider at lower hierarchical levels, as seen wurde mittlerweile bei Fischen aus der Nordsee und in isolated Antarctic fish liver cells (Figure 2). Growth der Antarktis nachgewiesen und sequenziert. rate depends on protein synthesis capacity, which is Die Spezialisierung antarktischer Tiere auf ein eng cold compensated in the Antarctic eelpout (Pachy- begrenztes Temperaturfenster in der Kälte findet sich auf allen Ebenen biologischer Organisation, ist jedoch auf der Ganztierebene besonders ausgeprägt. Unter- suchungen an isolierten Leberzellen verschiedener

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1112Abs1112 005.04.20065.04.2006 11:48:4211:48:42 UhrUhr 113

cara brachycephalum). This is achieved through higher translation capacity, i.e. the capacity to form protein molecules from individual amino acids. Accordingly, maximum growth of the stenothermal antarktischer Fischarten bestätigen, dass Zellen ein Antarctic species occurs at 4°C, while the euryther- etwas breiteres Temperaturfenster abdecken als der mal species (Zoarces viviparus) grows maximally Gesamtorganismus (Abb. 2). only at 12°C. The Antarctic eelpout displays a higher Das Wachstum eines Organismus wird unter ande- food conversion efficiency associated with a higher rem durch die Kapazität der Eiweißsynthese limitiert. use of lipid metabolism that the North Sea species. Diese ist bei der antarktischen Aalmutter (Pachycara Oxygen radicals contribute to lifespan limitation brachycephalum) kältekompensiert, und zwar durch and are destroyed by antioxidants like glutathione. Steigerung der Translationskapazität, d.h. der Fähig- Glutathione levels are higher in long-lived polar keit, die Eiweiße aus einzelnen Aminosäuren zusam- bivalves (Adamussium colbecki, ~45 years, Arctica menzubauen. Dementsprechend erfolgt der maxi- islandica >375 years) than in boreal species (Aequi- male Größenzuwachs der stenothermen antarktischen pecten opercularis, ~8-10 years). Aalmutter bereits bei 4 °C, während die eurytherme Aalmutter (Zoares viviparus) aus der Nordsee erst bei Response of polar marine life to recent change 12 °C optimal wächst. Die antarktische Aalmutter Numerical and conceptional models were develo- kann zudem ihre Nahrung weit effizienter verwerten ped to simulate Antarctic benthic recolonisation pro- und nutzt Lipide in größerem Ausmaß als die Nord- cesses after iceberg groundings and to verify the seeart. relevance of biological interactions. Short distances Sauerstoffradikale tragen zur Begrenzung der Lang- of juvenile dispersal are suitable to maintain the high lebigkeit von Tieren bei und werden durch Antioxi- macrobenthic biodiversity evaluated from field data. dantien abgefangen. Dabei liegt das Glutathion im This strategy saves energy and minimizes the risk of Mantelgewebe langlebiger polarer Muscheln (Ada- drift loss and is considered advantageous due to the mussium colbecki, Antarktis, ~45 Jahre, Arctica islan- homogeneity of the Antarctic environment, which is, dica, Sub-Arktis, >375 Jahre) in höheren Konzen- however, exposed to disturbances (Figure 3). The trationen vor als in borealen Arten (Aequipecten high species richness within ecological guilds can opercularis, ~8 - 10 Jahre). not only be explained by the occupation of distinct niches and pure chance, but also by mechanisms Reaktion polarer Meeresorganismen auf aktuelle that suppress competition between species, such as Veränderungen predation, disturbance, unlimited resources and the Um die Wiederbesiedlung des antarktischen Meeres- lack of long-term barriers to dispersal. bodens nach Eisbergstrandungen zu simulieren und Conceptual analysis suggests an increasing inter-

die Bedeutung biologischer Wechselwirkungen zu action of temperature and CO2 effects on marine beurteilen, wurden numerische und konzeptionelle Modelle entwickelt. Die beobachtete hohe makro- benthische Biodiversität kann durch Ausbreitung von Jungstadien über sehr geringe Distanzen aufrechter-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1113Abs1113 005.04.20065.04.2006 11:48:4211:48:42 UhrUhr 114 3. Forschung Research

0.75 Abb. 2: Der Antarktische Nothotheniide Trema- B tomus eulepidotus überlebt Umgebungstempera- cells 6 0.50 * * turen über 6 °C nicht. Isolierte Leberzellen zeigen 150

/min*10 * jedoch ein stabiles Energiebudget bis 15 °C (A; als

A 2 * 0,25 125 * Anteil der Gesamtatmung, blau: Proteinsynthese; 100 mmol 0 grün: RNA/DNA Synthese; gelb: Na+K+-ATPase; 75 0,00 0 3 6 9 12 15 beige (untere Abb.): ATP Synthese) bei steigendem 50 temperature [°C] zellulären Sauerstoffbedarf (B, Pfeil: Habitat Tem- 25 0 peratur) 100

75 Fig. 2: The Antarctic nothotheniid Trematomus

% of total respiration eulepidotus cannot withstand temperatures hig- 50 her than 6 °C. Its liver cells, however, display a 25 Termatomus eulepidotus stable energy budget up to 15 °C (A; given as 0 fractions of total respiration, blue: protein syn- 0 3 6 9 12 15 temperature [°C] thesis; green: RNA/DNA synthesis; yellow: Na+K+-ATPase; light brown (lower panel): ATP synthesis) at rising cellular oxygen demand (B, arrow: habitat temperature)

halten werden. Diese Strategie trägt dazu bei, Energie ecosystems. First results obtained in the brachyuran zu sparen und Verluste durch Verdriftung zu minimie- crab Cancer pagurus provide evidence that elevated

ren. Sie ist insbesondere in der grundsätzlich homo- CO2 levels cause a narrowing of the window of ther- genen, aber durch Störungen geprägten antarktischen mal tolerance as characterized by limitations in the Umwelt für viele Tiere von Vorteil (Abb. 3). Die hohe capacity of oxygen supply to tissues. The thermal Artenzahl innerhalb ökologischer Gilden ist nicht nur window of the lugworm Arenicola marina was found durch spezifische Einnischung und puren Zufall, son- to shift dynamically between seasons. Windows dern auch durch Mechanismen zu erklären, die den were identified from patterns of oxygen consump- lokalen Wettbewerb unterdrücken, wie Fraßdruck, tion, ventilation and protein synthesis monitored in Störungen, unbegrenzte Ressourcenverfügbarkeit und an artificial burrow. At the same acclimation tempe- das Fehlen langfristig wirksamer Ausbreitungsbarrieren. rature thermal windows were narrow in winter asso- Konzeptionelle Ansätze lassen in marinen Ökosy- ciated with lower rates of energy turnover and a very stemen ein Zusammenwirken erhöhter Temperaturen high response to warming compared to the wider

und CO2-Konzentrationen vermuten. Tatsächlich be- windows found in spring. legen erste Untersuchungen an der Krebsart Cancer

pagurus, dass ein CO2-Anstieg das Temperaturtoler- anzfensters einengt. Dies zeigt sich u.a. an einer re- duzierten Sauerstoffversorgung der Gewebe. Beim

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1114Abs1114 005.04.20065.04.2006 11:48:4311:48:43 UhrUhr 115

Wattwurm Arenicola marina wurde im Experiment eine starke saisonale Veränderung des Temperaturto- leranzfensters beobachtet. Bei gleicher Umgebungs- temperatur weisen die Tiere im Winter engere Tole- ranzfenster auf als im Frühjahr, verbunden mit ver- ringertem Energieumsatz und erhöhter Temperatur- empfindlichkeit. Die Toleranz von Makroalgen und Amphipoden (Krebsen) aus dem Flachwasser gegenüber ultravio- letter Strahlung (UVB) wurde vor Spitzbergen und an der antarktischen Halbinsel untersucht. Die obere Tiefenverbreitungsgrenze arktischer Braunalgentange Potential figure (high priority) wird durch die Anfälligkeit ihrer Zoosporen für UV- Stress bestimmt. Karnivore arktische Amphipoden er- Abb. 3: Das räumlich aufgelöste Modell ermög- wiesen sich als weniger UVB-resistent als herbivore licht Analysen komplexer Diversitätsmuster. Kreise Krebse. Ihre Schutzpigmente wurden von der Strah- zeigen einzelne Tiere, Farben ihre Zugehörigkeit lung erheblich gebleicht, und es kommt zur Photoin- zu einzelnen Arten. Eine ungestörte, aber hetero- hibition antioxidativer Enzyme. Bei antarktischen gene Gemeinschaft (oben) mit Arten, die an eine Amphipoden führt UV- Strahlung und vor allem der stabile Umwelt angepasst sind (blau, violett), wird kurzwellige UVB-Anteil zu gesteigerten Respirations- in einem Eisbergkratzer zerstört und abrupt durch raten. Dieser gesteigerte Sauerstoffumsatz könnte ein Erstbesiedler (rot, orange) ersetzt. In der weiteren Grund für den erhöhten oxidativen Stress der Tiere Entwicklung (von oben nach unten) werden diese unter UV-Belastung sein. Pioniere von Arten abgelöst, die langsamer wachsen und sich fortpflanzen (gelb, grün). Fig. 3: The spatially explicit model allows analyses of complex diversity patterns. Circles represent single animals, colors indicate their affilia- tion to individual species. An undisturbed but heterogeneous assemblage (top) with species adapted to a stable environment (blue, pink) is destroyed by an iceberg scour and replaced by first colonisers (red, orange). During further development (from top to bottom) these pioneers are replaced by species with slower growth and reproduction (yellow, green).

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1115Abs1115 005.04.20065.04.2006 11:48:4411:48:44 UhrUhr 116 3. Forschung Research

UVB tolerance was investigated in seaweeds and amphipods from shallow coastal areas of Spitsber- gen and the Western Antarctic Peninsula. The upper depth distribution limit of Arctic kelps is determined POL5: Autökologie planktischer by the UV susceptibility of their zoospores. Carnivo- Schlüsselarten und Gruppen rous Arctic amphipods are less resistant to UVB than herbivores with sun-screening pigments being seve- rely bleached and antioxidant enzymes being photo- Ein wichtiger Meilenstein war die Durchführung des inhibited by UV-radiation. Exposure to UV-radiation Europäischen Eisendüngungsexperiments (EIFEX) und led to increased oxygen uptake in Antarctic amphi- die Analyse der Rolle von Schlüsselorganismen im pods. The effect was more pronounced under UVB Pelagial bei der Entwicklung der induzierten Plank- than UVA exposure. tonblüten und ihrem weiteren Schicksal (siehe spezielle Forschungsthemen). Während EIFEX wurden die im Lebenszyklus der zirkumpolaren Kieselalge Fragi- lariopsis kerguelensis unbekannten Geschlechtssta- POL5: Autecology of Planktonic Key dien (Auxosporen und Gametangien) erstmalig be- Species and Groups schrieben. Dabei wurden die maximale Größe einer Zelle von F. kerguelensis und der Größenbereich der Zellen, in denen Sex induziert werden kann, be- An important milestone was the European Iron Ferti- stimmt. lization Experiment (EIFEX) and the analysis of the Die molekularbiologische Anpassung der psychro- role of key species for the fate of the iron induced philen Diatomee Fragilariopsis cylindrus an erhöhten bloom. During EIFEX, previously unknown sexual Salzgehalt im Lebensraum Meereis wurde mittels stages (both auxospores and gametangial cells) of Salzschockexperimente untersucht. Dabei wurde die the circumpolar pennate diatom Fragilariopsis ker- Regulation des Osmolytstoffwechsels durch Schlüs- guelensis were recorded for the first time. It was pos- selgene der Prolinsynthese analysiert. Im Gegensatz sible to constrain the two cardinal points in the life zu höheren Pflanzen ist Ornithin das Ausgangssub- cycle of F. kerguelensis: The maximum cell size strat für Prolin unter Stressbedingungen. (auxospores) and the sex inducible size window Eine weitere wichtige Schlüsselgruppe sind Acan- (gametangial size range). Acantharia were found fre- tharien, frei lebende mikrophagische Protisten, die quently during EIFEX. They are delicate, free-living, ein Größenspektrum von 50 µm bis 5 mm im Durch- microphagic, exclusively marine microzooplankto- messer erreichen und Barium-angereicherte (Ba/Sr nic protozoa, ranging in size from 50 µm to 5 mili-

SO4) Skelettstrukturen ausbilden. Während EIFEX meter in diameter. Due to their barium-enriched

wiesen Acantharien schon vor der Düngung sehr celestite (Ba/Sr SO4) skeletons, Acantharia’s sinking hohe Abundanzen (50 ind. l-1) auf, und ihre zeitliche Entwicklung folgte der Entwicklung der Phytoplank- tonblüte, d.h. diese Organismen waren in der Lage auf erhöhte Nahrungsverfügbarkeit mit Populations-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1116Abs1116 005.04.20065.04.2006 11:48:4711:48:47 UhrUhr 117

may deposit barite (BaSO4) in ocean sediments. This process is not fully understood, but is important as a proxy for biological productivity of the overlying water co-lumn. wachstum zu reagieren. Dies ist wichtig, da es beim AWI scientists have developed a fast and sensitive Absinken der Acantharienskelette auf noch ungeklär- fluorescence test for the automated detection and

te Weise zu Barit(BaSO4)-Bildung kommen kann, das quantification of microalgae. To date, this method is in den Sedimenten abgelagert wird. Barit dient als the only technique to enumerate cells automatically Indikator (Proxi) für die biologische Produktivität in with the possibility to validate these cells directly der Deckschicht. afterwards microscopically. In this fast detection Zur automatisierten Detektion und zur Quantifizie- system, fluorescence labelled molecular probes stick rung von Mikroalgen wurde ein sensitiver Fluores- to its target cells and these fluorescence labelled zenztest etabliert. Bei dieser einzigartigen Methode cells are afterwards automatically counted by solid binden fluoreszierende, molekulare Sonden an Ziel- phase cytometry. Those target cells can than easily zellen an. Diese können dann selbst in Umweltpro- be quantified even in field samples. ben quantifiziert werden. Antarctic krill, Euphausia superba (hereafter krill), Der antarktische Krill Euphausia superba hat eine plays a key role in the ecosystem of the Southern zentrale Stellung im antarktischen Nahrungsnetz. Ocean. The population size of krill seems to be dri- Sein Überleben im Winter ist der Schlüsselfaktor für ven by recruitment, rather than by predation pres- die Abschätzung der Populationsentwicklung; aber sure on postlarvae and recruitment may be related to dies ist weitgehend ungeklärt. Es werden gegenwärtig seasonal sea ice dynamics. We demonstrated that vier Überwinterungsstrategien diskutiert: Reduktion larval and adult krill have fundamentally different des Metabolismus, Nutzung von Fettreserven und al- over-wintering strategies. Adults are able to survive ternativen Nahrungsquellen (Zooplankton, Eisalgen) more than 200 days (i.e. the entire winter) without und Schrumpfen). Unsere bisherigen Untersuchun- food by consuming their lipid reserves and reducing gen ergaben, dass adulter Krill seinen Stoffwechsel their metabolic rates. Larval krill have low lipid im antarktischen Herbst reduziert und diese Reduk- reserves and thus are not able to tolerate long starvation nicht nahrungsinduziert ist. Die jährliche Photo- tion periods (Figure 4). Furthermore, adults may periode in der Antarktis scheint interne physiologi- switch to bentho-pelagic or carnivorous feeding, sche Funktionen bei adultem Krill zu beeinflussen whereas larval krill have to feed on ice algae to sur- oder zu induzieren. Die Larvenstadien dagegen zei- vive. Experiments conducted during expeditions gen keine Überwinterungsstrategien. Sie haben nur with RV Polarstern have shown that lipid utilisation eine geringe Hungertoleranz und hohe metabolische in starving furcilia does not seem to be linear but a Raten, so dass sie stetig Nahrung aufnehmen müssen more exponential process over time (Figure 5). Krill (Abb. 4). Untersuchungen im nahrungsarmen antark- larvae have high metabolic rates and cannot survive tischen Herbst haben ergeben, dass die Larven die Eisbiota nutzen müssen, um zu überleben. Bei dieser Nahrung zeigen sie hohe Fress- und Wachstumsraten (Abb. 5). Inwieweit Zooplanktonorganismen von den

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1117Abs1117 005.04.20065.04.2006 11:48:4811:48:48 UhrUhr 118 3. Forschung Research

without feeding. We used several physiological parameters to characterize fitness of larval krill in different areas of Antarctica. Such data sets were not Larven als Nahrung genutzt werden und welche ener- available so far but are of great importance for the getische Ausbeute dies für die Larven bringt, ist noch development of biochemical models on the life cycle nicht ausreichend geklärt. Erste Experimente haben of krill. ergeben, dass die Krilllarven, die Zooplanktonorga- Salps are counter players for krill in Antarctic pela- nismen, gegenüber dem Phytoplankton, nicht bevor- gic ecosystems. Their area of distribution has exten- zugt, sondern opportunistisch aufnehmen. ded south during the last decades, which currently Gegenspieler von Krill in Ökosystemen der antarkti- cannot be explained sufficiently. On the expedition schen Gewässer sind Salpen. Diese Tiere haben ihr with Polarstern in 2005 salps were found close to the Verbreitungsgebiet in den letzten Jahrzehnten weiter shelf-ice edge. As the feeding habit of salps differs nach Süden ausgeweitet und kamen während der Po- from krill, the effects on the structure and function larsternexpedition 2005 nahe der Schelfeiskante vor. on pelagic ecosystems might be great, another fact Die Auswirkungen dieser Faunenverschiebung auf that will be investigated in the coming years. Struktur und Funktion pelagischer Ökosysteme ist noch The pelagic pteropod Clione limacina carries nicht abzusehen und wird daher weiter untersucht. strange lipids. We tested the food spectrum of Clione Nach der Entdeckung von außergewöhnlichen Lipi- and found that they feed with 80 % on another pte- den in der Flügelschnecke Clione limacina wurden ropod Limacina helicina. The lipids are de novo pro- Untersuchungen zur Ernährungsphysiologie durchge- duced by Clione and help the animal to sustain ex- führt. Clione nutzt bis zu 80 % ihrer Nahrung, die treme long periods (up to one year) without food. ausschließlich aus einer anderen Flügelschnecke, Li- This is remarkable, as Clione has to swim actively macina helicina, besteht, und baut den überwiegen- the entire time to prevent sinking. During starvation den Teil der Lipide selbst auf. Andererseits ist Clione periods the body and organs shrink immensly. aber auch in der Lage, extrem lange Perioden von bis Since 2000, sediment traps have been continuously zu einem Jahr völlig ohne Nahrung zu überstehen, deployed in the Arctic Ocean in the area of the Fram- was für ein aktives Tier, das permanent mit den Flü- Strait at the “HAUSGARTEN“ long-term observing geln schlagen muss, um nicht abzusinken, einzigartig station. Seasonal patterns in production, modifica- ist. Während des Hungerns werden alle Köperbe- tion and sedimentation of particulate organic matter standteile genutzt, was zu einem starken Schrumpfen in relation to changing abiotic conditions are recor- des Tieres führt. ded on an annual basis. On the background of an In der Arktis werden in der Framstraße im AWI almost similar seasonal pattern in biogeochemical Langzeit-Untersuchungsgebiet „HAUSGARTEN“ seit parameters a change in the “swimmers“ composition 2000 kontinuierlich die zeitlichen und räumlichen in the trap material was recorded for the period Muster in der Produktion, Modifikation und Sedimen- 2004-2005. Whether this is accompanied by a change tation von organischer Substanz mit Umweltparame- in the hydrographical regime has to be tested. tern in Beziehung gesetzt. Die Sedimentationsmuster der biogeochemischen Parameter scheinen relativ gleich im Jahresverlauf. In den letzten Proben (2004-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1118Abs1118 005.04.20065.04.2006 11:48:4911:48:49 UhrUhr 119

18 16 14 12 2005) deutet sich eine Artenveränderung im abgesun- 10 kenen Material aus den oberen 200 Metern der Was- 8 sersäule an. Vor allem die Zusammensetzung der 6 „Schwimmer“ hat sich offensichtlich verändert. In- 4 days of survival days wieweit dies mit einer veränderten Hydrographie, 2 0 3 6 9 12 eventuellen Veränderungen in der Artenzusammen- 0 setzung, unter dem Einfluss von Klimaveränderungen, -2 einhergeht, muss noch geprüft werden. -4 days of starvation Gelöstes organisches Material (DOM) hat wegen seiner vielfältigen Struktur und großen Menge eine enorme Bedeutung für globale Stoffkreisläufe und Abb. 4: Euphausia superba: Furcilia IV Larven. Interaktionen mit Organismen. Wegen der großen Die Überlebenszeit wurde berechnet, indem die Komplexität ist die chemische Struktur immer noch Abnahme der Lipide des Tieres während der Hun- weit gehend unbekannt, und daher gibt es auch nur gerphase gemessen wurde. Hierbei wurden fol- unzureichende Informationen über Quellen, Biover- gende Faktoren brücksichtigt: a) Minimal sind 3 % fügbarkeit, Abbau- und Bildungsprozesse. Seit eini- Lipide notwendig b) Bis zum Tag 6 des Hungerns gen Jahren wurde am AWI die Fourier Transformation wurde ein RQ von 0,72 angenommen (Lipidmeta- Ionen Zyklotron Resonanz Massenspektrometrie (FT- bolsimus); danach wurde ein RQ von 0,9 angesetzt ICR-MS) auf diesem Gebiet etabliert, mit der sich das (Proteine und Lipide werden katabolisiert). Gewicht einzelner Moleküle außerordentlich genau Fig. 4: Euphausia superba: furcilia IV larvae. bestimmen lässt. Aus einzelnen Molekülen mit extre- Calculated survival time on the basis of body mer Elementzusammensetzung (z.B. sehr niedriger lipid content measured during the starvation Gehalt an Wasserstoffatomen) lassen sich direkt experiment. For the calculation the following Strukturinformationen ableiten: So zeigte DOM in factors were taken into account: a) a minimum of der Tiefsee einen signifikanten Anteil an polyaromati- 3 % of lipids are essential b) a RQ of 0.72 was schen Kohlenwasserstoffen (PAHs), die vermutlich used until the 6th day of starvation (lipids were aus Verbrennungs- oder thermischen Prozessen stam- preferentially catabolised) and thereafter a RQ of men, wie sie zum Beispiel in Hydrothermalquellen 0.9 was used (a mix of protein and lipids were stattfinden. Mehr als 200 PAHs konnten in Proben metabolised). aus der Tiefsee identifiziert werden. DOM besteht schätzungsweise zu mindestens 2,4 % aus diesen Verbindungen, die wahrscheinlich aus Sedimenten und Böden mobilisiert werden und deren Minerali- sierung eine signifikante Quelle im globalen Kohlen- stoffkreislauf sein kann.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1119Abs1119 005.04.20065.04.2006 11:48:4911:48:49 UhrUhr 120 3. Forschung Research

1,4

2.30 2 1,2 y= 0.0048X ,r = 0,84

1,0 POL6: Klimavariabilität seit dem 0,8 Pliozän DM (mg) 0,6

Im Zentrum der Arbeiten steht die Dokumentation 0,4 der vergangenen Klimaentwicklung aus terrestrischen, marinen und Eiskern-Klimaarchiven in einer 0,2 zeitlichen Auflösung von jahreszeitlichen Änderun- 0 gen bis zu Jahrtausenden. Durch Verknüpfung der Kli- 0 2 4 6 8 10 12 masignale aus der Atmosphäre und polaren Ozean- length (mm) und Landgebieten werden Mechanismen entschlüs- selt, die die Klimaentwicklung der Erde steuern und Abb. 5: Korrelation zwischen Körperlänge (mm) verstärken. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung und Trockengewicht (DM) von Krilllarven von ver- für realistische numerische Simulierungen der verschiedenen Gegenden und Jahreszeiten. gangenen und zukünftigen Entwicklung von Klima Fig. 5: Correlation between body length (mm) und Meeresspiegelstand. Die Arbeiten stehen in and body dry mass (DM) of larval krill from diffe- engem Zusammenhang mit anderen Untersuchungen rent study areas and years. innerhalb des MCP-Programmes, insbesondere der Arbeitsfelder MAR1, MAR2, POL2, POL3, POL7 und The fate of the large amount of dissolved organic New Keys. material (DOM) in seawater influences global geo- Die Paläoklimarekonstruktionen an polaren Eis- chemical cycles. As it is composed by a variety of bohrkernen konzentrierten sich auf die multinationa- complex organic structures - most of which are still len Tiefbohrprojekte “North Greenland Ice Core unknown - it also interacts with organisms. AWI sci- Project (NGRIP)” und das “European Project for Ice entists have established the Fourier Transformation Coring in Antarctica (EPICA)”, deren Ergebnisse be- Ion Cyclotron Resonance Mass-Spectrometry (FT- reits zu Meilensteinen der Eiskernforschung geworden ICR-MS) to determine molecular mass with high pre- sind. Darüber hinaus wurden die Arbeiten an einem cision to allow reconstruction of molecular structu- Eiskern von der 720 Metern mächtigen Eiskappe auf res. DOM from the deep-sea contains a significant Severnaya Zemlya (russische Arktis) fortgesetzt. Die amount of poly-aromatic carbon hydrates (PAHs). hohe Jahresschichtdicke des NGRIP-Eiskerns erlaubt More than 200 PAHs were detected, some of which nunmehr Rekonstruktionen des letzten Vereisungs- might have originated from deep-sea vents. It was zyklus in bisher unerreichter Auflösung. Mit dem estimated that up to 2.4 % of DOM worldwide origi- NGRIP-Eiskern ist es erstmals auch möglich, die Tem- nated from sediments, which, if remineralised, is sig- peraturen in Grönland am Ende der letzten Warmzeit nificant for the global carbon budget. (Eem) mit Hilfe von Wasserstoffisotopenmessungen zu

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1120Abs1120 005.04.20065.04.2006 11:48:5011:48:50 UhrUhr 121

POL6: Earth Climate Variability since the Pliocene

rekonstruieren. Es zeigt sich, dass dieser Zeitraum bis Central to the studies is the generation and inter-cor- zu 5 °C wärmer als heute war. Die Eiskappe auf Sever- relation of well-tuned climate records from polar naya Zemlya hat sich erst nach einer Warmphase in continental ice, permafrost, lake and marine sedi- der jüngeren Bronzezeit (um 2700 J. v.h.) entwickelt ments to document past climate change at seasonal und dokumentiert damit detailliert die arktische Kli- to millenial time scales. The combination of marine, maentwicklung in historischen Zeiten. Nach einer atmosphere and land data is needed to decode me- Warmperiode um 400 v. Chr. wurden die kältesten chanisms driving and amplifying the Earth´s climate Temperaturen in der Endphase der „Kleinen Eiszeit“ variability, an essential prerequisite for the establish- um 1800 erreicht. Daran anschließend zeigen die an ment of realistic numerical simulations of past and einer 150-jährigen Zeitreihe der Lufttemperatur in future climate and sea level development. This re- Nord-Norwegen (Vardø) geeichten Isotopenwerte bis search is closely related with studies accomplished 1930/40 einen Temperaturanstieg von 1,6 °C an. in other MARCOPOLI work packages, such as in Der EPICA-Dome C (EDC) Eiskern aus dem indi- MAR1, MAR2, POL2, POL3, POL7 and New Keys. schen Sektor der Antarktis erweitert den durch Eis- Palaeoclimate reconstructions from polar ice cores kerne dokumentierten Zeitraum vergangener Klima- concentrated on the two multinational deep ice core entwicklung auf mehr als 740 000 Jahre v.h., und drilling projects, North Greenland Ice Core Project damit auf das Doppelte des durch den Vostok-Eiskern (NGRIP) and the European Project for Ice Coring in abgedeckten Zeitfensters. Auffällig an den neuen Antarctica (EPICA), which both led to milestone re- EDC-Klimazeitreihen ist, dass die Warmzeiten im sults in ice core research. In addition, studies on a Zeitraum zwischen 750 000 und 450 000 J. v.h. deut- core from the 720 meter thick Severnaya Zemlya ice lich kühler waren als nachfolgende, wie die derzei- cap (Russian Arctic) were continued. With the NGRIP tige Warmzeit (Holozän). Aus Befunden zu einer ice core it was possible for the first time to recon- Warmzeit vor ca. 400 000 Jahren, die dem Marinen struct Greenland temperatures at the very end of the Isotopenstadium 11 entspricht, kann abgeleitet wer- penultimate interglacial, the Eemian. Based on the den, dass die holozäne Warmzeit, auch ohne Einfluss stable water isotope record it was revealed that the des Menschen, noch weitere 15 000 Jahre andauern Eemian was approximately 5 °C warmer than today. wird. Eine zweite EPICA Eiskern-Bohrung, die vom The high annual layer thickness of the NGRIP ice AWI in Dronning Maud Land (Atlantischen Sektor der core allowed for climate reconstruction in unprece- Antarktis) durchgeführt wird, wurde bereits bis zu dented resolution over the last glaciation. The Aka- einer Tiefe von 2564 Metern beprobt und verschie- demii Nauk ice cap (Severnaya Zemlya) began to denste chemische und isotopische Parameter gemes- accumulate only after a warm period about 2700 sen. Die EPICA-Dronning-Maud-Land (EDML) Boh- rung wurde im Januar 2006 erfolgreich beendet, wobei der Felsuntergrund in einer Tiefe von 2774 Metern erreicht worden ist. Vorläufige Datierungen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1121Abs1121 005.04.20065.04.2006 11:48:5111:48:51 UhrUhr 122 3. Forschung Research

years ago and thus documents climate evolution during historic time at high sensitivity. After a warming around 400 BC, coldest temperatures were reached around 1800 AD, the late “Little Ice Age”. The stable des ältesten Eises ergeben ein Alter um 900 000 Jahre. isotope derived temperatures calibrated with a 150- Der EDML-Kern stellt ein direktes Pendant zu den year air temperature record from northern Norway grönländischen Eiskernen dar und liefert höher auf- (Vardø) indicate a 1.6 °C temperature increase since gelöste Zeitreihen über die letzten 80 000 Jahre. 1800 AD until the 1930´s. Diese Periode ist durch schnelle Klimaschwankun- The EPICA Dome C (EDC) ice core, located in the gen (Dansgaard-Oeschger Ereignisse) im Nordatlan- Indian Ocean sector of Antarctica, extended the time tik charakterisiert, welche durch die thermohaline interval covered by ice core records for the first time Zirkulation mit dem Klima des Südozeans gekoppelt to more than 740,000 years, which is nearly twice as sind. An der EDML-Bohrlokation konnte erstmals much as in the previous Vostok ice core. The most auch eine kontinuierliche Aerosolbeprobung durch- enigmatic features of the new EDC record are the geführt werden. Der über einen 2-Jahreszeitraum interglacials encountered in the time interval gewonnene Datensatz ergibt deutliche Unterschiede 740,000 - 450,000 years BP, which are significantly im Eintrag von marinem biogenem Schwefel und cooler than our current interglacial, the Holocene. Seesalzareosolen, obwohl beide Komponenten die- Based on the analogue of Marine Isotope Stage (MIS) selbe Quellregion haben sollten. Dieser unerwartete 11, a warm period at around 400,000 years BP, we Befund deutet darauf hin, dass hauptsächlich die estimate that (even without human interference) our Transporteffizienz und weniger Prozesse an der Sig- current warm period would last for another 15,000 nalquelle selbst die Eintragsmenge der Aerosole in years. The second EPICA drilling, carried out by AWI, das Klimaarchiv Eis regulieren. provides the first deep ice core from the Atlantic sec- Marine Klimazeitreihen wurden an holozänen und tor of Antarctica (Dronning Maud Land). Various pleistozänen Sedimentabfolgen aus dem Arktischen chemical and isotopic parameters of the EPICA Dron- Ozean, dem Ochotskischen Meer, dem pazifischen ning Maud Land (EDML) ice core have been measu- und atlantischen Sektor des Südozeans und dem Eu- red down to a depth of 2564 meters. The EDML dril- ropäischen Nordmeer entwickelt. Die Arbeiten an ling was completed in January 2006, when bedrock Bohrkernen von der Ocean Drilling Program (ODP) was reached at a total depth of 2774 meters. Prelimi- Reise 177 in den atlantischen Sektor des Südozeans nary dating of the basal ice yields an age of around ergeben erstmals Zeitreihen, welche die holozäne 900,000 years BP. The EDML core represents a direct und pleistozäne Südozeanentwicklung in hoher zeit- Antarctic counterpart to the Greenland ice core licher Auflösung auf einem latitudinalen Schnitt über records and provides high-resolution climate records den Südozean dokumentieren. Es wurden Parameter over the last 80,000 years. This time period is cha- wie Oberflächenwassertemperatur, Meereisverbrei- racterized by rapid climate changes (Dansgaard- tung und Nährstoffnutzung rekonstruiert. Die Zeitrei- hen der Wassertemperaturen, die für den Zeitraum der letzten 650 000 Jahre vorliegen, zeigen hohe Übereinstimmung mit der Temperaturabfolge aus Eis-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1122Abs1122 005.04.20065.04.2006 11:48:5211:48:52 UhrUhr 123

Oeschger events) in the North Atlantic coupled to Southern Ocean climate by the thermohaline circulation. A continuous two-year monitoring of aerosol deposition at the EDML drill site reveals a surprisin- kernen (u.a. EDC). Auch im Südozean waren die gly efficient biogenic sulfur transport, in contrast to warmzeitlichen Temperaturen im Zeitraum vor sea salt aerosols, although the source region of both 450 000 Jahren geringer als während jüngerer Warm- compounds is the marine boundary layer. Such pat- zeiten. Damit kann die Temperatur zur Korrelation terns may indicate that aerosol signals in ice cores von Klimazeitreihen aus Eiskernen und marinen primarily depend of transport efficiency and diffe- Abfolgen genutzt werden. Zeiten maximaler Winter- rential deposition losses en route, rather than of the und Sommermeereisverbreitung stimmen mit Zeiten source strength itself. kältester Eiskerntemperaturen und Anstieg des Stau- Marine climate records have been generated on beintrages überein. Nicht nur wegen seines Einflusses Holocene and Pleistocene sediment sections from auf die Albedo und die Produktion von Wassermas- the Arctic Ocean, the Sea of Okhotsk, the Pacific and sen stellt das Meereis einen wesentlichen Steuerungs- Atlantic sectors of the Southern Ocean and the Nor- faktor im globalen Klimageschehen dar: In Kaltzeiten dic Seas. Our study of Ocean Drilling Program (ODP) erreicht das antarktische Meereis eine doppelt so Leg 177 sedimentary sequences from the Atlantic große Verbreitung wie in der heutigen Warmzeit und sector of the Southern Ocean provides the first beschränkt damit den Austausch zwischen Atmo- records documenting Holocene and Pleistocene cli- sphäre und Südozean; mit seiner Ausdehnung ver- mate variability at high-resolution from a transect bundene Änderungen der atmosphärischen Zirkula- across the Southern Ocean. This includes parameters tion verstärken den Eintrag von Staub und den für die such as sea surface temperature, sea ice extent and biologische Produktion benötigten Mikronährstoff nutrient utilization. Sea surface temperature records Eisen in den Ozean; Staub und Eisen werden auf der of the past 650,000 years compare remarkabley well Meereisdecke angesammelt und bei Abschmelzen with atmospheric temperatures obtained from Ant- des Meereises in das stratifiziertes Oberflächenwas- arctic ice cores (e.g. EDC), including the shift from ser freigesetzt. Das wiederum regt eine erhöhte lower to higher interglacial temperature regimes Algenproduktion an, die beim Absinken effektiv Koh- around 450,000 years. As such, temperature has lenstoff aus der Deckschicht des Südozeans zieht und been selected as a tool for correlation of marine and damit zur Reduzierung des klimawirksamen Treibh- ice core records. Maximum winter and summer sea

ausgases CO2 beiträgt. Durch Korrelation von Klima- ice extents coincide with coldest ice core temperatu- signalen aus Eis- und Sedimentkernen wurde die Pha- res and increased dust deposition. Sea ice represents senbeziehung der Klimaentwicklung in nördlichen a major player in global climate development be- und südlichen polaren Breiten in zeitlich hoher Auf- cause of its impact on the albedo, water mass pro-

lösung erfasst. Damit konnte das komplexe Zusam- duction and atmospheric CO2 concentration. The menspiel von Änderungen der Insolation, der physikalischen Eigenschaften der Wassersäule und der Wassermassenzirkulation (u.a. durch Schmelzwasse- reintrag), der Atmosphärenzirkulation und dem Export

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1123Abs1123 005.04.20065.04.2006 11:48:5211:48:52 UhrUhr 124 3. Forschung Research

Antarctic sea ice field expanded during glacials to twice the present extent. It restricted atmosphere/ ocean exchange, enhanced glacial dust generation and acted as a storehouse of dust-Fe for seasonal von organischem Kohlenstoff in polaren Breiten release during melting into a stratified water column, dokumentiert und in seiner Auswirkung auf die Kli- which launched a biological productivity regime maentwicklung interpretiert werden. Zusammenspiel characterized by high carbon export efficiency. The und Wechselwirkungen der klimarelevanten Pro- high-resolution studies combining marine and ice zesse, die auf die polaren Breiten wirken oder von core records document the in- and out-of-phase dort ausgehen, führen zu einer insgesamt uneinheitli- periods of northern and southern high latitude cli- chen Klimaentwicklung während der verschiedenen mate development that can be related to the com- pleistozänen Glazial/Interglazialwechsel, aber auch plex interplay of processes involving insolation, phy- zu hemispherischer und regionaler Differenzierun- sical properties of the water column and water mass gen der Klimaentwicklung. Ein Beispiel dafür ist eine circulation (e.g. via melt water injections), atmosphe- unerwartet starke Aktivität des Agulhas Stromes wäh- ric circulation and biological export of organic car- rend einer Kaltzeit vor ca. 350 000 Jahren. Dabei bon. This results in non-uniform amplitudes and se- wurde Warmwasser aus dem indo-pazifischen Raum quences of events at the glacial/interglacial transitions in den glazialen Südatlantik eingebracht, was dort and hemispheric/regional differentiation of climate regional zu Abweichungen gegenüber der globalen development. An unexpected glacial increase of Entwicklung führte. Die Erfassung der Mechanismen, Agulhas Current activity was documented around die den Austausch von Wassermassen und Nährstof- 350,000 years ago, which allowed intensified Agul- fen zwischen polaren Ozean- und küstennahen Auf- has spillover into the Atlantic, flushing the glacial triebsgebieten in mittleren und niederen Breiten steu- South Atlantic Ocean with heat previously accumu- ern, wurde mit einer Studie begonnen, die sich mit lated in the Indo-Pacific tropics. The study of mecha- dem Benguela Auftriebsgebiet und seiner Beziehung nisms controlling the exchange of water mass and zum Südozean während der letzten 350 000 Jahren nutrients between high-latitude ocean and mid-low befasst. Diese Arbeiten werden im Rahmen eines Pro- latitude upwelling areas has begun with a survey of jektes innerhalb des DFG-Forschungszentrums „Oze- the Benguela upwelling area and its relation with the anränder“ (RCOM) weiter ausgebaut. Marine Klima- Southern Ocean during the past 350,000 years. This zeitserien, die die Entwicklung im nordatlantischen work continues within a project connected to studies Raum während der letzten 3 bis 4 Millionen Jahre in within the DFG Research Center Ocean Margins hoher zeitlicher Auflösung dokumentieren, werden (RCOM). Further enhancement of the understanding derzeit bearbeitet. Sie wurden 2005 während der of the complex bipolar processes comes from the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Reise 306 study of new sediment cores recovered in 2005 erbohrt und stellen einen neuen Eckpfeiler für die during the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Erforschung bipolar wirksamer Klimamechanismen dar. Die im polaren Atlantik durchgeführten Arbeiten werden derzeit auch auf die bislang wenig erforsch- ten polaren Gebiete des Pazifiks ausgedehnt. So wur-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1124Abs1124 005.04.20065.04.2006 11:48:5311:48:53 UhrUhr 125

Leg 306 at key locations in the North Atlantic. These records represent a benchmark to extend the present knowledge of North Atlantic millennial-scale climate variability over the last few million years. The studies den bereits paläoozeanographische Rekonstruktionen done in the Atlantic are now extended to the little an Sedimentkernen aus dem ost-pazifischen Sektor explored Pacific polar regions. This work has begun des Südozeans durchgeführt. Darüber hinaus wurden with palaeoceanographic reconstructions of Pleisto- für zukünftige Probennahmen marin-geologische Ex- cene sediments in the eastern Pacific sector of the peditionen mit ‚Polarstern‘ und FS ‚Sonne‘ in süd- und Southern Ocean, the preparation of future marine- nordpazifische Polargebiete geplant und ein Vorschlag geological cruises with RV Polarstern and RV Sonne zur Bohrung von zeitlich hochauflösenden pleistozä- to the southern and northern polar Pacific and the nen-neogenen Sedimentabfolgen im pazifischen Süd- generation of an IODP proposal for the drilling of ozean im Rahmen von IODP entwickelt. high-resolution Pleistocene and Neogene records in Rekonstruktionen des Landschaftswandels und der the Pacific Southern Ocean. Permafrostdynamik in den Periglazialräumen der Reconstruction of the landscape development and Nordhemisphäre konzentrierten sich auf klimarele- permafrost dynamics in the northern-hemispheric vante Schlüsselregionen in Ostsibirien und eine Pilot- periglacial realm focused on climate-sensitive key studie in zwei Permafrosttunneln in Alaska. Paläo- regions in eastern Siberia and a pilot study in two ökologische und geokryologische Studien an Per- permafrost tunnels in Alaska. Palaeoecological and mafrostabfolgen der letzten 200 000 Jahre, die an der geocryological studies on permafrost sections ex- Küste der Laptewsee aufgeschlossen sind, zeigen posed along the Arctic Laptev Sea coast of Yakutia Phasen der Permafrostbildung während Kaltzeiten show that permafrost aggregation prevailed during und der Degradation während Warmzeiten wie Eem the cold stages of the past 200,000 years, while the und Holozän. Permafrostbohrungen im Elgygytgyn- Eemian and the Holocene warm stages were charac- Meteoritenkratersee (Tschukotka) lieferten neue Er- terized by permafrost degradation. Permafrost drill kenntnisse über die Hangdynamik in Abhängigkeit cores and texture ice features in frozen ground from vom spätpleistozän-holozänem Klimawandel und die the impact crater rim of Lake El’gygytgyn (Chukotka) Nutzung von Textur-Eis als Klimaindikator. Die Daten yielded insights into climate-related slope dynamics vom gefrorenen Kraterrand sind eine wichtige Grund- during the late Pleistocene-Holocene. The recon- lage für die paläolimnologische Interpretation von struction of ancient slope stability is essential for the Bohrkernen aus dem Elgygytgynsee, die im Rahmen interpretation of sediment records from Lake El’ eines ICDP (International Continental Drilling Pro- gygytgyn, to be accomplished in the frame of an gram) durchgeführt werden. Umweltindikatoren aus International Continental Drilling Program (IDCP). zeitlich hochaufgelösten Seesediment-, Torf- und Eis- The palaeoenvironmental investigation of lake sedi- keil-Abfolgen Zentraljakutiens (Ostsibirien) deuten ment and peat records and from ice wedges in cen- auf ausgeprägte Klimaschwankungen in der seit 10 000 Jahren andauernden Warmphase (Holozän) hin. Vor 8000 bis 4500 Jahren waren mildere Winter und höhere Sommertemperaturen als im späten Holo-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1125Abs1125 005.04.20065.04.2006 11:48:5311:48:53 UhrUhr 126 3. Forschung Research

tral Yakutia (eastern Siberia) point to pronounced climate variations during the past 10,000 years (Holocene). The period between 8000 and 4500 years before present was characterized by less severe zän charakteristisch. Zeitgleiche starke Wasser- winters and warmer summer temperatures than to- standsschwankungen in Thermokarstseen doku- day. Marked fluctuations of thermokarst lake levels mentieren häufige Variationen im document repeated changes in summer humidity. Feuchtigkeitshaushalt, die möglicherweise an This variability is likely related to high-frequent see- hochfrequente globale Klimaschwankungen (z.B. saw effects and tele-connections in the global cli- Arktische Oszillation, Solarzyklen) gebunden waren. mate system (e.g. Arctic Oscillation, sun-spot cycles). Diese Untersuchungen tragen dazu bei, die holozäne These studies are part of a common effort to signi- Klimaentwicklung in Polargebieten durch Kombina- ficantly augment the knowledge on polar Holocene tion von Land-, Ozean- und Eisdaten wesentlich zu climate development, combining land, ocean and verbessern. ice core records. Im Rahmen des ESF-Programms EUROMARGIN As part of the ESF Program EUROMARGINS the konnte eine Mega-Rutschung am Kontinentalrand extent of the Yermak Slide at the Spitsbergen conti- von Svalbard mit Hilfe von sedimentechographischen nental margin (Arctic Ocean) has been revised based und bathymetrischen Untersuchungen exakt vermes- on new echosounding and bathymetric data. With an sen werden. Mit einer betroffenen Fläche von ca. affected area of at least 10,000 km2 and more than 10 000 km2 und einem Volumen von 2400 km3 Sedi- 2400 km3 involved sedimentary material this mega- ment zählt die Yermak-Rutschung weltweit zu den slide ranges among the largest exposed submarine größten bislang bekannten, vergleichbar mit der Stor- slides worldwide, comparable to the Storegga Slide rega-Rutschung vor Norwegen. Das mit AMS14C- off central Norway. AMS14C dating places the main Datierungen bestimmte Alter der Yermak-Rutschung slide event around 30,000 years BP, which coincides von 30 000 Jahren fällt in den Zeitraum der Aufbau- with the build-up phase of the Svalbard-Barents Sea phase des Svalbard-Barentssee-Eisschildes. Ice Sheet (SBIS). In enger Anbindung an laufende und geplante Closely related to the reconstructions of past cli- Paläoklimarekonstruktionen wurden neue technische mate development techniques for the reconstruction Voraussetzungen und Methoden zu Weiterentwick- of past environments were improved through the lung und Ausbau der bestehenden Proxy-Palette development of new methods and proxies. To en- geschaffen. Um Parameter der sibirischen Klimaent- hance the quantitative reconstruction of parameters wicklung (u.a. Sommertemperatur, Niederschlag, Ve- such as temperature, precipitation and vegetation getationszonierung) mit Hilfe statistischer Methoden zonation from Sibirian climate using statistical tech- quantitativ rekonstruieren zu können, wurden Refe- niques, reference data sets have been set up inclu- renzdatensätze entwickelt, die die Verbreitung von ding the distribution pattern of terrestrial and aquatic terrestrischen und aquatischen Bioindikatoren (Ma- kropflanzenreste, Pollen, Diatomeen, Zuckmücken- larven, Muschelkrebse) und ihre Beziehung zu ökolo- gischen und klimatischen Parametern beschreiben.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1126Abs1126 005.04.20065.04.2006 11:48:5411:48:54 UhrUhr 127

bioindicators (macroplant remains, pollen, diatoms, chironomids, ostracodes) and their relation to the present-day ecological and climate boundary conditions. The development of a permafrost isotope ther- Die Entwicklung eines Permafrost-Isotopenthermo- mometer for the reconstruction of winter temperatu- meters für die Rekonstruktion von Wintertemperatu- res was advanced through a dense sampling of recent ren wurde durch umfangreiche Beprobung rezenter and Holocene ice wedges and the establishment of und holozäner Eiskeile sowie den Ausbau von observation sites near Yakutsk and in the Lena Delta. Messfeldern zur Beobachtung der Eiskeilentstehung Considering that siliceous microfossils are promi- im Lenadelta und bei Jakutsk fortgesetzt. Da kieselige nent carriers of past environmental conditions in Mikrofossilien wesentliche Signalträger zur Rekon- polar oceans and freshwater environments, technical struktion der Klima- und Umweltentwicklung in pola- capacities and methods for the measurements of the ren Meeresgebieten und Seen darstellen, wurden stable isotopic composition (δ13C, δ15N, δ30Si, δ18O) technische Voraussetzungen und Methoden zur of biogenic opal and the organic matter occluded Bestimmung von stabilen Isotopenverhältnissen therein have been established. Such measurements (δ13C, δ15N, δ30Si, δ18O) an biogenem Opal und ein- provide information on nutrient cycling and water geschlossener organischer Substanz geschaffen. mass properties (e.g. temperature, salinity). Work- Diese Messungen er-lauben Rekonstruktionen der able techniques for the separation of siliceous micro- Nährstoffnutzung und Wassermasseneigenschaften fossil and species groups for isotope measurements (Temperatur, Salzgehalt). Es wurden bereits Routine- have been elaborated and are being tuned towards verfahren zur quantitativen Abtrennung von kieseli- the separation of samples as monospecific as pos- gen Mikrofossilien und Mikrofossilgruppen aus Sedi- sible. This was accompanied by a critical assessment menten entwickelt. Neue Informationen zur paläo- of the opal stable isotope proxies in order to identify ozeanographischen Nutzung von Radiolarien wurde key areas where improvements could be made to the durch die Bearbeitung von Planktonfängen und proxies. New information on the significance of ra- Oberflächensedimenten aus dem Ochotskischen diolarians for past environmental reconstructions Meer gewonnen. Da sich dieses nordpazifische Rand- have been extracted from a quantitative study of as- meer durch einzigartige hydrographische Bedingun- semblages collected from the water column and sur- gen auszeichnet, die Ähnlichkeit mit Bedingungen in face sediments in the Sea of Okhotsk. Because this glazialen polaren Meeresgebieten aufweisen, stützt marginal sea is characterized by specific hydrogra- diese Untersuchung die Entwicklung von Szenarien phic conditions that may have affinities to glacial zur Beschreibung der glazialen Hydrographie und conditions of polar oceans, the study helps to gene- biologischen Produktionsregime in polaren Breiten. rate scenarios describing glacial hydrographic and productivity regimes in polar latitudes.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1127Abs1127 005.04.20065.04.2006 11:48:5411:48:54 UhrUhr 128 3. Forschung Research

POL7: From Permafrost to the Deep Sea in the Arctic

POL7: Vom Permafrost in die Tiefsee The work package aims to identify and understand der Arktis the key processes controlling Arctic coastal dynamics and especially the associated material fluxes and methane emissions and their role in the entire Das Arbeitspaket POL7 hat die prozessorientierte Arctic System. One objective is to study formation, Untersuchung der Küstendynamik arktischer Regio- pathways and fate of methane in different Arctic ter- nen, speziell im Hinblick auf den Stofftransport von restrial and marine environments and to assess their gelösten und partikulären Komponenten, zum Ziel. contribution to the global methane cycle. We will Ein Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung des extend our research into the arctic deep-sea to iden- Methankreislaufs in Böden und Sedimenten hoher tify key factors governing functional benthic biodi- nördlicher Breiten. Hierfür werden die Bildung und versity from a biological, geological and geochemi- Zehrung dieses Spurengases und die Transportpfade cal perspective using free falling lander systems, untersucht, um die Bedeutung der arktischen Region long-term experiments and observations with ROVs für den globalen Methankreislauf zu identifizieren. and AUVs. Die Transportpfade sollen von der Küstenregion über die Ozeanränder bis in die Tiefsee verfolgt werden. The role of permafrost coasts in the Arctic system Die Untersuchungen in der arktischen Tiefsee zielen Ice-rich permafrost deposits of Arctic coastal low- auch darauf ab, die biologischen, geologischen und lands are sensible to climatic changes. Remote sen- geochemischen Schlüsselfaktoren zu identifizieren, sing, GIS-methods and digital terrain models are die für die benthische Biodiversität prägend sind. Für efficient tools to classify the thermokarst affected diese Untersuchungen werden so genannte “free fal- costal plain of the Laptev Sea region as well as to ling lander“ Systeme eingesetzt und Langzeitexperi- quantify the landscape dynamics. According to ana- mente durchgeführt. Neben schiffsgebundenen Arbei- lyses of Landsat-7 and field data, up to 78 % of the ten werden für Vermessungen und Beprobungen auch coastal plain near the COAST drill transect is affec- ROVs und AUVs eingesetzt. ted by permafrost degradation. This thawing results in increasing fluxes of sediment, freshwater and car- Die Rolle der Permafrostküsten im arktischen System bon to the hydrosphere and atmosphere, accelerated Eisreiche Permafrostablagerungen arktischer Tieflän- coastal retreat and changes of existing biocoenoses. der reagieren sehr sensibel auf Klimaänderungen. The surface in permafrost regions is characterized Fernerkundung, GIS-Methoden und digitale Gelän- by a high spatial variability. This is manifested by the demodelle haben sich als hervorragende Werkzeuge occurrence of patterned ground phenomena, such as erwiesen, um die durch Permafrostdegradation ge- prägten Küstenebenen der Laptewseeregion zu klas- sifizieren und die Veränderungen zu quantifizieren. Mit Hilfe von Landsat-7-Daten und Felddaten wurde

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1128Abs1128 005.04.20065.04.2006 11:48:5511:48:55 UhrUhr 129

polygons, sorted polygons and stripes. Environmen- tal changes can possibly be identified by observing changes (such as surface changes and process changes) of these self organized natural systems. Thus our ermittelt, dass bis zu 78 % der Küstenebene nahe der research focus is twofold: (i) quantitative geometric COAST Bohrung von Permafrostdegradation betrof- description of patterned ground surfaces and (ii) fen sind. Das Auftauen führt zu erhöhtem Stoffeintrag identification of seasonal and spatial behaviour of (Sediment, Süßwasser, Kohlenstoff) in die Hydro- und water, temperature and solute concentration within Atmosphäre, zu beschleunigtem Küstenrückgang, so- a soil pattern. wie zu Veränderungen bestehender Biozönosen. Ein wesentliches Merkmal von Permafrostland- Methane Budgets in Terrestrial and Marine Polar schaften ist die Oberflächenstrukturierung durch Environments Frostbodenformen, z.B. Polygone, Kreise oder Strei- During the past two years terrestrial environments fen. Die Bildung dieser Formen wird in erster Linie were investigated in the Lena Delta and marine envi- durch das Klima bestimmt, das eine Vielzahl kryope- ronments were studied by cruises to the Haakon dogener Prozesse zur Folge hat. Demzufolge sind Mosby Mud Volcano and coastal waters off Sval- Frostbodenformen auch Zeiger von Klima- und Um- bard. weltveränderungen. Unsere Ziele sind (i) die quan- For the understanding and assessment of the recent titative Beschreibung der Frostbodenformen mit- and future terrestrial carbon dynamics of the Sibe- tels geometrischer Funktionen aus der statistischen rian Arctic two expeditions into the Lena Delta – Physik und (ii) die Untersuchung der Wärme- und LENA 04 and LENA 05 – were carried out to study Wassertransportprozesse, die zur Bildung und Erhal- the methane fluxes as well as the microbial proces- tung der Strukturen führen. ses and community structures in permafrost environments. The long-term studies on carbon turnover Methan Budgets in der polaren terrestrischen und showed large differences in methane emission from marinen Umwelt the different permafrost landscapes varying between -2 -1 Für das Verständnis und die Einschätzung der gegen- 1 to 362 mg CH4 m d . These differences on the wärtigen und zukünftigen terrestrischen Kohlenstoff- ecosystem-level were attributed to the different acti- dynamik in der sibirischen Arktis wurden zwei Expe- vities of the involved microbial communities as well

ditionen in das Lenadelta – LENA 04 und LENA 05 as of the plant-mediated CH4 transport. The micro- – durchgeführt, um die Methanflüsse sowie die mikro- bial community composition in the permafrost habi- biellen Prozesse und Lebensgemeinschaften in Per- tats was analyzed by fluorescence in situ hybridiza- mafrostböden zu studieren. Die Langzeituntersu- tion (FISH) and RNA-based approaches, which in- chungen zum Kohlenstoffumsatz zeigten große Un- dicated high cell numbers and a high diversity of the terschiede in der Methanemission aus den unter- different investigated microbial groups. For the first schiedlichen Landschaftseinheiten im Permafrost, die zwischen 1 bis 362 mg Methan (CH4) m-2 d-1 schwan- ken. Diese Unterschiede auf der Ökosystemskala konnten der unterschiedlichen Aktivität der beteilig-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1129Abs1129 005.04.20065.04.2006 11:48:5511:48:55 UhrUhr 130 3. Forschung Research

time the methane emission was balanced for the whole Lena Delta by using remote sensing and GIS methods. The investigations show that the annual methane release of the Lena Delta (north of 70 °N) ten Gemeinschaften von Mikroorganismen sowie amounts to about 80,000 tons, which is comparable dem pflanzenvermittelten Methantransport zuge- for instance to the Yukon Kuskokwim Delta located schrieben werden. Die Zusammensetzung der mikro- in lower latitudes (south of 65 °N). It can be conclu- biellen Lebensgemeinschaften in den Permafrostha- ded from our results firstly that the Lena Delta repre- bitaten wurde mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybri- sents an important source of atmospheric methane disierung (FISH) und RNA-basierten Methoden ana- and secondly that the microbial communities in per- lysiert. Damit konnte eine hohe Anzahl und eine mafrost environments are composed by members of hohe Diversität für die unterschiedlichen Mikroorga- all three domains of life (Bacteria, Archaea, Euka- nismengruppen anzeigt werden. Erstmals konnte die rya), with a total biomass comparable to temperate Methanemission für das gesamte Lenadelta mit Hilfe soil ecosystems. von Fernerkundungs- und GIS-Methoden bilanziert In the marine environment of the Håkon Mosby werden. Die Untersuchungen zeigen, dass die jährli- Mud Volcano (HMMV), located at the continental che Methanfreisetzung aus dem Lenadelta (nördlich slope of the western Barents Sea fan, is the only von 70 °N) ungefähr 80 000 Tonnen beträgt. Dieser active mud volcano reported for high northern latitu- Wert ist vergleichbar mit dem Yukon-Kuskokwim- des. During a ‘Polarstern‘ ARK-XIX3b, the HMMV Delta, das in niedrigeren Breiten liegt (südlich von 65 was investigated by several dives with the Remotely °N). Es kann aus unseren Ergebnissen gefolgert wer- Operated Vehicle Victor6000 (IFREMER). A high den, dass das Lenadelta eine wichtige Quelle des resolution microbathymetric map with a vertical atmosphärischen Methans darstellt. Des Weiteren resolution of better than 10 centimeters was derived zeigen die Ergebnisse, dass die mikrobiellen Lebens- during these dives and video streams of the bottom gemeinschaften in Permafrosthabitaten von allen drei camera were converted into georeferenced mosaics. Domänen des Lebens (Bacteria, Archaea, Eukarya) This provides a detailed image about the spatial dis- gebildet werden, mit einer Biomasse, die mit Boden- tribution of seafloor features as chemoautotrophic ökosystemen in gemäßigten Klimaten vergleichbar ist. bacterial mats, pogonophorans and mud flows. The Der am Kontinentalhang der westlichen Barents- activity of chemoautotrophic communities regulates see gelegene Haakon Mosby Mud Volcano (HMMV) the release of methane from the sediment into the ist der einzige bisher bekannte aktive Schlammvul- bottom water. Based on spatial analysis of the geore- kan in hohen nördlichen Breiten. Während der Polar- ferenced mosaics, different biogeochemical habitats stern Expedition ARK-XIX3b wurde der HMMV mit were identified and quantified on a m2 basis. Investi- dem ROV Victor 6000 untersucht. Hierbei wurden gation of the flat area in the centre of HMMV revealed eine detaillierte mikrobathymetrische Vermessung that approximately 16 % (115,165 m2) is nearly void mit einer vertikalen Auflösung von weniger als 10 Zentimeter durchgeführt und georefenzierte Video- mosaike des Meeresbodens aufgezeichnet. Die Videomosaike ermöglichen eine Kartierung der räum-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1130Abs1130 005.04.20065.04.2006 11:48:5611:48:56 UhrUhr 131

of any benthic communities. This area is considered as a region of high methane discharge into the bottom water. An area of 5% (38,244 m2), located in the south-eastern part, is densely inhabited by Beggia- lichen Verteilung von chemoautotrophen Organis- toa. The hummocky outer part is colonised domi- men wie Bakterienmatten und Pogonophoren („Röh- nantly by pogonophoran tube worms (37.3%; renwürmern“) sowie von Mud Flows. Die mikrobielle 276,121 m2) and only occasionally by Beggiatoa. Aktivität dieser chemoautotrophen Vergesellschaftun- Our geochemical and hydro-acoustic observations gen reguliert die Freisetzung von Methan aus dem revealed the discharge of gas hydrate-coated methane Sediment in das Bodenwasser. Basierend auf der bubbles and gas hydrate flakes forming huge methane räumlichen Analyse der georeferenzierten Videomo- plumes extending from the seabed at a depth of 1250 saike wurden unterschiedliche biogeochemische meters up to 750 meters above ground into the water Habitate identifiziert und deren Flächen und Nach- column. This depth coincides with the upper limit of barschaftsbeziehung analysiert. Die Untersuchung the temperature-pressure field of gas hydrate stabi- der nahezu ebenen Region im Zentrum von lity. This suggests that a significant portion of the HMMV zeigte, dass ungefähr 16 % der Fläche methane from the discharged methane bubbles can (115 165 m2) nahezu unbesiedelt von benthischen reach the upper water column and may be transpor- Organismen ist. Für diesen Bereich sind die höchsten ted towards the surface and released into the Methanfreisetzungsraten zu verzeichnen. Im süd-öst- atmosphere. lichen Bereich des HMMV ist eine Fläche von ca. 5 % (38,244 m2) dicht mit Beggiatoa besiedelt. Der hüge- Benthic Diversity and Fluxes in the Polar Deep-Sea lige Randbereich von HMMV ist vorwiegend mit One of the hypotheses we follow is that small-scale Pogonophoren (37.3 % auf 276,121 m2) und nur ver- biogeochemical and physical gradients at the sedi- einzelt mit Beggiatoa besiedelt. Unsere geochemi- ment-water interface, to a yet unknown extent influ- schen und hydro-akustischen Untersuchungen zei- enced or even generated by large motile organisms gen, dass Gasblasen vom Meeresboden aufsteigen. (biogenic engineering), lead to a persistent mosaic of Hierbei handelt es sich um Methangasblasen, die mit microhabitats allowing coexistence of numerous einer dünnen Hülle von Gashydrat ummantelt sind. species especially at small spatial scales. Our recent Die „Gas-Plumes“ steigen vom Meeresboden aus results on the influence of deep-sea sponges (as an 1250 Metern Wassertiefe um mehr als 750 Metern example of a biogenic structure) on the small-scale auf. Diese Tiefe entspricht der Obergrenze des Me- distribution pattern of benthic deep-sea nematodes thanhydrat-Stabilität Feldes. Es ist anzunehmen, dass clearly support these considerations. The comparison ein Teil des freigesetzten Methans in das Oberflä- of the nematode communities from sponge samples chenwasser und anschließend in die Atmosphäre and control samples (without sponges) shows an transportiert wird. influence of the “sponge” biogenic structure on the

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1131Abs1131 005.04.20065.04.2006 11:48:5611:48:56 UhrUhr 132 3. Forschung Research

diversity pattern and the habitat heterogeneity. The functional structure of the nematode communities from sponge and control cores differs mainly in feeding and bodyform types. On average there is a hig- Benthische Diversität and Flüsse in der polaren Tiefsee her proportion of selective deposit feeders with a Eine unserer Hypothesen geht davon aus, dass hohe rather interstitial life style in the sponge core com- Biodiversität in der Tiefsee durch kleinskalige biogeo- munities, whereas in the control core communities chemische und physikalische Gradienten an der Sedi- non-selective deposit-feeders with a burrowing life ment-Wasser-Grenzschicht begünstigt bzw. hervor- style are more abundant. Overall the nematode com- gerufen wird. Zu einem bislang unbekannten Grad munities from the sponge samples show a higher führt die Grab- und Wühlaktivität, aber auch das Vor- functional divergence and thus a higher degree of handensein größerer Makrofaunaorganismen zu ei- niche differentiation. nem langlebigen Mosaik von Mikrohabitaten. Diese relativ dicht beieinander liegenden Mikrohabitate können ihrerseits die Koexistenz zahlreicher Arten auf kleinen räumlichen Skalen erklären. Neue Ergeb- nisse unserer Arbeiten zum Einfluss von Tiefsee- Schwämmen (als ein Beispielorganismus für biogene Strukturen) auf klein-skalige Verteilungsmuster von benthischen Nematoden bestätigen diese Überlegun- gen. Der Vergleich der Nematoden-Gemeinschaften aus Kontroll- und Schwammprobenkernen zeigt einen Einfluss der biogenen Struktur „Schwamm” auf Di- versitätsmuster und Lebensraum-Heterogenität. Die funktionelle Struktur der Nematodengemeinschaft aus den Kontroll- und Schwammkernen unterscheidet sich vor allem in den Fraß- und Körperformtypen. Tendenziell sind in den Schwammkernen selektive Partikelfresser mit interstitieller Lebensweise und in den Kontrollkernen nicht-selektive Partikelfressser mit grabender Lebensweise häufiger. Insgesamt zeigt die Nematodengemeinschaft aus den Schwammker- nen eine höhere funktionelle Divergenz und damit einen höheren Grad an Nischenaufteilung.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1132Abs1132 005.04.20065.04.2006 11:48:5711:48:57 UhrUhr 133

3.4 ADDITIONAL FUNDING 3.4 NEUE THEMEN The Community Ocean Model

Das gemeinschaftliche Ozeanmodell As part of the “Growth Programme” funded within MARCOPOLI a “Community Ocean Model” (COM) Als Teil des innerhalb von MARCOPOLI finanzierten was proposed. The primary goal is to provide to the Aufwuchsprogramms wurde ein “Community Ocean user community a second generation ocean model, Model” (COM) vorgeschlagen, dessen Hauptziel es which overcomes many of the shortcomings of tradi- ist, der Nutzergemeinde ein Ozeanmodell der zwei- tional numerical models. The major improvements ten Generation zu liefern, bei dem viele Mängel der tackled in the first two years of the project are a more traditionellen numerischen Modelle beseitigt wur- physical treatment of the boundary conditions, bet- den. Die wesentlichen Verbesserungen, die wir in den ter resolution of coastlines and local areas of interest ersten beiden Jahren des Projekts in Angriff genom- while avoiding nesting of structured computational men haben, sind eine physikalischere Behandlung grids. These achievements could be reached by app- der Randbedingungen und eine bessere Auflösung lying a finite element formulation to the ‘primitive der Küstenlinien sowie von örtlich interessanten Ge- equations‘ of motion. bieten, ohne ‚Nesting-Probleme’ von strukturierten A full version of the model (FEOM-1) was develo- Gittern. Dies konnte durch Anwendung der Finite- ped and optimized for different computer architectu- Elemente-Formulierung auf die Bewegungsgleichun- res. It uses a tetrahedral finite-element discretisation gen in primitiven Variablen geleistet werden. and has been applied to the global ocean. Two regio- Eine Vollversion des Modells (FEOM-1) wurde für nal versions have been studied in detail; one focus- verschiedene Computerstrukturen entwickelt und op- sing on the thermohaline circulation of the North timiert. Sie nutzt eine Finite-Elemente-Diskretisierung Atlantic and the other one on the fresh water budget mit Tetraedern und wurde auf den globalen Ozean and sea-ice processes in the Southern Ocean. The angewandt. Zwei regionale Versionen wurden im thermodynamic part of the sea-ice model is derived Detail verfolgt, die eine konzentrierte sich auf die from the standard dynamic-thermodynamic AWI sea- thermohaline Zirkulation im Nordatlantik und die ice model that has been used in several model cou- andere auf den Süßwasserhaushalt sowie die Meer- pling projects before. The dynamic part is discretized eisprozesse im Südozean. Der thermodynamische in finite elements and features two alternative rheo- Teil des Meereismodells wurde vom dynamisch-ther- logies: the viscous-plastic and the elastic-viscous- modynamischen Standard-Meereismodell des AWI plastic approach. The sea-ice model can also be run abgeleitet, das bereits bei mehreren Modellkopp- in a stand-alone configuration. lungsprojekten verwendet wurde. Der dynamische Teil wurde in finite Elemente diskretisiert und bietet zwei Ansätze der Eis-Rheologie an: den visko-plastischen und den elastisch-visko-plastischen. Das Meer-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1133Abs1133 005.04.20065.04.2006 11:48:5711:48:57 UhrUhr 134 3. Forschung Research

This version is employed for data assimilation of satellite-derived ice drift fields in the Arctic basin with a mean horizontal resolution of 1/4 degree. The finite element discretisation allows the coastline and eismodell kann auch in einer Einzelkonfiguration be- topography to be represented in a smooth way which trieben werden. is an essential advantage over the standard finite-dif- Diese Version wird zur Assimilation von Satelliten- ference approaches. Yet it is more expensive techni- daten der Eisströmungsfelder im Arktischen Becken cally due to the unstructured character of grids. To mit einer mittleren Auflösung von 1/4 deg eingesetzt. really exploit the advantages, work is now being Die Finite-Elemente-Diskretisierung kann Küstenlinie done to test several types of finite elements, which und Topographie in einer glatten Weise darstellen, allow a reduction of the CPU load. was ein wesentlicher Vorteil gegenüber den Stan- For the purpose of estimating the ocean circulation dardansätzen mit finiten Differenzen ist. Sie ist jedoch from measurements of temperature and salinity, a aufgrund der unstrukturierten Gitter rechentechnisch stationary inverse ocean circulation model was desi- aufwändiger. Um die Vorteile besser nutzen zu kön- gned based on the FEOM dynamic core. The model nen, testen wir zur Zeit verschiedene Typen finiter Ele- was successfully applied with variational assimila- mente, die eine Reduzierung der CPU-Last erlauben. tion (3D-VAR) to several data bases. The inverse Zur Bestimmung der Ozeanzirkulation aus Tempe- model was also used to estimate long term variability ratur- und Salzgehaltsmessungen wurde ein statio- of the North Atlantic circulation. It is found that näres, inverses Ozeanzirkulationsmodell entwickelt, dominant circulation patterns are closely related to das auf dem dynamischen FEOM-Kern basiert. Das the North Atlantic Oscillation (NAO) index lagged Modell wurde mit abweichender Anpassung (3D- by one year. VAR) auf verschiedene Datensätze erfolgreich ange- Efficient Kalman filters play an important role in wandt. Das inverse Modell wurde auch genutzt, um the field of data assimilation. A systematic and con- die Langzeitvariabilität der Nordatlantikzirkulation zu sistent comparison was performed for different kinds bewerten. Es ergab sich, dass dominante Zirkulati- of Kalman filters with error spaces of reduced rank onsmuster eng mit dem der Nordatlantischen Oszilla- (i.e. Ensemble Kalman filter EnKF, Singular Evolutive tionsindex (NAO) mit einem zeitlichen Abstand von Extended Kalman-filter SEEK and the Singular Evolu- einem Jahr verbunden sind. tive Interpolated Kalman-Filter SEIK). Furthermore Effiziente Kalman-Filter spielen bei der Datenassi- corresponding algorithms were implemented and milation eine wichtige Rolle. Ein systematischer und the resulting framework of parallel Kalman filters is konsistenter Vergleich wurde für verschiedene Arten ready to be used for data assimilation. First applica- von Kalman-Filtern mit Fehler-Kovarianzen von redu- tions were carried out for the North Atlantic with ziertem Rang (d.h. Ensemble Kalman-Filter EnKF, Sin- assimilation of satellite altimetry. It was shown in gular Evolutive Extended Kalman-Filter SEEK und Sin- this context that localizing the error covariance tur- gular Evolutive Interpolated Kalman-Filter SEIK) ned out superior to a global approximation. durchgeführt. Zudem wurden die entsprechenden Algorhythmen implementiert. Die resultierende Soft- ware mit parallelisierten Kalman-Filtern (PDAF) kann

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1134Abs1134 005.04.20065.04.2006 11:48:5811:48:58 UhrUhr 135

In collaboration with members of the Computing 60 -500 Center the Community Ocean Model has been -1000 further enhanced. Solver libraries in the numerically 55 expensive part dealing with the solution of large -1500 sparse systems were optimized. This leads to an -2000 50 efficient reduction of the computation time. The interface package FoSSI (Family of Simplified Solver 45 -3000 Interfaces) which has been developed at the AWI Computing Center allows for easy comparison of -3500 40 various solver configurations and adaptation to diffe- -4000 rent computer hardware architectures. The solver 35 -4500 framework ScOPES developed at the AWI computing

-5000 center was used as a prototype for further memory 30 saving parallelization needed to reduce memory -5500 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35 requirements of global models with locally refined resolution in regions of interest, e.g. Weddell Sea. Abb. 1: Triangulierung des Nordatlantischen The oceanic component of the COM project is Ozeans mit einem unstrukturierten Netz. Die augmented with an atmospheric unstructured mo- Maschengröße variiert entsprechend der topogra- dule. In order to simulate multi-scale interactions phischen Neigung des Ozeanbodens. Die höchste between global and regional scales properly, the Auflösung wird an der Schelfkante erreicht. Dar- new self-adaptive atmospheric barotropic model gestellt ist das Gebiet südlich von Grönland. Die PLASMA (Parallel LArge scale Self-adaptive Model of Farbskala zeigt die Ozeantiefe in Metern. the Atmosphere) on high performance computers Fig. 1: Triangulation of the North Atlantic has been developed. For that purpose, the adaptive Ocean with an unstructured mesh. The mesh size Lagrange-Galerkin method, a combination of the varies according to the slope of the ocean bot- finite element method and the semi-Lagrangian tom topography. The highest resolution is achie- method for the spatial and temporal discretisation, ved at the shelf break. Depicted is the area south has been applied to the spherical shallow-water of Greenland. The colourscale denotes the ocean equations. depth in metres. Based on the experience gained within the COM project, a finite-element shallow-water wave propagation model was developed jointly by COM and nun zur Datenassimilation genutzt werden. Erste German Indonesian Tsunami Early Warning System Anwendungen wurden mit der Assimilation von (GI-TEWS) project participants. It is currently Satellitenaltimetermessungen für den Nordatlantik employed in the GI-TEWS project for computing durchgeführt. In diesem Zusammenhang stellte sich heraus, dass lokalisierende erfolgreicher als globale Fehler-Kovarianzen waren.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1135Abs1135 005.04.20065.04.2006 11:48:5811:48:58 UhrUhr 136 3. Forschung Research

wave height and propagation time maps. Here the possibility of varying resolution is of exceptional value as the area of interest includes many islands In Zusammenarbeit mit Mitgliedern des Rechenzen- and rapidly varying bathymetry. trums wurde die Effizienz des finite Elemente Ozean- Data bases constitute a considerable part of the GI- modells erheblich gesteigert. Lösungsbibliotheken im TEWS. Modelling of a tsunami‘s propagation in the numerisch aufwändigen Teil, die sich mit der Lösung deep sea trench off Indonesia takes too much time to großer, schwach besetzter Systeme befassen, wurden carry out a real-time modelling in case of an earth- optimiert. Dies führt zu einer effizienten Verkürzung quake event and warn Sumatra and the islands off der Computerzeit. Das Programmpaket FoSSI (Family the coast in time. Therefore so-called elementary of Simplified Solver Interfaces), das am AWI-Rechen- tsunamis (synthetic tsunamis, pre-computed virtual zentrum entwickelt wurde, erlaubt eine einfache Ver- tsunamis) are computed for about 500 distinguis- wendung verschiedener Lösungskonfigurationen und hable individual cases along the known tectonically die Anpassung an verschiedene Hardware-Rechner- active yield line in the Indian Ocean. In case of a strukturen. Das ebenfalls entwickelte Programmpaket warning, a comparison of data will allow for a fast ScOPES wurde als Prototyp für weitere Speicherplatz classification. To make the simulation computations sparende Parallelisierung genutzt, die zur Verminde- traceable, also the mass data (e.g. ocean-bottom rung der Speicheranforderungen globaler Modelle topography interpolated on the irregular grid and mit örtlich verfeinerter Auflösung notwendig ist. values of tide models) are included into the archive. Die ozeanische Komponente des COM-Projekts The mutual dependence of data and models is docu- wird durch ein unstrukturiertes Modul für die Atmo- mented in corresponding metadata files. The freely sphäre ergänzt. Um die Wechselwirkungen zwischen available programme “CatMDEdit“ is used as a meta- globalen und regionalen Skalen genau zu simulieren, data editor. wurde das neue adaptive barotrope Atmosphärenmo- dell PLASMA (Parallel LArge scale Self-adaptive Model of the Atmosphere) auf Hochleistungsrechnern entwickelt. Zu diesem Zweck wurde die adaptive New Keys for Polar Climate Archive Lagrange-Galerkin-Methode, eine Kombination der Finite-Elemente-Methode und der Semi-Lagrange- The main goal of the additional funding theme “New Methode zur räumlichen und zeitlichen Diskretisie- Keys for Polar Climate Archives” (NEW KEYS) is the rung, auf die Flachwassergleichungen angewandt. quantification of changes in global biogeochemical Basierend auf den im COM-Projekt gesammelten cycles found in polar ice cores using new analytical Erfahrungen, entwickelten wir gemeinsam mit den and modeling approaches. This comprises (isotopic) Partnern des deutsch-indonesischen Tsunami-Früh- studies on greenhouse gases, multi-element analy- warnungssystems (GI-TEWS) ein Finite-Elemente- sis on mineral dust and other aerosol components as Modell zur Beschreibung von Flachwasserwellen. Es well as modeling of the global carbon cycle. In addi- wird zurzeit im GI-TEWS-Projekt zur Berechnung von tion, process related studies such as novel 3D-com- Wellenhöhe und -ankunftszeit angewandt. Hier ist puter tomography reconstructions of the firnification die Nutzung der variablen Auflösung von außerge- process are carried out to better constrain systematic

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1136Abs1136 005.04.20065.04.2006 11:49:0011:49:00 UhrUhr 137

effects on the (isotopic) record in air enclosures in polar ice cores. These studies were able to show for the first time that the vertical stratification of the firn wöhnlichem Wert, da das betrachtete Gebiet viele has a major effect on the bubble close off depth and Inseln und eine stark veränderliche Bathymetrie thus also on the age of air enclosed. This effect has to besitzt. be considered in improved firnification models. The

Einen erheblichen Teil des GI-TEWS nehmen Daten- isotopic characterization of CO2, CH4 and N2O in banken ein. Die Modellierung der Ausbreitung einer bubble enclosures provides important constraints on Tsunami-Welle im Bereich des Tiefseegrabens vor the processes leading to observed glacial/interglacial Indonesien dauert zu lange, um sie im Fall eines changes in these greenhouse gases. To this end, new Beben-Ereignisses in Echtzeit vornehmen zu können extraction and gas chromatography/mass spectro- und noch rechtzeitig Sumatra und die vorgelagerten metry techniques have been developed, which have Inseln zu warnen. Deshalb werden entlang der been transferred into routine operation after introdu- bekannten tektonisch aktiven Bruchlinie im Indischen cing our new mass spectrometer facilities in summer Ozean für ca. 500 unterscheidbare Einzelfälle so 2005. Again characterization of the composition of genannte Elementar-Tsunamis (synthetische Tsuna- rare earth elements in mineral dust using inductively mis, pre-computed virtual tsunamis) gerechnet. Im coupled plasma mass spectrometry represents a key Warnungsfall kann durch Datenabgleich eine schnelle to identify possible source areas for aeolian dust Einordnung erfolgen. Um die Simulationsrechnungen transport to the Antarctic ice sheet. nachvollziehbar zu machen, werden auch die Mas- The most important highlight has been the recon-

sendaten (z.B. Ozeanbodentopographie interpoliert struction of new CO2 ice core records from the auf das irreguläre Gitter und Werte von Gezeitenmo- EPICA Dome C ice core in a Swiss, French, German dellen) in das Archiv aufgenommen. Die gegenseitige cooperation and the quantitative explanation of Abhängigkeit der Daten und Modelle ist in jeweils these changes using our global carbon cycle model

einem Metadatenfile dokumentiert. Als Metadatene- BICYCLE. The CO2 records have been extended back ditor wird das frei verfügbare Programm „CatMDEdit“ in time to the interval 420-650,000 years before pre- eingesetzt. sent, i.e. about 200,000 years more compared to the previous Vostok ice core. The most important feature in this time interval is the significantly lower inter-

glacial CO2 concentration compared to the following

Neue Schlüssel zu polaren five interglacials. The lower CO2 levels are in line Klimaarchiven with cooler temperatures at those times, supporting a close and temporally stable link of Southern Ocean

temperature and atmospheric CO2 over the last Das Hauptziel des Aufwuchsprogramms “New Keys 650,000 years. Detailed investigation of the phase for Polar Climate Archives” (NEW KEYS) ist die Quan- tifizierung von in Eisbohrkernen archivierten Verän- derungen biogeochemischer Kreisläufe mit Hilfe neuer analytischer Methoden und Modelle. Dies um-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1137Abs1137 005.04.20065.04.2006 11:49:0011:49:00 UhrUhr 138 3. Forschung Research

relationship between temperature and CO2 shows that glacial/interglacial changes in atmospheric

CO2 are primarily controlled by temperature changes and only in return lead to a global greenhouse

fasst (isotopische) Studien an Treibhausgasen, Multi- feedback. Reduced interglacial CO2 concentrations elementanalysen an Mineralstaub und anderen Aero- have been also convincingly predicted by our transi- solkomponenten sowie die Modellierung des globa- ent carbon cycle model BICYCLE. Those results had len Kohlenstoffkreislaufs. Weiterhin werden Prozess- been presented in the so called EPICA challenge, studien, wie z.B. 3D-Computertomographie Unter- where modelers and experimental paleoclimatolo- suchungen der Firnifikation durchgeführt, um syste- gists were challenged by the EPICA community to

matische Effekte auf die (isotopischen) Zeitreihen in predict CO2 changes for those subdued early glacial

Lufteinschlüssen polarer Eiskerne besser zu quantifi- cycles before publication of the measured CO2 data. zieren. Diese Untersuchungen zeigten z.B. erstmals Our model studies show that only a combination einen signifikanten Einfluss der vertikalen Stratifizie- of processes acting at different times during a gla- rung des Firns auf die Tiefe des Gaseinschlusses und cial/interglacial transition are able to quantitatively somit auch auf das Alter der eingeschlossenen Luft. explain the observed changes. Southern Ocean mix- Dieser Effekt muss in verbesserten Firnifikationsmo- ing and carbonate dissolution/sedimentation in the dellen berücksichtigt werden. Die isotopische Cha- deep ocean represent the primary factors contribu-

rakterisierung von CO2, CH4 und N2O in Luftein- ting to the 80-100 ppmv change in atmospheric CO2 schlüssen liefert wichtige Informationen für die while an aeolian dust induced iron fertilization of Identifizierung der Prozesse, die zu Glazial/Intergla- the Southern Ocean marine export production is of zial Änderungen dieser Treibhausgase führen. Dazu secondary importance only. wurden neue Extraktions- und Gaschromatographie/ Massenspektrometrie Methoden entwickelt. Diese wurden in den Routinebetrieb überführt, nachdem 420 - 650 000 Jahre vor heute erweitert, das sind ca. ein neues Massenspektrometerlabor im Sommer 200 000 Jahre mehr, als bisher vom Vostok Eiskern 2005 eingeweiht werden konnte. Die Charakterisie- bekannt. Die wichtigste Eigenschaft dieses erweiter- rung der Zusammensetzung der seltenen Erden in ten Zeitraums sind die signifikant niedrigeren inter-

Mineralstaubaerosol in Eisbohrkernen mithilfe induk- glazialen CO2 Konzentrationen im Vergleich zu den tiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie ist wie- darauf folgenden fünf Warmzeiten. Diese ernied-

derum ein Schlüssel, um mögliche Quellregionen für rigten CO2 Konzentrationen sind im Einklang mit den aeolischen Staubtransport in die Antarktis besser tieferen Temperaturen zu diesen Zeiten und unter- zu differenzieren. stützen eine enge und zeitlich konstante Beziehung Einer der Höhepunkte war die Rekonstruktion neuer zwischen den Temperaturen des Südozeans und der

CO2 Zeitreihen am EPICA Dome C Eiskern in einer atmosphärischen CO2 Konzentration über die letz- schweizerisch-französisch-deutschen Kooperation ten 650 000 Jahre. Eine detaillierte Untersuchung und deren quantitative Interpretation mit Hilfe unse- der Phasenbeziehung zwischen Temperatur und

res globalen Kohlenstoffkreislauf Modells BICYCLE. CO2 zeigt, dass die Glazial/Interglazial Änderungen

Die CO2 Zeitreihen wurden über das Zeitintervall der CO2 Konzentration primär von der Temperatur

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1138Abs1138 005.04.20065.04.2006 11:49:0111:49:01 UhrUhr 139

Petit, J. R., J. Jouzel, D. Raynaud, N. I. Barkov, J.-M. Barnola, I. Basile, M. Bender, J. Chappellaz, M. Davis, G. Delaygue, M. Delmotte, V. M. Kotlyakov, M. Legrand, V. Y. Lipenkov, C. Lorius, L. Pepin, C. Ritz, E. Saltzman, and M. Stievenard

kontrolliert werden und CO2 nur sekundär zu einer (1999), Climate and atmospheric history of the past 420,000 Treibhausrückkopplung führt. Reduzierte interglazi- years from the Vostok ice core, Antarctica, Nature, 399,

ale CO2 Konzentrationen konnten auch überzeugend 429-436. von unserem Modell BICYCLE prognostiziert werden. Siegenthaler, U., T. F. Stocker, E. Monnin, D. Lüthi, J. Diese Ergebnisse wurden in der so genannten „EPICA Schwander, B. Stauffer, D. Raynaud, J.-M. Barnola, H. challenge“ präsentiert, in der Modellierer und expe- Fischer, V. Masson-Delmotte, and J. Jouzel (2005), Stable rimentelle Paläoklimatologen aufgefordert waren, die carbon cycle-climate relationship during the late Pleisto-

CO2 Änderungen dieser gedämpften glazialen Zyklen cene, Science, 310, 1313-1317.

vorherzusagen, solange die CO2 Messdaten noch

nicht zur Verfügung stehen. Unsere Modellstudien Abb. 1: Modellierung/Prognose der CO2 zeigten, dass nur eine Kombination von Prozessen, Änderungen im Verlauf der letzen 740 000 Jahre.

die zu unterschiedlichen Zeiten während der Glazial/ Neben den CO2 Ergebnissen des BICYCLE Stan- Interglazial Übergänge wirken, in der Lage ist, die dard-Modelllaufs (blaue Linie) sind Vergleichsda- beobachteten Änderungen quantitativ zu erklären. ten des Vostok Eiskerns [Petit et al., 1999] (orange) Der vertikale Austausch im Südozean sowie die Kar- und Dome C [Siegenthaler et al., 2005] (rot) bonat Lösung/Sedimentation im tiefen Ozean stellen dargestellt.

die primären Faktoren dar, die zu der 80 - 100 ppmv Fig. 1: Modeling/prediction of the CO2 changes

Änderung in CO2 beitragen. Eine Eisendüngung der during the last 740,000 years. Aa well as the results Exportproduktion des Südozeans durch aeolischen of our BICYCLE standard model run (blue line) Staubeintrag im Glazial ist dagegen nur von sekun- measured ice core data from the Vostok ice core därer Bedeutung. [Petit et al., 1999] (orange) and the Dome C ice core [Siegenthaler et al., 2005] (rot) are plotted.

320

CO2 [ppmv] 280

240

200

160 0 200000 400000 600000 800000 years before present

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1139Abs1139 005.04.20065.04.2006 11:49:0111:49:01 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1140Abs1140 005.04.20065.04.2006 11:49:0211:49:02 UhrUhr 141

4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1141Abs1141 005.04.20065.04.2006 11:49:1111:49:11 UhrUhr 142 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

Geosciences

The geosciences research division investigates the interaction between the geo - ecosystems and the Geowissenschaften climate system. This includes the past climate- and environment state as well as the recent response Im Fachbereich Geowissenschaften werden die of the Earth systems to natural and anthropogenic- Wechselwirkungen zwischen dem Geoökosystem forced climate changes. und dem Klimasystem untersucht. Dies umfasst so- Understanding the long term geologic-tectonic wohl vergangene Klima- und Umweltzustände wie evolution of our planet additionally requires the auch die Erfassung der gegenwärtigen Reaktion des study of lithospheric structures in both polar regions. Erdsystems auf natürliche und menschlich bedingte The regional focus of efforts concentrates on the Klimaänderungen. polar regions. The Artic and Antarctic regions are Darüber hinaus kommt auch der Auflösung der amongst the most sensitive to environmental change, Strukturen der Lithosphäre in den Polarregionen eine and thus are key areas for understanding past and besondere Bedeutung zu, weil nur so die langfristige recent climate change. Different archives like ocean geologisch-tektonische Entwicklung der Erde zu ver- sediments, permafrost soils and continental ice are stehen ist. used to reconstruct variations in atmospheric and Der regionale Fokus der Arbeiten liegt auf den Po- oceanic circulation as well as climate-induced im- larregionen. Die Arktis und Antarktis zählen zu den pacts on the ecosystem. Moreover, the coastal and Schlüsselgebieten für die Untersuchung des Geosys- permafrost regions of the Arctic, the high-latitude tems, da Veränderungen der atmosphärischen und continental shelfs and ocean margins as well as sea ozeanischen Zirkulation in Meeressedimenten, Per- ice cover and continental ice sheets provide basic mafrostböden und im Inlandeis archiviert sind. Auch informations that are essential to assess future climate in Bezug auf die Quantifizierung und Wirkkraft von change, such as global warming and sea level rise. prognostizierten Änderungen, wie die globale Erwär- The cooperation of geophysical, geological, glacio- mung oder der Meeresspiegelanstieg, sind die ark- logical and geochemical disciplines under one roof tischen Küstenregionen und Permafrostgebiete, die and the common use of central facilities provide an Bereiche der Kontinentalschelfe und Ozeanränder ideal research environment to investigate long-term der hohen Breiten sowie die Meereisbedeckung und and event-driven changes of the polar regions and die Inlandeismassen wichtige Indikatoren. to document qualitative and quantitative mass and Durch die Verknüpfung von geophysikalischen, energy transfers in the complex system “continental geologischen, glaziologischen und geochemischen ice – permafrost region – ocean – sediment“. Untersuchungen werden langfristige und „eventge- The recovery of sediment and ice cores requires the steuerte“ Veränderungen der Polarregionen unter- integration into international programs (IODP, ICDP, sucht und der Massen- und Energietransfer in dem komplexen System „Inlandeis-Permafrostregion-Ozean- Sediment“ quantitativ und qualitativ erfasst.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1142Abs1142 005.04.20065.04.2006 11:49:1911:49:19 UhrUhr 143

EPICA, et al.) and the application of their technologies. The improvement and new development of drilling equipments, sensors, platforms (Aurora Bo- realis, underwater vehicles like ROVs and AUVs) as Die Gewinnung von Sedimenten und Eis erfordert die well as sensor-networks and autonomous observato- Einbindung in internationale Programme (unter ande- ries are necessary to decipher the distinctive inter- rem IODP, ICDP, EPICA) und die Nutzung derer Tech- actions between the ecosystems and the climatic nologien. Weiter- und Neuentwicklungen von Bohr- system, especially for those areas that are difficult geräten, Sensoren, Plattformen (Aurora Borealis, to access. Unterwasserfahrzeuge wie ROVs und AUVs) sowie These objectives supplement questions, which are von Sensornetzwerken und autonomen Observatorien investigated within the research divisions of Cli- sind erforderlich, um die ausgeprägten Wechselwir- mate Sciences and Biosciences. This includes, for kungen zwischen dem Geoökosystem und dem Kli- example, the numerical modelling of climatic and masystem in dem schwer zugänglichen Bereich der environmental changes in arctic coastal and perma- hohen nördlichen und südlichen Breiten zu erfassen. frost areas, the quantification of particle flux from Diese Zielsetzungen ergänzen sich mit Fragestel- the surface to the ocean floor, which is relevant for lungen, die in den Fachbereichen Klimawissenschaft the benthic-pelagic linkages, as well as research of und Biowissenschaft untersucht werden. Dies bein- coastal dynamics and their effects on the coastal haltet beispielsweise die mathematische Modellie- ecosystems. rung von Klima- und Umweltveränderungen in arkti- The major part of the scientific research is embed- schen Küsten- und Permafrostgebieten, die Quan- ded in the AWI research program MarCoPoli (see tifizierung des Stoffflusses von Oberflächenwasser chapter XX). This research is complemented by addi- zum Meeresboden, der für die bentho-pelagische tional research themes (outside MarCoPoli) that are Koppelung relevant ist, sowie Untersuchungen zur partly funded by soft money. Following is a short Küstendynamik und dessen Effekt auf die Küstenöko- description of these themes: systeme. Der überwiegende Teil der im Fachbereich durch- Integrated Ocean Drilling Program Leg 302 geführten wissenschaftlichen Arbeiten ist in das AWI- (Artic Coring Expedition, ACEX) Forschungsprogramm MARCOPOLI eingebettet. Ne- The Arctic Coring Expedition set a new milestone in ben diesen Untersuchungen werden in den fünf Sek- Arctic research during the late summer of 2004. The tionen des Fachbereiches noch Themen bearbeitet, recovery of an about 420 meter thick sequence of late die außerhalb von MARCOPOLI liegen und zum Teil Cretaceous and Cenozoic sediment on Lomonosov über Drittmittel gefördert werden. Diese sind nach- Ridge/central Arctic Ocean during the IODP-ACEX folgend kurz beschrieben. Expedition 302 in 2004 allowed for the first time a detailed reconstruction of the early pre-glacial Arctic

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1143Abs1143 005.04.20065.04.2006 11:49:1911:49:19 UhrUhr 144 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

Ocean climate history. Studying these unique ACEX sediments, we concentrate on the Arctic Ocean orga- Integriertes Ozean-Bohrprogramm Expedition 302, nic carbon cycle and its relationship to the long and (Arktische Bohr-Expedition, ACEX) short-term paleoenvironmental / paleoceanographic Einen neuen Meilenstein in der Arktisforschung setzte evolution during Paleocene-Eocene times. die arktische Bohrexpedition im Spätsommer 2004. The Eocene - Paleocene interval displays high or- Die IODP-ACEX-Bohrkerne vom Lomonosow-Rü- ganic carbon contents of 1 to > 6%. Elevated hydro- cken/Zentral-Arktischer Ozean erbrachten eine 420 gen index values of 150 to 350 mgHC/gC suggest Meter mächtige Abfolge von oberkretazischen und increased amounts of (marine and/or freshwater) känozoischen Sedimenten, die erstmals in der Ge- algae material being preserved. Low C/S ratios of schichte der Arktisforschung eine detaillierte Rekon- <1 indicate dominantly suboxic/anoxic conditions struktion der prä-glazialen Umweltbedingungen im during Eocene times. Increased primary production, zentralen Arktischen Ozean erlauben. Unsere Unter- increased freshwater input and/or increased preser- suchungen an diesem einmaligen Probenmaterial vation under suboxic/anoxic conditions have pro- konzentrieren sich auf den organischen Kohlenstoff- bably caused this organic carbon enrichment during kreislauf und dessen Bezug zur lang- und kurzfristi- Eocene/Paleocene times.

Abb. 2: Blick in die Halle aus Schnee und Eis, in Abb. 3: Ein frisch gewonnener Eiskern wird der die Bohrarbeiten ablaufen. Rechts im Vorder- gesäubert, bevor er der weiteren Verarbeitung grund ist ein Kernrohr zu sehen, in dessen Inne- zugeführt wird. rem die einzelnen Eiskerne nach oben kommen. Fig. 3: A fresh EPICA-DML ice core was being Fig. 2: View of the drill trench where the deep cleaned before further processing. ice core drilling for the EPICA ice core from Dronning Maud Land was drilled. In the foreground to the right one can see a core barrel in which the core pieces are brought to the surface.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1144Abs1144 005.04.20065.04.2006 11:49:2011:49:20 UhrUhr 145

High resolution modelling of sediment erosion and particle transport across the NW African shelf The region off Cape Blanc along the northwest Afri- gen Variabilität der paläo-klimatischen und paläo- can coast is dominated by persistent upwelling and ozeanographischen Bedingungen im Paläozän/Eozän. strong activity of small scale eddies, filaments and Die paläozänen-eozänen Sedimente zeichnen sich jets. Vertical particle camera profiles obtained during durch sehr hohe Gehalte an organischem Kohlenstoff recent cruises in this region show that two well- von 1 bis >6 % aus. Hohe Wasserstoffindex-Werte marked maxima of particle abundance in the water weisen auf aquatisches Algenmaterial als Quelle hin. column exist, one at the surface and the other in Sehr niedrige C/S-Verhältnisse zeigen dominant sub- subsurface layers between 200 and 400 meter deep. oxische bis anoxische Ablagerungsbedingungen im Using a high resolution terrain-following coordinate Eozän an. Eine erhöhte Primärproduktion, ein erhöh- ocean model with built-in ecosystem and sediment ter fluviatiler Eintrag und eine erhöhte Erhaltungsrate transport modules we show that the surface parti- unter anoxischen Bedingungen waren wahrschein- cle maximum can be explained by local producti-

lich die Ursachen für die Ablagerung Corg-reicher vity while the deeper, subsurface particle cloud most Sedimente im Paläozän/Eozän. likely originates from particulate material eroded from the shallow shelf and transported offshore by Hochauflösende Modellierung von Sedimenterosion vigorous filament activity and dynamic features of und Partikeltransport auf dem Nordwestafrikanischem the flow. Time-averaged effective transport patterns Schelf of particles reveal distinct maxima between 20.5°N Das Gebiet entlang des Nordwestafrikanischen Schel- and 23.5°N off Cape Blanc. South of Cape Bojador fes vor Kap Blanc zeichnet sich durch intensiven, küs- and off Cape Timiris, on the other hand, the effective tennahen Auftrieb und durch starke Aktivität von transport distance patterns suggest energetic offs- kleinskaligen Wirbeln, Strombändern und Jets aus. hore activity. This work was conducted in coopera- Messungen der Partikeldichte in der Wassersäule die- tion with the DFG funded Research Center Ocean ser Region zeigen zwei auffällige Maxima, eines in Margins (RCOM). der Nähe der Oberfläche und ein anderes zwischen 200 und 400 Metern Tiefe. Mit einem sehr hoch auf- Eltanin Asteroid Impact Studies lösenden ozeanographischen Zirkulationsmodell zei- The late Pliocene (2.5 Ma) Eltanin impact into the gen wir, dass das Oberflächenmaximum durch loka- Bellingshausen Sea (Pacific Southern Ocean) is the le biologische Produktion erzeugt wird. Das tiefere only known example of a km-sized asteroid impact Maximum rührt von Material her, welches vom Schelf into a deep-ocean (5 kilometer) basin. We intensively erodiert und durch starke Wirbel und Jets von der investigated the impact area combining HYDROS- Küste in den offenen Ozean transportiert wird. Beson- WEEP bathymetric and PARASOUND sediment- ders effektiven Transport in den offenen Ozean findet echosounding surveys and the study of 20 sediment man südlich von Kap Blanc (21 °N) und südlich von Kap Bojador (26 °N). Diese Studien wurden in Zusam- menarbeit mit dem DFG geförderten Research Center Ocean Margins (RCOM) durchgeführt.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1145Abs1145 005.04.20065.04.2006 11:49:3011:49:30 UhrUhr 146 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

cores containing impact-related deposits. This survey revealed that the meteoritic ejecta is most concentrated on a topographic high, the Freeden Seamounts (57.3°S, 90.5°W), and in the deep basins to its north Eltanin Asteroiden Einschlag where the amount of meteoritic material deposited Der oberpliozäne (2.5 Ma) Eltanin-Asteroidenein- on the ocean floor is as much as 3 g/cm2. We esti- schlag in das Bellingshausenmeer (pazifischer Süd- mate that ground zero was in the region just north, ozean) ist das bislang einzig bekannte Beispiel eines or northwest, of the seamounts. Sediments as old kilometergroßen Asteroideneinschlages in den tiefen as Eocene were eroded by the impact disturbance. Ozean (5 km). Der Einschlag wurde intensiv durch However, there is no evidence that the impactor bathymetrische und sedimentechographische Ver- penetrated the ocean basement or formed a crater. messung (HYDROSWEEP, PARASOUND) des Ein- The presently known meteoritic ejecta distribution schlaggebietes und Bearbeitung von 20 Sediment- range extends over a region of at least 200 km X kernen dokumentiert. Die höchsten Konzentrationen 660 km. This represents the most meteorite-rich area von meteoritischem Auswurf wurden im Bereich der known on our globe. The fact that approx. 9 % of Freeden-Tiefseekuppe (57,3 °S; 90,5 °W) und der the coarse ejecta is unmelted meteorites may be nördlich anschließenden Tiefsee gefunden, wo bis zu characteristic of deep-ocean impacts. This may be of 3 g/cm2 Meteoritenmaterial abgelagert worden ist. Es significance for the delivery of organic matter to the wird vermutet, dass der Einschlag unmittelbar nörd- emerging Earth through small impacts into primor- lich oder nordwestlich der Tiefseekuppe stattgefun- dial oceans, where actual meteorite fragments can den hat. Bis in das Eozän zurückreichende Sedimen- survive in significant amounts. Planned numerical te wurden bei dem Einschlag großflächig erodiert. simulation of the Eltanin impact, which considers Es gibt jedoch keine Hinweise für einen Krater oder the topographic and sediment deposition pattern in dafür, dass der Asteroid die Ozeankruste erreicht hat. the impact area will provide more information on the Das bislang dokumentierte Streufeld von meteoriti- environmental consequences of the Eltanin impact, schem Material erstreckt sich über eine Fläche von including the creation of a giant tsunami. 200 x 660 Kilometer und stellt das meteoritenreichste Gebiet der Erde dar. Der ungewöhnlich hohe Anteil Deep-water renewal in the Skagerrak during the last von 9% ungeschmolzenem Meteoritenmaterial ist 1200 years triggered by the NAO: evidence from ben- möglicherweise charakteristisch für Einschläge in den thic foraminiferal δ18O. tiefen Ozean. Diese mag auch für den Import von Benthic foraminiferal tests of a sediment core from organischem Material in der Frühzeit der Erdentste- south-western Skagerrak (north-eastern North Sea, hung von Bedeutung sein. Numerische Simulierun- 420 meter water depth) were investigated for their gen des Einschlages, bei denen auch Topographie des ratio of stable oxygen isotopes. During modern times Meeresbodens und Sedimentverteilung einfließen, sudden drops in temperature and salinity of Skager- sollen nunmehr genauere Informationen zu Auswir- rak deep-waters point to advection-induced casca- kungen auf die Umwelt und die Bildung eines Mega- Tsunamis ergeben.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1146Abs1146 005.04.20065.04.2006 11:49:3011:49:30 UhrUhr 147

des of colder and denser Central North Sea Waters entering the Skagerrak. These temperature drops, which are recorded in benthic foraminiferal tests via the stable oxygen isotopic composition, were Einfluss der NAO auf die Tiefenwassererneuerung im used to reconstruct deep-water renewal in the Ska- Skagerrak während der letzten 1200 Jahre gerrak. Our results suggest that at least during the An benthischen Foraminiferengehäusen aus einem last 1200 years Skagerrak deep-water renewal has Skagerrak-Sedimentkern (420 Meter Wassertiefe) been triggered by the negative phase of the North wurde das Verhältnis der stabilen Isotope des Sauer- Atlantic Oscillation (NAO). The NAO exerts a strong stoffs untersucht. Plötzliche Temperatur- und Salini- influence on the climate of north-western Europe. It tätsabnahmen im rezenten Skagerrak-Tiefenwasser is currently under debate if the long-term variabi- deuten auf ein kaskadenartiges Einströmen von kälte- lity of the NAO is capable of influencing Northern rem und dichterem Wasser der zentralen Nordsee Hemisphere climate on long time scales. The data hin. Die plötzlichen Temperaturabnahmen, die an- presented here cannot reinforce these speculations. hand des Verhältnisses der stabilen Sauerstoffisotope Our data show that most of the Little Ice Age was in den benthischen Foraminiferengehäusen rekon- dominated by comparably high deep-water tempe- struiert wurden, dienen als Anzeiger für historische ratures. However, we did find extraordinary strong Erneuerungen des Skagerrak-Tiefenwassers. Wir zei- temperature differences between Central North Sea gen, dass die Tiefenwassererneuerung im Skagerrak, waters and North Atlantic water masses during this zumindest während der letzten 1200 Jahre, durch time interval. die negative Phase der Nordatlantischen Oszillation (NAO) gesteuert wurde. Die NAO übt einen starken Development of an orbitally tuned Late Miocene time Einfluss auf das Klima NW-Europas aus. Zurzeit wird scale (5-12 Ma) diskutiert, ob die Langzeitvariabilität der NAO das The astronomical tuning technique is presently the Klima der nördlichen Hemisphäre auch langfristig most accurate absolute dating method for sediment beeinflusst. Die hier präsentierten Daten können die- records spanning the time interval of the last 35 Ma, se Spekulationen nicht bestätigen. Sie zeigen, dass for which astronomers provide a valid and precise der größte Teil der Kleinen Eiszeit von relativ hohen orbital solution for variations in Earth‘s orbital para- Tiefenwassertemperaturen dominiert wurde. Auffällig meters (eccentricity, obliquity, precession). The orbi- sind jedoch außerordentlich starke Temperaturunter- tally tuned geological time scale has already become schiede zwischen den Wassermassen der zentralen the standard chronology for the Pleistocene and Nordsee und des Nordatlantiks in diesem Zeitraum. Pliocene (0-5.3 Ma). Our goal is to expand and to as- tronomically calibrate the ‘Magnetic Polarity Time Entwicklung einer astronomisch geeichten Zeitskala für Scale‘, the oxygen isotope stratigraphy and biostrati- das späte Miozän (5-12 Ma) graphy to 12 Ma at South Pacific Site 1237 (Leg 202). Die Technik des „Orbital Tunings“ ist momentan die So far, this is the only marine site that meets nearly beste Methode zur absoluten Altersdatierung von Sedimentprofilen, insbesondere für den Zeitraum der letzten 35 Millionen Jahre, für den die Astronomen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1147Abs1147 005.04.20065.04.2006 11:49:3111:49:31 UhrUhr 148 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

all criteria of providing a complete Neogene reference section by integrating the excellent framework of both magnetostratigraphy and biostratigraphy into an orbitally tuned oxygen isotope stratigraphy. Our verlässliche und genaue Alter über Schwankungen in project is embedded into a joint effort with other den Erdbahnparametern (Exzentrizität, Erdschiefe national and international partners to develop a und Präzession) errechnen. Die Alter der astrono- ‘Magnetic Polarity Time Scale‘ and isotope stratigra- misch geeichten, geologischen Zeitskala bilden be- phy for the entire Neogene. reits die Standard-Chronologie für das Pleistozän und das Pliozän (0 - 5,3 Ma). Unser Ziel ist es, die Mag- Isotopes in benthic foraminifera from an upwelling neto- und Biostratigraphie für das Miozän von 5 - 12 system off Marocco Millionen Jahren in die astronomische Zeitskala „ein- The benthic foraminiferal species composition and zuhängen“ und darüber hinaus eine Sauerstoffisoto- the stable carbon isotopic composition of their tests penstratigraphie für dieses Interval zu entwickeln. were used to reconstruct paleoproductivity changes Die Sedimente der Bohrung 1237 erfüllen nahezu during the Holocene and Last Glacial Maximum alle Kriterien für ein solches Referenzprofil. Die Boh- (LGM) in the upwelling system off Morocco (NW- rungen an Site 1237 erbrachten ein komplettes und Africa). Recent benthic foraminiferal assemblages carbonat-reiches Sedimentprofil für das Neogen, so- clearly indicate two distinct productivity regimes wie eine bereits ausgezeichnete Bio- und Magneto- with eutrophic regions off Cape Ghir (31°N) as well stratigraphie. Unser Projekt verfolgt übergeordnet in as Cape Yubi (27°N), and an oligotrophic region Zusammenarbeit mit anderen nationalen und inter- between the capes. These trophic differences are nationalen Partnern das Ziel, eine orbital getunte Iso- reflected by more depleted δ13C values of infaunal topen-, Bio- und Magnetostratigraphie für das gesamte species in the eutrophic region than in the oligotro- Neogen an Site 1237 zu entwickeln. phic one. In the LGM, benthic foraminiferal faunas clearly indicate an increase in primary producticity Isotopenuntersuchungen an Foraminiferen im compared to modern conditions. Benthic foraminife- Auftriebsgebiet vor Marokko ral faunas reflect eutrophic conditions parallel along Die Faunenzusammensetzung und die stabilen Koh- the African coast. Off Cape Yubi as well as between lenstoffsignale benthischer Foraminiferen wurden un- the capes, specific benthic foraminiferal faunas indi- tersucht, um Variationen in der Produktivität während cate highly seasonally varying organic matter fluxes. des Holozäns und des letzten glazialen Maximums Furthermore, in eutrophic regions all benthic δ13C (LGM) im Auftriebsgebiet vor Marokko (NW-Afrika) values of the LGM are generally slightly depleted zu rekonstruieren. Die rezenten Faunen reflektie- compared to Holocene δ13C values, indicating the ren sehr deutlich zwei unterschiedliche Produkti- generally more eutrophic conditions in the LGM. vitätsregime: eutrophe Regionen sowohl vor Kap Ghir This higher primary productivity in the LGM is due (31°N) als auch vor Kap Yubi (27 °N) und eine oligo- to a shift in upwelling cells. trophe Region zwischen den Kaps. Diese trophischen Unterschiede zeigen sich in stärker abgereicherten δ13C Werten infaunaler Arten in den eutrophen Regio-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1148Abs1148 005.04.20065.04.2006 11:49:3111:49:31 UhrUhr 149

Development of technology within the scope of MarTech The AWI, the MARUM (University Bremen), the Uni- versity of Applied Sciences Bremerhaven, the MPI for Marine Microbiology and the Transfer Centrum for nen im Vergleich zur oligotrophen Region. Im LGM Computer Science (University Bremen) work together reflektieren benthische Foraminiferenfaunen eine within the scope of the Virtual Institute of Marine erhöhte Primärproduktion im Vergleich zur re-zenten Technology (MarTech, HGF Impulse and Integration Situation. Die Faunen zeigen eutrophe Bedingungen Fond). Major objectives are the development of sen- in einem Streifen parallel entlang der Afrikanischen sors, specimen equipment and software designed for Küste an. Vor Kap Yubi und in der Region zwischen the use with mobile underwater vehicles like AUV’s, den Kaps reflektieren charakteristische Faunen eine ROV’s and crawlers, which are used in geochemical, saisonal stark schwankende Exportproduktion. In den biological and microbiological research. eutrophen Regionen sind die δ13C Werte aller Arten des LGM leicht angereichert im Vergleich zum Rezen- Biogeochemical reactions and transport processes in ten, was als Anzeiger für die generell verstärkten eu- marine sediments trophen Bedingungen im LGM angesehen wird. Diese The investigation, quantification and modelling of erhöhte Primärproduktion ist auf eine Verschiebung biogeochemical reactions and transport processes der Auftriebszellen zurückzuführen. in marine sediments are the subjects of projects C1 “Sedimentary signatures and diagenetic processes Technologie-Entwicklung im Rahmen von MarTech of ocean margin deposits“ and E1 “Structure and Im Rahmen des Virtuellen Instituts Marine Techno- dynamics of cold seeps, associated communities logy (MarTech, HGF Impuls- und Vernetzungsfond) and mineral precipitates“ in the frame of the DFG arbeiten das AWI, MARUM (Universität Bremen), die Research Center Ocean Margins RCOM, as well as Hochschule Bremerhaven, das MPI für Marine Mikro- of three PhD projects of the European Graduate Col- biologie und das Transferzentrum für Informatik (Uni- lege EUROPROX (DFG). The focus of these studies versität Bremen) zusammen. Zu den Zielsetzungen has been and will be, the early diagenetic forma- gehört die Entwicklung von Sensoren, Beprobungsge- tion of sedimentary signals under highly dynamic räten und Software die auf mobilen Unterwasserfahr- environmental and sedimentological conditions in zeugen wie AUVs, ROVs und Crawlern für geochemi- different depositional environments and the use of sche sowie biologische und mikrobiologische Un- secondary sediment attributes to reconstruct paleo- tersuchungen eingesetzt werden. ceanographic conditions as well as accumulation environment and history. Recent studies in the area Biogeochemische Reaktionen und Transportprozesse in of the Rio de la Plata deep-sea fan (off Argentina marinen Sedimenten and Uruguay) demonstrate that the high glacial sedi- Die Untersuchung, Quantifizierung und Modellie- mentation rates favoured the preservation of high rung biogeochemischer Reaktionen und Transport- prozesse in marinen Sedimenten sind Inhalt der Projekte C1 „Sedimentary signatures and diagenetic processes of ocean margin deposits“ und E1 „ Struc-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1149Abs1149 005.04.20065.04.2006 11:49:3211:49:32 UhrUhr 150 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

amounts of reactive iron oxides at greater sediment depth. An extreme alteration of Fe(III) minerals into iron sulfides is found a few meters below the sedi- ture and dynamics of cold seeps, associated commu- ment surface, which is accompanied by a nearly com- nities and mineral precipitates“ im Rahmen des DFG plete loss of magnetic susceptibility. These minima Forschungszentrums Ozeanränder RCOM sowie von in susceptibility coincide with the sulfate/methane drei Doktorandenprojekten des Europäischen Gradu- transition where hydrogen sulfide is generated by the iertenkollegs EUROPROX (DFG). Den Schwerpunkt process of anaerobic oxidation of methane. der Arbeiten bildete und bildet dabei die frühdiage- netische Signalbildung unter stark wechselnden Mi- Paleoclimate research on the Tibetan Plateau lieu- und Sedimentationsbedingungen in verschiede- The Tibetan Plateau is considered the ‘third pole‘ nen Ablagerungsräumen und die Nutzung sekundärer and is one of the major driving factor of global cir- Sediment-Merkmale zur Rekonstruktion paläoozea- culation systems. Therefore, past, present and future nographischer Bedingungen und Diagenesevorgän- climate and environmental change on the Tibetan gen sowie der Sedimentationsgeschichte. Die aktu- Plateau is of general interest within the ‘global war- ellen Arbeiten im Bereich des Rio de la Plata Tiefsee- ming‘ debate. The Late Quaternary climate develop- fächers (Kontinentalhang vor Argentinien/Uruguay) ment on the Tibetan Plateau is investigated at AWI belegen die durch die hohen glazialen Sedimentati- Potsdam using a variety of proxies, which are pre- onsraten bedingte Erhaltung von reaktiven Eisenoxi- served in lacustrine sediment archives (e.g. pollen, den in größeren Sedimenttiefen. Eine extreme Umbil- plant macrofossils, element concentrations). A re- dung der Eisenoxide in sulfidische Eisenphasen, die cently granted DFG project focuses on the quanti- mit einer fast vollständigen Auslöschung des mag- tative reconstruction of late glacial climate oscil- netischen Suszeptibilitätssignals einhergeht, findet lations on the Tibetan Plateau. For this purpose, a mehrere Meter unterhalb der Sedimentoberfläche im pollen-climate transfer function to infer quantitative Bereich der Sulfat/Methan-Übergangszone statt, in July temperature and annual precipitation has been der Schwefelwasserstoff durch den Prozess der anae- established. roben Methanoxidation generiert wird. Tolerance limits of methanogenic archaea in terrestrial Paläoklimaforschung auf dem Tibetplateau permafrost Das Tibetplateau – auch als „Dritter Pol“ bezeichnet Methane producing organisms (methanogenic ar- – gehört zu den wichtigsten Antriebsfaktoren der glo- chaea) isolated from Siberian permafrost were used balen Zirkulation. Aus diesem Grund ist der frühere, in this project to study their physiological potential jetzige und zukünftige Umwelt- und Klimawandel to survive under extreme environmental conditions auf dem Tibetplateau von allgemeinem Interesse für in terrestrial and probably in extraterrestrial perma- die Debatte über die globale Erwärmung. Die Klimaentwicklung auf dem Tibetplateau im Spätquartär wird am AWI Potsdam untersucht. Dabei wird ein breites Spektrum von in Seesedimentarchi-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1150Abs1150 005.04.20065.04.2006 11:49:3311:49:33 UhrUhr 151

frost like on Mars. Different stress conditions (low temperature, high salinity, radiation, desiccation and starvation) were tested with permafrost samples and pure cultures of methanogens. Finally the probabi- ven erhaltenen Proxies analysiert (z.B. Pollen, Pflan- lity of methanogenic archaea to survive under pre- zen-Makrofossilien, Elementkonzentrationen). Ein ge- sent Martian thermo-physical conditions was studied rade bewilligtes DFG-Projekt konzentriert sich auf die by running a Mars simulation experiment. The results quantitative Rekonstruktion der spätglazialen Klima- demonstrate for the first time that methanogenic schwankungen auf dem Tibetplateau. Dazu wurde archaea from permafrost are well adapted to perma- eine Pollen-Klima-Transferfunktion erarbeitet, die frost conditions and even survived simulated Mar- Rückschlüsse auf die quantitative Entwicklung der Juli- tian conditions in temperature and humidity. They temperaturen und Jahresniederschläge gestatten soll. are obviously more persistent under unfavourable, mars-like living conditions than those from non- Toleranzgrenzen von methanogenen Archaeen im permafrost environments. Due to the physiological terrestrischen Permafrost potential and metabolic properties methanogens In diesem von der DFG geförderten Projekt wird das from permafrost can be seen as the most likely can- physiologische Potential methanbildender Mikroor- didates for life on Mars. This hypothesis is supported ganismen (methanogene Archaeen), die aus sibiri- by the current ESA mission Mars Express, which for schen Permafrostböden isoliert wurden, untersucht. the first time provided evidence of methane – the Im Mittelpunkt der Arbeit steht das Überleben dieser metabolic end product of methanogenic archaea - in Mikroorganismen unter extremen Umweltbedingun- the Martian atmosphere. gen, wie sie im terrestrischen Permafrost vorkommen, aber möglicherweise auch in extraterrestrischen Per- Application of stable isotopes mafrostgebieten wie beispielsweise auf dem Mars. Within the frame of teaching obligations at the Uni- Dafür wurden Permafrostproben und Reinkulturen versity of Potsdam and in close collaboration with methanogener Archaeen unter verschiedenen Stress- the FU Berlin (Prof. Pekdeger), the Isotope Labora- bedingungen (niedrige Temperatur, hohe Salzgehalte, tory is involved in three projects in regions around Strahlung, Austrocknung und Hunger) getestet. Ab- Berlin, Granada/Spain and Bursa/Turkey to tackle schließend wurde das Überleben der Permafrost-Mi- hydrological problems of the respective areas. These kroorganismen unter thermo-physikalischen Bedin- projects are partially funded by the DFG and other gungen wie auf dem Mars in einem Simulationsex- agencies (DAAD, Erasmus-program, WTZ). periment untersucht. The cooperation with the German Institute for Die Ergebnisse zeigen erstmals, dass methanogene Nutritional Research led to new conclusions in the Archaeen aus Permafrosthabitaten sehr gut an extreme application of stable isotopes in the area of Nutrional Bedingungen angepasst sind und sogar unter den si- Physiology (especially concerning the conversion of mulierten Marsbedingungen ohne erkennbaren Scha- energy in the human body). den überlebt haben. Sie sind offensichtlich resisten- ter gegen die lebensfeindlichen Umweltbedingungen auf dem Mars als Vergleichsorganismen, die aus Ha-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1151Abs1151 005.04.20065.04.2006 11:49:3311:49:33 UhrUhr 152 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

bitaten mit moderaten Umweltbedingungen isoliert wurden. Aufgrund ihres physiologischen Potentials und ihrer Stoffwechseleigenschaften können Mikro- organismen ähnlich den methanogenen Archaeen aus terrestrischen Permafrostgebieten als die wahr- scheinlichsten Kandidaten für mögliches Leben auf dem Mars angesehen werden. Diese Hypothese wird durch die jüngsten Ergebnisse der ESA-Mission Mars Express unterstützt, die erstmals Methan – das Stoff- wechselendprodukt der methanogenen Archaeen – in der Marsatmosphäre nachweisen konnte.

Anwendung stabiler Isotope Im Rahmen der Lehrverpflichtung an der Universität Potsdam und in enger Zusammenarbeit mit der FU Berlin (Prof. Pekdeger) ist das Isotopenlabor bei der Messung und Auswertung stabiler Isotopendaten an drei Projekten im Raum Berlin, der Region Granada/ Spanien und der Region Bursa/Türkei beteiligt, die sich mit hydrologischen Fragestellungen der jeweiligen Gebiete beschäftigen. Diese Projekte werden zum Teil von der DFG und anderen Zuwendungsge- bern (DAAD, Erasmus-Programm, WTZ) unterstützt. Die Kooperation mit dem deutschen Institut für Er- nährungsforschung (DIFE) führte zu neuen Erkennt- nissen in der Anwendung stabiler Isotope im Bereich der Ernährungsphysiologie, insbesondere zum Ener- gieumsatz im menschlichen Körper.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1152Abs1152 005.04.20065.04.2006 11:49:3411:49:34 UhrUhr 153

Biosciences

EC/INCO project CENSOR (Climate variability and El Niño Southern Oscillation) Biowissenschaften El Niño-Southern Oscillation (ENSO) is a frequently occurring climate variation along the South Ameri- EU/INCO-Project CENSOR (Climate variability and El can Pacific coast with severe impacts on the coastal Niño Southern Oscillation) environment and the people depending on it. The Die El Niño-Southern Osciallation (ENSO) ist eine AWI coordinated EC/INCO project CENSOR invol- periodisch wiederkehrende Klimaveränderung an der ves the efforts of more than 70 scientists from 14 Pazifikküste Südamerikas mit ernsten Auswirkungen South American and European institutions. Since auf die küstennahen Ökosysteme und die von diesen 2004, CENSOR has been investigating ENSO effects abhängigen Menschen. Das vom AWI koordinierte in coastal systems, with focus on securing marine Projekt EU/INCO-Projekt CENSOR bündelt die Arbeit resources and moderating socioeconomic conse- von über 70 Wissenschaftlern von 14 südamerikani- quences. schen und europäischen Institutionen. Seit 2004 untersucht CENSOR ENSO-Effekte in küstennahen Öko- “Census of Marine Zooplankton” (CMarZ) / BMBF systemen mit dem Ziel, die Verfügbarkeit mariner Project SPICE Resourcen zu sichern und sozioökonomische Auswir- Investigations of marine community function and di- kungen des El Nino Phänomens abzumildern. versity are of increasing importance in the frame of global coastal research. The European Secretariat “Census of Marine Zooplankton” (CMarZ) / BMBF of the “Census of Marine Zooplankton” (CMarZ) has Projekt SPICE been located in the section “Marine Animal Ecology” Funktion und Diversität mariner Gemeinschaften since 2004. spielen im Kontext der weltweiten Erforschung von Tropical marine ecosystems, with their extraordi- Küstensystemen eine bedeutende Rolle. Das europä- nary species richness are suitable for comparisons ische Sekretariat von “Census of Marine Zooplank- with relatively low diversity systems of temperate ton” (CMarZ) ist seit Herbst 2004 in der Sektion and polar coastal zones. The highest species diver- “Ökologie Mariner Tiere” angesiedelt. sity in the world is found in the shallow waters of the Tropische Ökosysteme eignen sich wegen ihres Indo-Malayan archipelago. In the framework of the außergewöhnlichen Artenreichtums sehr gut für Ver- interdisciplinary BMBF Project “Science for the Pro- gleiche mit Systemen niedriger Diversität in borealen tection of Indonesian Coastal marine Ecosystems” und polaren Küstengebieten. Im interdisziplinären (SPICE), we are addressing the species diversity and BMBF Projekt “Science for the Protection of Indone- ecosystem function of plankton and seagrass com- sian Coastal Marine Ecosystems” (SPICE) untersuchen munities of tropical coasts of Indonesia. In particu- wir Diversität und Ökosystemfunktion von Plankton- und Seegrasgemeinschaften der tropischen Küste von Indonesien. Insbesondere untersuchen wir die Bedeu- tung von Schwebstoffen für Rifforganismen im Sper-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1153Abs1153 005.04.20065.04.2006 11:49:3411:49:34 UhrUhr 154 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

lar, we are studying the significance of suspended matter for coral reef organisms in the Spermonde archipelago, which is situated between the SW Sula- wesi coast and the Strait of Makassar. We have been monde Archipel zwischen der südwestlichen Sula- investigating both environmental parameters and wesi-Küste und der “Strait of Makassar”. Umweltpa- plankton standing stock, composition and distribu- rameter und Bestand, Verteilung und Zusammen- tion with respect to differences between seasons (dry setzung von Phyto- und Zooplankton unterscheiden versus rainy) as well as between inner and outer sich sowohl saisonal (Regenzeit vs. Trockenzeit) als shelf waters. auch bei Vergleich zwischen dem inneren und dem The pelagic cycling of material, production and äußeren Schelf. larval development is as poorly investigated as the Der pelagische Kreislauf von Material, Produktion material export into the benthic system in these und Larvenentwicklung ist in diesen Küstengewäs- coastal regions. Our investigations of meroplankton sern noch ebenso wenig bekannt wie der Stoffexport reveal the highest abundances close to the coast, as ins Benthal. Unsere Untersuchungen zum Vorkom- well as dominance of echinoderms, polychaetes and men meroplanktischer Larven wiesen die größten gastropods, contributing 76 to 97 % of all larval Abundanzen dicht an der Küste auf. Innerhalb des specimens. Meroplanktons dominierten Larven der Echinoder- The linkage between seagrass-dwelling faunal as- men, Polychaeten und Gastropoden, die zusammen semblages (macrofauna and fishes) and particular zwischen 76 und 97 % aller Larven stellen. successional phases of seagrass beds was estimated. Es wurde die Bindung der seegrasbewohnenden The influence of macrograzers of epiphytes, such as Organismen (Makrofauna und Fische) an bestimmte sea-cucumbers, was experimentally outlined. A rich Sukzessionsphasen einer Seegraswiese erfasst. Der “subway” community was detected deeply buried in Einfluss von Seegurken als Weidegänger auf Auf- the seafloor of the seagrass beds. Burrowing mud wuchsalgen wurde experimentell ermittelt. Im Boden crabs, feeding on dead seagrass, catch drifting sea- der Seegraswiesen wurde eine reiche Lebensgemein- grass leaves and store them in special chambers of schaft entdeckt. Bauten grabende Krebse, die sich their branched tunnel system. They share these bur- von Seegras ernähren, fangen vorbeidriftende See- rows with fish, mussels, crustaceans and poly- grasblätter ein und lagern diese in Kammern ihres chaetes. verzweigten Gangsystems, das sowohl von kommen- These investigations allow comparisons with tem- salen Fischen als auch von zahlreichen Muscheln, perate seagrass beds on an ecosystem level. These Krebsen und Ringelwürmern besiedelt wird. sea-grass beds act as flow-through systems for car- Diese Untersuchungen ermöglichen Vergleiche mit bon and nitrogen, because most of the material heimischen Seegraswiesen auf Ökosystemebene. bound in seagrass leaves is exported in autumn eit- Hei-zmische Seegraswiesen gleichen in Bezug auf her by grazing by birds or by drifting after leaf fall. In den Umsatz an Kohlenstoff und Stickstoff Durchlauf- systemen. Sehr viel Material, das im Seegras gebunden ist, wird im Herbst entweder von Zugvögeln gefressen oder nach dem Blattfall von der Strömung

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1154Abs1154 005.04.20065.04.2006 11:49:3411:49:34 UhrUhr 155

tropical seagrass beds a more complex habitat structure enables the material to show longer residence time and to recycle to a larger extent. Investigations on seagrass bed systems form an verdriftet. In tropischen Seegraswiesen ermöglicht important base for the evaluation of the human influ- die komplexere Habitatstruktur ein längeres Verwei- ence, such as fishery and algal farming, on the con- len der Stoffe im System und ein größeres Recycling. tinuity of these systems when increasing develop- Untersuchungen an Seegraswiesensystemen bilden ment of tropical countries. eine wichtige Grundlage bei der Beurteilung mensch- licher Einflüsse, wie Fischerei und Algenfarmen, auf den Fortbestand dieser Systeme im Zuge der weiteren Entwicklung tropischer Länder.

Anthropogene Veränderungen im Ökosystem Deutsche Bucht BMU-finanzierte Untersuchungen (BEOFINO I & II) an der Forschungsplattform FINO 1 in der Deutschen Bucht zeigen, dass derartige künstliche Hartsubstrate von einer Artengemeinschaft besiedelt werden, die sich bisher deutlich von den Gemeinschaften natürli- cher Hartsubstrate unterscheidet. Im Nahbereich der Unterwasserkonstruktion kommt es zudem zu einer deutlichen Veränderung der Sedimentstruktur und Abb. 1: Das indopazifische Schildkrötengras der Zusammensetzung und Funktion der Bodentier- (Thalassia hemprichii) bildet vor Sulawesi ausge- gemeinschaft. Die 500 Meter-Sicherheitszone um die dehnte Unterwasserwiesen. Plattform ermöglicht einen langfristigen Vergleich Fig. 1: The Indo-Pacific turtle grass (Thalassia von befischten und unbefischten Flächen. Ergebnisse hemprichii) forms large seagrass beds around the aus den ersten zwei Jahren des EU-Projekts RESPONSE island of Sulawesi. zeigen bereits deutliche Veränderungen der Boden- fauna im geschützten Bereich.

Makroalgen-Forschung in gemäßigten und polaren Regionen Innerhalb der Global Biodiversity Information Facility (GBIF) Initiative Deutschlands (www.gbif.de) wurde das auf Helgoland ansässige, über 100 Jahre alte und international bekannte Referenzherbarium ‚Makroal- gen der südlichen Nordsee’ digitalisiert (Förderkenn- zeichen: BMBF AT8 04/52490/59530047/835). Hier-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1155Abs1155 005.04.20065.04.2006 11:49:3511:49:35 UhrUhr 156 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

Anthropogenic Impacts on the German Bight Ecosystem Within the BMU-funded research (BEOFINO I & II), we have shown on the research platform FINO 1 that such artificial hard substrates are colonized by a für wurden 7800 Herbarblätter mitsamt ihren An- community that is distinctly different from those notationen zu Sammler und Bestimmer, Sammlungsort inhabiting natural hard substrates. Furthermore, in und -zeit, Reproduktionsorganen, Habitat und allge- proximity to the underwater structure, both sediment meinen Anmerkungen in eine Datenbank übertragen. texture and soft bottom community are also modi- Wichtige Blätter wurden renoviert sowie digitalisiert. fied. The 500 m safety zone around the platform al- Die versteckte Biodiversitätsinformation dieser dis- lows for the long-term comparison of adjacent fished kontinuierlichen Zeitreihe wurde somit nachhaltig and non-fished areas. During the first two years of gesichert und lässt sich erstmals systematisch auswer- the corresponding EC Project RESPONSE, we have ten. Die Anbindung der Datenbank über ein GBIF already noted a distinct change in the fauna of the Internetportal (www.gbif.org und www.gbif.de/bota- protected area. nik/datenabfrage ) ermöglicht Nutzern aus Forschung und Lehre einen einfachen Zugriff. Das Herbarium Macroalgal research in temperate and polar regions beherbergt Sammlungsblätter seit Mitte des 19ten The 100-year-old, nationally and internationally re- Jahrhunderts (Abb. 1) und umfasst 70 - 80 % der für nowned reference herbarium ‚Macroalgae of the die südliche Nordsee bekannten Makroalgen-Arten. southern North Sea’ situated on the island of Helgo- Im Rahmen der Helmholtz-Hochschul-Nachwuchs- land was digitised within the framework of the Glo- gruppe „Physiologische Anpassungsmuster polarer bal Biodiversity Information Facility (GBIF) under the Algen an abiotische Stressfaktoren und ihre Bedeu- German BMBF initiative (www.gbif.de). The annota- tung für die Struktur polarer Felsküstenökosysteme“ tions of 7800 herbarium sheets were transferred into wurden in Kooperation mit dem Institut für Polaröko- a database, providing information on the collector, logie der Universität Kiel die interaktiven Effekte von taxonomic status, collection site and date, reproduc- erhöhter UV-Strahlung und Temperatur auf marine tive state and miscellaneous notes. The formerly hid- Makroalgen untersucht. Hierzu wurden Expeditionen den biodiversity information of this discontinuous nach Spitzbergen (Arktis) und King-George-Island time-series was thereby made accessible and is ready (Antarktis) (Abb. 3) durchgeführt. An antarktischen to be systematically analysed. Easy access for users Grünalgen konnte gezeigt werden, dass innerhalb interested in marine macroalgae is assured via the der Grenzen der artabhängigen Temperaturansprüche national and international GBIF Portal (www.gbif. erhöhte Temperaturen eine erhöhte UV-Toleranz der org und www.gbif.de/botanik/datenabfrage). The Photosynthese zur Folge hatten. Da die Organismen herbarium houses collections from the mid-19th an ihrem natürlichen Standort einer Vielzahl schwan- century onwards (Fig. 3) and comprises 70-80% of kender Umweltfaktoren ausgesetzt sind, sind multi- macroalgal species of the southern North Sea. faktorielle Untersuchungsansätze essentiell, um öko- logisch relevante Aussagen zu möglichen Kon- sequenzen der Klimaveränderung auf Makroalgen treffen zu können.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1156Abs1156 005.04.20065.04.2006 11:49:3911:49:39 UhrUhr 157

The interactive effects of temperature and UV radiation on marine seaweeds have been investigated in the framework of the joint Helmholtz Junior Research Group “Physiological acclimation of polar seaweeds Im Rahmen des internationalen Forschungsprojektes to abiotic stress: Implications for the structure of GAME durchgeführte Experimente zeigten, dass die coastal ecosystems“, based at AWI and the Institute Struktur der Helgoländer Aufwuchsgemeinschaften for Polar Ecology at the University of Kiel. Expediti- durch Störungen verändert wird und deren Diversität ons to Spitsbergen in the Arctic and to King George reduziert wird. Die Akkumulation von Biomasse wie Island in the Antarctic were conducted (Figure 3). auch die Gesamtbedeckung ist bei variabel gestörten We demonstrated for the first time that Antarctic Gemeinschaften höher als bei konstant gestörten Ge- green algae – within limits of the species-dependent meinschaften, während Diversität und Struktur der temperature demands – exhibited an enhanced UV Gemeinschaften hiervon unbeeinflusst blieben. Die tolerance of photosynthesis during exposure to ele- Ergebnisse zeigen, dass neben der Intensität von Stö- vated temperatures. As the organisms are exposed in rungen auch deren Variabilität Einfluss auf Ökosys- their habitat to a variety of changing environmental temfunktionen haben kann. conditions, multifactorial investigations are essential to develop ecologically relevant scenarios about the possible consequences of Global Change on seaweeds and their communities.

Abb. 2: Ältestes Herbarblatt der Sammlung ‚Makroalgen der südlichen Nordsee’ von vor 1846, aus dem Herbar Frölich. Die warm-gemäßigte Art Eudesme virescens wurde bis 1905 durch Herbar- belege bei Helgoland bestätigt und verschwand dann aus nicht bekanten Gründen aus dem Arten- spektrum. Fig. 2. Oldest herbarium sheet of the herbarium collection ’Macroalgae of the southern North Sea’, preserved before 1846 (ex herbarium Frölich). The displayed warm-temperate species Eudesme virescens was verified for Helgoland until 1905 through herbarium records, but disap- peared later for unknown reasons.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1157Abs1157 005.04.20065.04.2006 11:49:3911:49:39 UhrUhr 158 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

Experiments that were conducted as part of the international research project GAME, suggest that disturbance events can affect the structure of field-grown macro-epibenthic assemblages at Helgoland and thereby reduce their diversity. Biomass accrual and total cover of variably disturbed assemblages was higher than of constantly disturbed assemblages, while diversity and structure of assemblages was not affected. These results suggest that ecosystem functions may be influenced by the variability of equally intense disturbance events.

Biological oceanographic research outside of the MARCOPOLI programme Within the EU project ARCOP (ARCtic Opertional Abb. 3: Versuchsaufbau zur Untersuchung inter- Platform) we have developed a technique to remedi- aktiver Strahlungs- und Temperatureffekte auf die ate oil in sea-ice. We found that sea-ice bacteria can Photosynthese mariner Makroalgen am Dallmann- digest oil that penetrated into sea-ice. We determi- Labor (Jubany Station, King-George-Island, Ant- ned the de-gradation rate in the field and in experi- arktis). In den grauen Wannen im Hintergrund ments in relation to temperature and nutrient supply werden Makroalgen der natürlichen Sonnenstrah- over a period of several months. Addition of fish- lung ausgesetzt. Die Wassertemperatur in den meal increases oil degradation at and above the free- Wannen wird über Kryostate kontrolliert, welche zing point but not much below freezing. We are in Zarges-Boxen vor Schnee und Regen geschützt currently identifying the microbial community res- sind (Bildvordergrund) (Foto: Ralf Rautenberger, ponsible for the oil degradation. IPÖ Kiel). Within the MICROPAD EU project, new molecular Fig. 3: Experimental set-up for the investigation probes were developed to investigate the biodiver- of the effects of radiation and temperature on sity of cryptophytes. The solid phase cytometer was photosynthesis of marine seaweeds at the Dall- adapted for the automated detection and enumera- mann Laboratory (Jubany Station, King George tion of microalgae in cultures and field samples for Island). Seaweeds were exposed to natural solar use with these probes. radiation in the grey trays in the background. The The heavily silicified diatom Fragillariopsis kergu- water temperature in the trays was controlled by elensis comprises up to 90% of the opal belt in Ant- thermostats sheltered against snow and rain in the arctica. Thus, the mechanical strength of the frustu- Zarges-Boxes in the foreground (Photo: Ralf Rau- les must be extremely high. Calculations by means tenberger, IPÖ Kiel).

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1158Abs1158 005.04.20065.04.2006 11:49:4411:49:44 UhrUhr 159

of finite-element models predicted that the silica of F. kerguelensis frustules cannot be homogeneous, but instead must be made of complex nanocomposite material (Figure 4). This nanocomposite creates Biologische Ozeanographie Forschung außerhalb des highly anisotropic properties in the frustules that MARCOPOLI Programms greatly increases the mechanical strength of the Im Rahmen des EU-Projektes ARCOP (ARCtic Opera- overall structure. tional Platform) haben wir die Bioremediations-Me- The opportunities and limitations of sustainable thode zu Abbau von Rohöl, erstmalig unter Eisbedin- offshore-aquaculture in the German Bight have been gungen, getestet. Wir haben herausgefunden, dass im under active investigation within a project to esta- Meereis lebende Bakterien Ölkomponenten abbauen blish additional multifunctional use of wind parks. können. Die Abbauraten wurden in Labor- und Feld- Cultures of mussels and sea-kelp were grown on versuchen bestimmt, bei unterschiedlichen Tempera- turen und Zusatz von Nährstoffen. Der Zusatz von anorganischen Nährstoffen stimuliert den Abbau von Abb. 4: Schalen der Kieselalge Thalassiothrix Rohöl bei Temperaturen um den Gefrierpunkt, wenn zeigen deutliche Schichtungen innerhalb des Bau- das umliegende Eis durch zunehmende Absorption stoffes, ähnliche Hinweise existieren für F. kergu- von Wärmestrahlung aufgrund der dunklen Farbe des elensis. (Abbildung Hamm, Gersonde, von Einem, Öls zu schmelzen beginnt. In der festen Eisstruktur unpublizierte Ergebnisse). geht der Abbau von Öl dagegen nur sehr langsam Fig. 4: Frustules of the diatom Thalassiothrix voran. Momentan wird die bakterielle Gemeinschaft show a distinct layering within their silica shell identifiziert, die für den Abbau des Rohöls verant- that is similar to the texture of F. kerguelensis wortlich ist. frustules. (Figure taken from Hamm, Gersonde, von Einem, unpublished results).

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1159Abs1159 005.04.20065.04.2006 11:49:4511:49:45 UhrUhr 160 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

structures attached to windmill pylons. Stable growth rings appear to be more suitable than long lines to withstand the strong hydrodynamic stress in the upper water column. Kelp withstands tension and Das EU-Projekt MICROPAD wurde erfolgreich zu hydrodynamic forces extremely well at exposed Ende geführt. Im Rahmen des Projekts wurden neue positions. Concentrations of mussel larvae decrease molekulare Methoden für die Untersuchung der Bio- with increasing distance from the coast but no diversität von Cryptophyceen entwickelt. Des Wei- macro-parasites were found inside mussels grown teren wurde die Festphasenzytometrie zur automati- offshore. Some technical and legal restrictions still sierten Detektion und Quantifizierung von Mikroalgen exist, but these seem to be manageable; successful in Kulturen und Umweltproben mittels Fluoreszenz offshore aquaculture can be anticipated in the near markierter Sonden etabliert. future. Die dickwandige Diatomee Fragillariopsis kerguelensis bildet bis zu 90 % des Opalsediments der Ant- arktis. Mikromechanische Tests und Computersimula- chung in diesen Gebieten noch lückenhaft ist, so lässt tionen haben bereits gezeigt, dass ihre Schale äußerst sich dieses wie auch manch technisches Problem widerstandsfähig ist. Mit Hilfe von Finite-Elemente- lösen, so dass Offshore-Aquakultur auch in Deutsch- Berechnungen sowie elekronenmikroskopischen Auf- land eine Perspektive haben wird. nahmen wurde jetzt nachgewiesen, dass die Schale nicht homogen, sondern aus komplexen Nanostruk- turen aufgebaut ist (Abb. 4). Hierdurch werden hoch- gradig anisotrope Struktureigenschaften des Materials hervorgerufen, welche die hohe mechanische Belast- barkeit erklären. Die Potentiale und Einschränkungen nachhaltiger Aquakultur in der deutschen Bucht werden in einem laufenden Projekt geprüft, wo Offshore-Windparks auf ihre Mehrfachnutzung mit Aquakultur untersucht werden. Miesmuscheln und Zuckertang wurden auf künstlichen Substraten in geplanten Windparkarealen kultiviert. Dabei wurde festgestellt, dass als System- Design eine Ringkonstruktion gegenüber einer Lang- leine besser die harschen Wetterbedingungen über- steht. Die Ergebnisse zeigen auch, dass Zuckertang gegenüber dem starken Wellenklima äußerst resistent ist. Während die Konzentration von Muschellarven in der Wassersäule bei zunehmender Entfernung von der Küste abnimmt, sind gleichzeitig offshore-gezüch- tete Muscheln parasitenfrei. Obwohl die Rechtsspre-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1160Abs1160 005.04.20065.04.2006 11:49:4611:49:46 UhrUhr 161

Climate Sciences

Observational oceanography The fieldwork in physical oceanography is based on Klimawissenschaften investigations of water mass properties and transports in the Weddell Sea and Fram Strait by applica- Messende Ozeanographie tion of new technologies. The activities occurred in Die Arbeiten hatten die Untersuchung von Wasser- cooperation with the Marine Observing Systems masseneigenschaften und Transporten im Weddell- technology group, complemented the MARCOPOLI meer und in der Framstraße mit neuen Technologien programme and were supported by EU and BMBF zum Inhalt. Sie ergänzten die Ziele von MARCOPOLI projects. und erfolgten in Zusammenarbeit mit der Technolo- In the Weddell Sea, water mass properties and giegruppe Marine Messsysteme mit Zusatzförderung transports were measured to detect decadal variati- durch BMBF und EU. ons, which might affect the large-scale oceanic over- Im Weddellmeer wurden Wassermasseneigenschaf- turning circulation. In the Atlantic sector of the ten und Strömungen gemessen, um dekadische Varia- Southern Ocean 92 profiling floats have been de- tionen zu erfassen, welche die großräumige ozeani- ployed since 1999 in the context of the international sche Umwälzbewegung beeinflussen können. Dazu Argo project. Since December 2001, they have been wurden 92 profilierende Driftkörper (Floats) im atlan- equipped with an ice-sensing system to avoid surfa- tischen Sektor des Südlichen Ozeans seit 1999 im cing and potential damage when sea ice is present. Rahmen des internationalen Argo-Programms einge- From January 2005, NEMO floats provided by Opti- setzt. Seit Dezember 2001 sind diese mit Eiserken- mare Sensorsysteme were able to store profiles which nungssystemen ausgerüstet, die das Auftauchen und were recorded under the sea ice. From the obtained damit die Zerstörung bei Eisbedeckung verhindern. data, temperature and velocities fields in 750 meters Ab Januar 2005 können die von Optimare Sensor- depth were derived. Both fields show large similari- systeme gelieferten NEMO-Floats auch Daten zwi- ties, emphasizing the advective component of the schenspeichern, die unter dem Eis aufgezeichnet heat transport in the Weddell gyre. At about 30°E, wurden. Aus den gemessenen Daten wurden Tempe- both temperature and flow field show clearly the ratur- und Bewegungsfelder in 750 Metern Tiefe abge- southward spreading of waters influenced by the leitet. Die große Ähnlichkeit der Verteilungen weist Antarctic Circumpolar Current. South of about 60°S, auf den überwiegend advektiven Charakter des hori- these waters spread to the west as part of the southern zontalen Wärmetransports im Weddellwirbel hin. Bei branch of the Weddell Gyre. etwa 30 °O ist der Einfluss von nach Süden strömen- In the Fram Strait, data from the moored array dem Wasser des Antarktischen Zirkumpolarstroms maintained in the MARCOPOLI programme to deutlich zu erkennen. Südlich von 60 °S breitet sich measure the exchanges between the North Atlantic dieses Wasser nach Westen aus. In der Framstraße wird im Rahmen von MARCO- POLI der Austausch zwischen dem Nordatlantik und dem Arktischen Ozean gemessen. Hier wurden zu-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1161Abs1161 005.04.20065.04.2006 11:49:4711:49:47 UhrUhr 162 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

and the Arctic Ocean were supplemented by records from bottom pressure recorders equipped with inver- ted echosounders (PIES). The data were used to investigate the potential to detect changes in the heat sätzlich umgekehrte Echolote mit Bodendruckmes- content of the Westspitsbergen current by variations sern (PIES) ausgelegt, um die Möglichkeit zu erkun- of the propagation time of sound signals from the den, aus den Veränderungen der Laufzeit des Schalls instruments to the sea surface and back. The variati- vom Gerät am Meeresboden zur Oberfläche und zu- ons of the volume transports should be revealed by rück Veränderungen des Wärmeinhalts der Wasser- variations of the horizontal pressure differences at säule zu erfassen. Zusammen mit der horizontalen the sea bottom. The obtained ranges of variability are Druckdifferenz soll daraus der Wärmetransport im large enough to be detected by PIES, and a direct Westspitzbergenstrom abgeleitet werden. Die gemes- transformation into heat transport will occur on the senen Daten zeigen, dass die Fluktuationen intensiv basis of the data from the current meter moorings. genug sind, um mit den PIES detektiert zu werden. Die Umsetzung der Druck- und Schallgeschwindig- Paleoclimate Dynamics keitsfluktuationen in Veränderungen des Wärmetrans- As well as the themes covered by the MARCOPOLI ports soll auf der Grundlage der Strömungsmesserda- programme, the section Paleo-climate Dynamics de- ten erfolgen. veloped new fields in respect of method and content. There were extreme climate conditions in the Dynamik des Paläoklimas earth‘s history in the Neoproterozoic 750 - 545 mil- In der Sektion Dynamik des Paläoklimas werden ne- lion years ago. In the frame of cooperations with the ben den über das MARCOPOLI-Programm abgedeck- Universities of Würzburg and Bremen, we explore ten Themen neue methodische und inhaltliche Fach- under which environmental conditions, earth orbital gebiete erschlossen. Extreme Klimabedingungen configurations and palaeogeography a glaciation of haben in der Erdgeschichte im Neoproterozoikum the earth‘s surface may have happened. For this pur- vor 750 bis 545 Millionen Jahren stattgefunden. Im pose we use numerical climate models, explicitly Rahmen von Kooperationen mit den Universitäten depicting the surface characteristics and climate Würzburg und Bremen gilt es herauszufinden, unter dynamics. It is shown that there may be multiple welchen Bedingungen von Umwelt, Erdorbitalkonfi- steady states, like in the case of the simple energy guration und Paläogeographie eine Vereisung der balance models. The parameters to be varied are the Erdoberfläche stattgefunden haben kann. Für die- atmosphere‘s CO2 content, the land-sea distribu- sen Zweck setzen wir numerische Klimamodelle ein, tion, the albedo as well as the initial condition. Out- welche die Oberflächeneigenschaften und Klimady- side the MARCOPOLI topics, we still work with namik explizit abbilden. Es zeigt sich, dass es wie extreme values in climate scenarios and prediction bei den einfachen Energiebilanzmodellen Mehrfach- schemes for climate indices. gleichgewichte geben kann. Zu variierende Parame-

ter sind der CO2-Gehalt der Atmosphäre, die Land- Meerverteilung, die Albedo und auch der Anfangs- zustand. Außerhalb des MARCOPOLI-Themenbe-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1162Abs1162 005.04.20065.04.2006 11:49:4711:49:47 UhrUhr 163

Furthermore, the section has developed and uses a web-based analysis tool, with which instrumental model data can be compared with observational and proxy data. We also apply methods to reduce the reichs beschäftigen wir uns weiterhin mit Extrem- data of time-spatial structures. This analysis tool was werten in Klimaszenarien und Vorhersageschemen deployed for research purposes as well as for tea- für Klimaindizes. ching at the University of Bremen and the European Eine Anwendung aus der Sektion besteht aus einem Graduate Lecture Courses. web-basierten Analysewerkzeug, mit dem man instru- mentelle Modelldaten mit physikalischen und Stellver- Atmospheric circulations treterdaten vergleichen kann. Weitere Funktionalitä- In our non-MARCOPOLI research we prepare the ten beziehen sich auf Methoden zur Datenreduktion IPY 2007/08 with modelling and measuring activi- zeitlich-räumlicher Strukturen. Dieses Analysewerk- ties and their international coordination. For this zeug wurde zum einen für Forschungszwecke und purpose we refined the coupled regional model of zum zweiten für die Lehre an der Universität Bremen the Arctic climate system HIRHAM-NAOSIM in the und im Europäischen Graduiertenkolleg eingesetzt. frame of the EU project GLIMPSE. Simulations over ten years with ERA 40 data forcing at the outer edges Atmosphärische Zirkulation of 1990-2000 were effected in order to improve our Im Forschungsteil Programmungebundene Forschung understanding of the atmosphere-ocean-sea ice cou- geht es um die Vorbereitung des IPY 2007/08 durch plings. Although the simulations already show good modellierende und messende Aktivitäten und ihre in- results, the model develops too warm winter tempe- ternationale Koordination. Dazu wurde das gekop- ratures, related with too thin ice in some Arctic re- pelte regionale Modell des arktischen Klimasystems gions. HIRHAM-NAOSIM im Rahmen des EU-Projektes Complementarily, we initiated an international GLIMPSE weiterentwickelt. Zehnjährige Simulatio- CARMIP (Coupled Arctic Regional Climate Model nen mit ERA 40 Datenantrieb an den seitlichen Rän- Intercomparison Projekt) project as a part of the dern von 1990 - 2000 wurden durchgeführt, um At- THORPEX IPY. On the measuring side we prepare mosphäre-Ozean-Meereis Rückkopplungen besser to participate in radio and ozone soundings at a Rus- zu verstehen. Obwohl die Simulationen bereits gute sian drifting station in the frame of the IPY. Er-gebnisse zeigen, entwickelt das Modell zu warme In the frame of a DFG project, the regional at- Wintertemperaturen, die mit zu dünnem Eis in eini- mosphere model HIRHAM was applied to simulate gen Regionen der Arktis zu tun haben. the circulation over the Antarctic. The aim was an Passend dazu wurde ein internationales CARMIP improved understanding of the processes determi- (Coupled Arctic Regional Climate Model Intercompa- ning the regional circulation patterns of atmospheric rison Projekt) als Teil des THORPEX IPY initiiert. Auf and climate conditions in the Antarctic. Here, we der messenden Seite laufen Vorbereitungen für die Teilnahme an Radio- und Ozonsondierungen auf einer russischen Driftstation im Rahmen des IPY.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1163Abs1163 005.04.20065.04.2006 11:49:4811:49:48 UhrUhr 164 4. Entwicklungen in den Fachbereichen Progresses in the Scientific Divisions

mainly concentrated on the improved description of catabatic wind systems and their coupling with synoptic cyclones.

Das regionale Atmosphärenmodell HIRHAM wurde Ocean Dynamics im Rahmen eines DFG-Projektes auf die Simulation In our non-MARCOPOLI research we examined cli- der Antarktis angewendet. Das Ziel bestand in einem mate variations in the North Atlantic and here espe- verbesserten Verständnis der Prozesse, die regionale cially the connection between the vertical overtur- Zirkulationsmuster der Atmosphäre und Klimabedin- ning and the atmospheric forcing. In cooperation gungen in der Antarktis bestimmen. Dabei standen with the Institute of Marine Sciences at the Univer- die Fragen der verbesserten Beschreibung katabati- sity of Kiel (IFM-GEOMAR) we combined data assi- scher Windsysteme und ihre Kopplung mit synopti- milation in the form of reduced rank Kalman filtering schen Zyklonen im Vordergrund. and inverse methods with forward modelling. We found a clear relation between circulation patterns Ozeandynamik and the North Atlantic Oscillation index (NAO) of Im Forschungsteil Programmungebundene Forschung the previous years. wurden Klimavariationen im Nordatlantik und hier In the frame of the Geotechnology Programme we insbesondere der Zusammenhang zwischen der verti- participate in the calibration of satellite altimeter data kalen Umwälzbewegung (overturning) und dem at- as well as gravity field analyses, mainly using model- mosphärischen Antrieb untersucht. In einer Koopera- ling and data assimilation. We also evaluate measure- tion mit dem Institut für Meereskunde Kiel (IFM- ment data of the pressure at the ocean bottom. GEOMAR) wurden Datenassimilation in Form der In the MERSEA project (Marine EnviRonment and Kalman-Filterung mit reduziertem Rang und inverse Security for the European Area), supported by the Methoden mit Vorwärtsmodellierung kombiniert. Ein EU, AWI works on two aspects. On the one hand we klarer Zusammenhang ergab sich zwischen Zirkulati- deal with the optimal ascertainment of parameters, onsmustern und dem Nordatlantischen Oszillations- which are difficult to measure in nature, such as index (NAO) des Vorjahres. growth rates in biological-numeric models. On the Im Rahmen des Geotechnologienprogramms arbei- other hand we work on the optimizing method itself, ten wir an der Kalibrierung von Satellitenaltimeterda- further developing and successfully using the ’Se- ten sowie Schwerefeldanalysen mit. Hierbei werden quential Importance Resampling’ filter. Calibration in erster Linie Modellierung und Datenassimilation of the ecosystem model with the Bermuda Atlantic verwendet. Zusätzlich werden Messdaten des Ozean- Time-series study data set allows to better reproduce bodendrucks von unseren messenden Abteilungen er- the upper mixed layer ecosystem dynamics observed hoben. at the location. Figure 1 depicts the temporal evolu- In dem von der EU geförderten Projekt MERSEA tion of the simulated chlorophyll ’a’ and dissolved (Marine EnviRonment and Security for the European inorganic nitrogen concentrations against those ob- Area) arbeitet das AWI an zwei Teilaspekten. Zum served. einen geht es um die optimale Bestimmung von in der Natur schlecht zu messenden biologischen Parame-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1164Abs1164 005.04.20065.04.2006 11:49:4811:49:48 UhrUhr 165

tern, wie z.B. Wachstumsraten in biologisch-numerischen Modellen. Der zweite Aspekt betrifft die Opti- mierungsmethode selbst, bei der wir den ‚Sequential Importance Resampling’-Filter weiterentwickeln und erfolgreich einsetzen. Die Kalibrierung des Ökosys- temmodells mit dem Datensatz der Bermuda-Atlan- tik-Zeitserienstudien erlaubt eine bessere Modellie- rung der vor Ort beobachteten Ökosystemdynamik. Abbildung 1 zeigt die zeitliche Entwicklung des simulierten Chlorophylls “a” und der Konzentrationen von gelöstem anorganischen Stickstoff gegenüber den Beobachtungen.

Nitrate

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1

Abb. 1: Entwicklung der Ökosystemkomponen- 3 0.8 ten an der Bermuda-Station, berechnet mit einer 0.6 sequentiellen Parameterschätzung. Die Kreise sind 0.4 mmol N/m die BATS-Daten für Nitrat und Chlorophyll “a”. 0.2 Fig. 1: The evolution of the ecosystem compon- 0 ents at the Bermuda station obtained by the Chlorophyll sequential weak constrained parameter estima- 0.4

tion. Circles are the BATS data for nitrate and 0.3 chlorophyll ‘a‘. 3 0.2 mg chl/m 0.1

0 JMMJSNJMMJSNJMMJSNJMMJSNJMMJSNJMMJSN

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1165Abs1165 005.04.20065.04.2006 11:49:4911:49:49 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1166Abs1166 005.04.20065.04.2006 11:49:5011:49:50 UhrUhr 167

5. Neue Technologien New technologies

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1167Abs1167 005.04.20065.04.2006 11:50:0711:50:07 UhrUhr 168 5. Neue Technologien New technologies 5. New technologies

Underwater Vehicles and Deep-Sea Technology

5. Neue Technologien Exploration of the deep sea is currently supported by unmanned underwater vehicles. In September 2005, Unterwasserfahrzeuge und Tiefsee-Technologie scientists of the AWI together with colleagues from other European institutes had access to modern Für die Erforschung der Tiefsee stehen der Wissenschaft deep-sea technology during an expedition to the inzwischen moderne, unbemannte Unterwasserfahr- northern North Atlantic and the Arctic onboard the zeuge zur Verfügung. Im September 2005 konnten French research vessel “L’Atalante”. This expedition, Wissenschaftler des AWI gemeinsam mit Kollegen jointly organised by AWI and its French cooperation aus anderen europäischen Instituten auf dem franzö- partner Ifremer, represents an essential contribution sischen Forschungsschiff ‚L’Atalante‘ mit dieser mo- to the EU funded Integrated Project HERMES (Hot- dernen Tiefseetechnologie arbeiten. Die Expedition spot Ecosystem Research at the Margins of European in den nördlichen Nordatlantik und in die Arktis Seas). A total of 45 partners from 15 European coun- wurde gemeinsam vom AWI und dem Ifremer organi- tries are involved in this project aimed at a compre- siert, und stellte einen wichtigen Beitrag zu dem von hensive understanding of various deep-sea ecosy- der Europäischen Union geförderten Projekt HER- stems along the European continental margins. MES (Hotspot Ecosystem Research at the Margins of A 4.5 ton heavy deep-sea Remotely Operated European Seas) dar. In diesem Vorhaben untersuchen Vehicle (ROV) was onboard the ‘L’Atalante‘ along 45 Partner aus 15 europäischen Ländern gemeinsam with the unmanned cabled underwater vehicle ‘Vic- die Artenvielfalt in verschiedenen Tiefseeregionen tor 6000‘. AWI scientists already had extensive expe- des europäischen Kontinentalrandes. rience with this research vehicle, having used it two Mit dem unbemannten, viereinhalb Tonnen schwe- times onboard the German icebreaker ‘Polarstern‘ ren Tiefseetauchfahrzeug ‚Victor 6000‘, stand den (1999 and 2003) and during a cruise with ‘L’Atalante‘ Wissenschaftlern an Bord ein sogenanntes Remotely in 2001. The ROV is depth-rated to 6000 m and is Operated Vehicle (ROV) zur Verfügung. Mit diesem equipped with various camera systems and sampling Tauchfahrzeug haben die AWI-Wissenschaftler bereits devices. Two manipulator arms permit video con- zweimal auf der ‚Polarstern‘ (1999 und 2003) und trolled sam-pling and deployment of in situ instru- einmal auf der ‚L’Atalante‘ (2001) erfolgreich in der ments on the deep-sea floor. Arktis gearbeitet. Das ROV kann bis zu 6000 Meter An autonomous underwater vehicle owned by the tief tauchen, ist mit Kameras und Probennahmegerä- AWI was used for the first time in the Arctic during ten ausgerüstet, von denen zwei Greifarme den Wis- the expedition. The torpedo-like 4 m long AUV (Au- senschaftlern ermöglichen, Messgeräte am Meeres- tonomous Underwater Vehicle) is not connected by boden gezielt abzusetzen und Proben zu nehmen. Außerdem wurde erstmalig ein autonomes Tiefsee- fahrzeug des AWI in der Arktis eingesetzt. Das torpe- doförmige, knapp vier Meter lange AUV (Autonomous

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1168Abs1168 005.04.20065.04.2006 11:50:2911:50:29 UhrUhr 169

a cable to the ship but follows pre-programmed courses at given water depths down to a maximum diving depth of 3000 metres. During the expedition in the autumn of 2005, the vehicle was equipped with dif- Underwater Vehicle) hängt im Gegensatz zu ‚Victor ferent sensor systems to measure, e.g. the green- 6000‘ nicht an einem Kabel, sondern fährt vorpro- house gas methane, water temperature and salinity grammierte Kurse bis in Tiefen von 3000 Metern within the upper layer of the water column. selbstständig ab. Während der Expedition im Herbst 2005 wur-de das Fahrzeug eingesetzt, um mit verschiedenen Messinstrumenten die Konzentration des Treibhausgases Methan, die Wassertemperatur und den Salzgehalt in den oberen Schichten der Wasser- säule zu messen.

Abb. 2: Dieser, drei Wochen zuvor von Bord der ‚Polarstern‘ ausgebrachte Walkadaver wurde, in 5340 Metern Wassertiefe mit dem ROV ‚Victor 6000‘ aufgesucht und hinsichtlich der angelockten Tiefseeorganismen detailliert beprobt. Fig. 2: This whale caracass was deployed three Abb. 1: Bergung des autonomen Unterwasser- weeks earlier by scientists onboard ‘Polarstern‘ fahrzeugs an Bord des französischen Forschungs- and found at 5340 m water depth with the ROV schiffs ‚L’Atalante‘. ‘Victor 6000‘. The ROV allowed detailed studies Fig. 1: Recovery of the autonomous underwa- on the scavenger community attracted at such ter vehicle onboard the French research vessel water depth in the Arctic to be made. ‘L‘Atalante‘. Because of upcoming bad weather (Photo: AWI/Ifremer) conditions the mission was interrupted after 5 hours in order to secure the vehicle. (Photo: E. Sauter)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1169Abs1169 005.04.20065.04.2006 11:50:3011:50:30 UhrUhr 170 5. Neue Technologien New technologies

Marine Messsysteme

PALAOA Die akustische Horchstation PALAOA (Hawaiianisch “Wal” oder auch PerenniAL Acoustic Observatory in the Antarctic Ocean) ermöglicht es erstmals, Unter- wasseraufnahmen aus dem Antarktischen Ozean in Echtzeit zu erfassen. Das Observatorium wurde wäh- rend der Sommerkampagne 2005/6 etwa 15 Kilome- ter nördlich der Neumayer-Station in der Nähe der Schelfeiskante des Ekström Eisschelfes bei 70°31’ S Abb. 3: Mit den abgebildeten Stechrohren werden 8°12’ W etabliert. In Zusammenarbeit mit AWI Mitar- Sedimentproben im unmittelbaren Umfeld des Wal- beitern aus der Glaziologie und der Logistik wurden kadavers gezogen, um die Auswirkungen eines der- hierzu vier 100 Meter tiefe Löcher durch das Schel- artigen Nahrungseintrags auf sedimentbewohnende feis gebohrt, um Hydrophone in den darunter liegen- Organismen später im Labor analysieren zu können. den Wasserkörper einzubringen. Die breitbandigen Auf der Sedimentoberfläche sind massenhaft Floh- Hydrophone registrieren eine Vielfalt von Unterwas- krebse, Asseln und Seegurken zu erkennen. sergeräuschen. Erste Aufnahmen zeigen das Passieren Fig. 3: By using push corers sediment samples von Orkas, die Präsenz von Weddell-Robben und can be taken in close vicinity to the whale car- Seeleoparden sowie Geräusche von kalbenden Glet- cass in order to quantify the impact of such an schern und Eisbewegungen. Die akustischen Daten organic Food supply on sediment inhabiting orga- werden via WLAN an die Neumayer-Station gesen- nisms. A mass occurence of gammaridean amphi- det, von wo sie nach Bremerhaven weitergeleitet pods, isopods and sea cucumbers is visible at the werden. Dort werden sie – nahezu in Echtzeit – für sediment surface. (Photo: AWI/Ifremer) die Öffentlichkeit über das Internet zugänglich gemacht. Durch ihre Analyse werden Erkenntnisse über die Wanderbewegung von marinen Säugern und den Tagesgang ihrer Vokalisationen erwartet.

Argo Floats Das internationale ARGO Projekt zielt darauf ab, kontinuierliche und ozeanweite Messungen der Tem- peratur und des Salzgehaltes der oberen 2000 Meter mit Hilfe von profilierenden Floats durchzuführen. Im Fe-bruar 2006 waren insgesamt 2364 floats im ARGO- Projekt im Einsatz, und damit wurde eine Bepro-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1170Abs1170 005.04.20065.04.2006 11:50:3611:50:36 UhrUhr 171

Marine Observing Systems

PALAOA bungsdichte im Ozean erreicht, die ähnlich gut wie For the first time ever, real-time underwater acoustic die der Wetterstationen auf den Kontinenten ist. Diese recordings have been obtained from the Antarctic autonom operierenden Messplattformen treiben frei ocean by the “PerenniAL Acoustic Observatory in in der Tiefe des Ozeans, um alle zehn Tage an die the Antarctic ocean” (PALAOA, means “whale” in Oberfläche zu steigen, wobei sie ein vertikales Tem- Hawaiian). The observatory was established during peratur- und Salzgehaltsprofil ermitteln, welches the summer campaign 2005/6 near the Ekström shelf anschließend per Satellit an öffentlich zugängliche ice edge at 70°31’S 8°12’W, about 15 km north of ARGO Datenzentren übertragen wird. Während the Neumayer Base. In cooperation with AWI’s de- Floats in den niedrigen und mittleren Breiten bereits partments of glaciology and logistics, four 100 m zahlreich vorhanden sind, blieben Auslegungen in deep holes were drilled through the ice shelf to de- hohen Breiten mit zumindest saisonaler Eisbedek- ploy hydrophones into the body of water below. The kung selten. Dies liegt an der unmittelbaren Gefahr, broad band hydrophones allow recording of a wide dass die Floats durch Kollision mit dem Meereis range of marine sound. First recordings reveal the beschädigt oder zerstört werden. Um ARGO auch auf passage of orcas, the presence of Weddell and leo- eisbedeckte Ge-biete ausweiten zu können, wurde pard seals, sounds generated by calving glaciers and deshalb vom AWI eine 3-stufige Weiterentwicklung the flexing of ice. Near real-time streaming data dieser Messplattformen vorangetrieben. Der erste (sound) is transferred by WLAN from the energeti- und wichtigste Schritt war die Entwicklung eines ein- cally autonomously operating PALAOA station to the fachen, energiesparenden Algorithmus, der die Neumayer station, and forwarded via dedicated Wahrscheinlichkeit von Meereis im Bereich des Auf- telecommunication links to the AWI Bremerhaven, tauchortes ermittelt und gegebenenfalls das weitere from where it is made accessible to the general Aufsteigen des Floats an die Oberfläche abbricht. public via Internet. Analysis of the data gives an Zweitens ist es notwendig, die in diesem Fall nicht insight into the migrating patterns of marine mam- übertragenen Profildaten zwischenzuspeichern, bis mals and the daily patterns of their vocalisations. sich zu einem späteren Zeitpunkt die Gelegenheit für eine sichere Übertragung bietet. Da die Positionie- ARGO floats rung der Profile üblicherweise mithilfe des Daten- The international ARGO-project intends to conti- übertragungssatelliten geschieht, ist im Falle des Pro- nuously monitor temperature and salinity of the filabbruchs eine alternative Positionierungsmethode upper 2000 m of the global ocean by means of an notwendig. Dies geschieht – als dritte Entwicklungs- array of autonomous profiling floats. In February stufe - mithilfe von akustischer Unterwassernavi- 2006, a to-tal number of 2364 floats were operated gation. Alle drei Komponenten dieser Weiterent- by ARGO, which represents a similar observation wicklung wurden in die von der Optimare Sensor- systeme AG hergestellten NEMO Floats (Navigating European Marine Observer) implementiert und mittlerweile erfolgreich getestet.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1171Abs1171 005.04.20065.04.2006 11:50:4011:50:40 UhrUhr 172 5. Neue Technologien New technologies

density as compared to the weather stations on the continents. While float coverage at low- and mid- latitudes is already moderate to good, float deploy- ments at higher latitudes had remained marginal until 2005, particularly in areas of at least partial ice coverage. This is due to the imminent danger of damage or loss of floats by collision with ice floes. In order to enable ARGO floats to operate within ice-covered regions, scientists of AWI adopted a three step process. The first and most important step was the implementation of the Ice Sensing Algorithm (ISA), which triggers stopping the ascent of the float when the likelihood of ice is high. The successful Abb. 4: Luftaufnahme der PALAOA Station. Auf timely stopping of the majority of ascents in ice-co- dem Dach des Kontainers sind ein Savonius Wind- vered water by ISA-equipped floats is a likely reason generator und die WLAN Antenne positioniert, for the majority of floats now surviving the southern während acht Solarpaneele an der nördlichen winter. Step two in the development of an ice-resili- Wand montiert sind. ent float was the implementation of interim storage Fig. 4: Arial view of the PALAOA station. and the later transmission of data profiles which Placed on top of the container are a Savonius have been stopped (iStore). This feature is currently type windgenerator and a WLAN antenna, while being tes-ted with nine NEMO (Navigating European eight solar panels are mounted on the northern Marine Observer) floats jointly developed with Opti- wall. (Photo: S. Gemser, DLR) mare, Germany. Finally, the third step towards ice- resilient ARGO floats was the implementation of an acoustic navigation system in order to determine the profile’s position under ice, i.e. without localization by satellite.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1172Abs1172 005.04.20065.04.2006 11:50:4011:50:40 UhrUhr 173

Air and Land Based Technology

Interdisciplinary activities of the working group Air and Land Based Technology: Flugzeug- und Landtechnik From the 9th to 11th May 2005 an internationally attended seminar was held in Bremerhaven on air Fachübergreifende Aktivitäten der AG Flugzeug- und operations in polar regions: “SEMINAR ON AIR- Landtechnik: BORNE OPERATIONS IN POLAR REGIONS - STA- Vom 9. bis 11. Mai 2005 fand in Bremerhaven ein TUS AND FUTURE PROSPECTS“. Approximately 70 Seminar zum Flugbetrieb in den Polarregionen: „SE- participants from 14 countries, all operating aircraft MINAR ON AIRBORNE OPERATIONS IN POLAR and performing airborne measurements, joined the REGIONS - STATUS AND FUTURE PROSPECTS“ mit workshop. The seminar focused on four subjects: 20 internationaler Beteiligung statt. Rund 70 Vertreter years of experience in operating scientific aircraft in aus 14 Ländern, die in den Polarregionen Flugzeuge polar regions by AWI, new aircraft for polar operati- betreiben und flugzeuggestützte Messungen durch- ons, new instrumentation for different purposes in- führen, brachten ihre Erfahrungen ein. Auf dem Semi- cluding satellite validation and UAVs (unmanned nar wurden vier Themenkreise intensiv diskutiert: Die aerial vehicles) as a new platform. flugzeuggestützten Aktivitäten des AWI der letzten 20 Briefly summarized the results of the seminar are: Jahre in den Polarregionen, neue Flugzeuge für den - The polar aircraft owned by AWI have been used Polarflugbetrieb, neue Instrumentierungen für ver- with great success for various research activities in schiedene Anwendungen einschließlich der Nutzung geophysics, glaciology, meteorology and atmosphe- für Satellitenvalidierung und die UAVs (unmaned ric physics. aireal vehicles), als neue Plattform. - The scientific merits of the surveys in Antarctica Die Ergebnisse des Seminars können wie folgt zu- have been ensured by deploying secondary aircraft sammengefasst werden: in logistic support to airborne measurements. - Die AWI Polarflugzeuge wurden in der Vergan- - New aircraft (LARA, HALO), which will be avai- genheit mit großem Erfolg zur Untersuchung von Fra- lable in the future, have been presented in addition gestellungen unterschiedlichster Fachgebiete wie z.B. to Do228 and TwinOtter aircraft, which are already Geophysik, Glaziologie, Meteorologie und der Phy- known. sik der Atmosphäre einsetzt. - International collaboration in Antarctica relating - Der wissenschaftliche Erfolg der Messkampagnen to airborne logistic support (DROMLAN) as well as in der Antarktis wurde durch den parallelen Einsatz on airbrone surveys (ANTSYO) has been steadily eines zweiten Flugzeuges zur logistischen Unterstüt- increasing. zung der Messungen entscheidend abgesichert. - In the recent past, a remarkable survey share has - Neben den bereits bekannten in den Polarregio- been achieved using airborne surveys for validating nen eingesetzten Flugzeugen vom Typ Do228 und satellite-supported surveys (Cryovex, SAGE, CALIPSO). TwinOtter wurden große, in Zukunft verfügbare For- schungsflugzeuge (LARA, HALO) vorgestellt.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1173Abs1173 005.04.20065.04.2006 11:50:4311:50:43 UhrUhr 174 5. Neue Technologien New technologies

- New instruments (ASIRAS) for validating of satellite based measurements have been developed and operated by AWI. - UAVs enable new interesting scientific opportu- - Internationale Verflechtungen sowohl beim logis- nities, e.g. survey flights during the polar night, hori- tischen (DROMLAN) als auch wissenschaftlichen Ein- zontal profiles in unpopulated areas and flights, satz (ANTSYSO) von Flugzeugen in der Antarktis und which are too long or not suitable for manned opera- der Arktis nehmen in der Zukunft zu. tions due to environmental conditions. - Der Einsatz flugzeuggestützter Messungen zur Vali- Based on the knowledge and contacts gathered dierung von satellitengestützten Messungen (CryoVex, during the seminar an application was made together SAGE, CALIPSO) hat einen in letzter Zeit beachtlichen with the Technical University of Bremerhaven and Anteil an den Messkampagnen er-reicht. submitted to the city-state of Bremen in order to found - Es werden neue Messsysteme (ASIRAS) für die Va- a center for the autonomous observation of vehicles lidierung von satellitengestützten Messungen entwi- (ZAMP) as part of its investment programme AIP. Opti- ckelt und durch das AWI eingesetzt. mare Sensorsysteme AG, Bremerhaven, and OHB Sys- - UAVs eröffnen neue wissenschaftlich interessante tem, Bremen, joined the technical part of the project. Möglichkeiten, z.B. Messflüge während der Polar- More partners are expected to join. nacht, Horizontalprofile in nicht besiedelten Gebie- Discussions have started with the Stemme com- ten und auch Flüge, die aufgrund ihrer Dauer und/ pany for a jointly developing of a new UAV POLARIS oder Umgebungsbedingungen für bemannte Flug- S16, based on the motorglider Stemme S15. Compa- zeuge nicht durchführbar sein werden. nies involved in ZAMP are also participating in this Mit dem auf dem Seminar erworbenen Wissen und project. Kontakten, wurde zusammen mit der Hochschule Bremerhaven ein Antrag auf Förderung im Rahmen des Anschlussinvestitionsprogramms (AIP) des Landes Bremen ein Zentrum für autonome Messplattformen (ZAMP) eingereicht. Als Industriepartner konnten für dieses Vorhaben die Optimare Sensorsysteme AG, Bremerhaven, und die OHB System AG, Bremen, gewonnen werden. Weitere Industriepartner sollen in dieses Projekt involviert werden. Parallel wird mit der Firma Stemme die gemeinschaftliche Entwicklung eines neuartigen UAVs, der POLARIS S16, auf Basis des Motorseglers Stemme S15 diskutiert. An diesem Projekt sind auch die im Abb. 5: ‚POLAR 2‘ während der antarktischen Som- ZAMP involvierten Firmen sowie die HS Bremerha- mersaison 2004/05, nahe der Neumayer-Station ven beteiligt. Fig. 5: ‘POLAR 2‘ in operation during the 2004/05 Antarctic campaign near Neumayer Station (Photo: D. Steinhage)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1174Abs1174 005.04.20065.04.2006 11:50:4311:50:43 UhrUhr 175

Ice drilling

Eisbohrungen Since 2001, the Ice drilling section has been in charge of the EPICA (European Project for Ice Coring Seit 2001 ist der Bereich Eisbohrungen federführend in Antarctica) drilling in Dronning Maud Land (DML) mit der Durchführung der EPICA (European Project at Kohnen station. The past two years were domina- for Ice Coring in Antarctica) Bohrung im Dronning ted by thorough preparations for the field season Maud Land (DML) an der Kohnenstation betraut. Die 2005/2006. For upcoming drilling and measurement vergangenen zwei Jahre waren von intensiven Vorbe- applications a new deep drilling electronics kit was reitungen der Feldsaison 2005/2006 geprägt. Für zu- developed in close cooperation with local compa- künftige Bohr- und Messaufgaben wurde in Koope- nies. This electronics kit will be replenished with a ration mit ortsansässigen Firmen eine neue Tief- bore-hole camera system and state of the art tempe- bohrelektronik entwickelt. Diese Elektronik wird um rature and pressure sensors, thus providing an effec- ein Bohrlochkamerasystem sowie Temperatur- und tive probe for bore-hole logging in order to study Drucksensoren nach dem Stand der Technik erwei- deformation and temperature profiles in ice sheets. tert, so dass eine leistungsfähige Sonde zur Vermes- Companies from the region have also been integrated sung des Bohrlochs für Deformations- und Tempera- in the advancement of mechanical drill components turprofilstudien in Eisschilden entsteht. Auch in die in order to build up competency for future improve- Weiterentwicklung mechanischer Bohrerkomponen- ments and developments. ten wurden Firmen aus der Region bewusst eingebun- In January 2006 we drilled trough the Antarctic Ice den, um Kompetenz für zukünftige Weiter- und Neu- shield. When the bottom was reached, sub-glacial entwicklungen aufzubauen. water soared 163 m up into the hole and refroze Im Januar 2006 wurde das antarktische Eisschild there. The pre-site survey had not provided any evi- durchbohrt. Beim Erreichen des Untergrundes stieg dence for the existence of sub-glacial water under Wasser von der Unterseite des Eisschildes 163 Meter the ice shield. This unexpected access to sub-glacial hoch in das Bohrloch und gefriert jetzt dort. Die Vor- water under Antarctica for the first time ever, fulfils erkundung des Bohrgebietes hatte keine Anhalts- sample requests that have been called for a long punkte für das Vorhandensein subglazialen Wassers time by micro-biologists. Significant amounts of sub- unter dem Eisschild ergeben. Dieser unerwartete erst- glacial water can be retrieved from the bore hole in malige Zugang zu subglazialem Wasser unter der the future. Antarktis überhaupt erfüllt von Mikrobiologen schon seit langem geforderte Probenwünsche. Größere Mengen subglazialen Wassers können zukünftig aus dem Bohrloch gewonnen werden.

Abb. 6: Am Bohrgerät angefrorenes sub- glaziales Wasser Fig. 6: sub-glacial water frozen to the drilling equipment – (Photo: S. Kipfstuhl)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1175Abs1175 005.04.20065.04.2006 11:50:4611:50:46 UhrUhr 176 5. Neue Technologien New technologies

IMARE – an Institute for Marine Resources

IMARE is a planned facility to transfer knowledge from the maritime sciences in the Bremen area to IMARE – ein Institut für Marine Ressourcen industry and business. So far, technology transfer has been treated as a by-product of fundamental research. IMARE ist eine in der Planung befindliche Einrich- In this new institute the direct transfer of knowledge tung. Sie soll die im Bremer Raum vorhandene For- gained through fundamental science to businesses schungsexpertise im maritimen Bereich in den indu- acting in the field, is planned. Thus, IMARE creates striellen und unternehmerischen Raum transportieren. an important link between the fundamental scienti- Bisher wurde Technologie-Transfer eher als Neben- fic institutions in Bremen and Bremerhaven and local produkt von Grundlagenforschung gesehen. In dem business and industry. Currently, on behalf of the neuen Institut soll gezielt Wissen aus der Grundlagen- Senate of Bremen, AWI is carrying out a feasibility forschung im Bereich der marinen Wissenschaften study, which should lead to a workable concept in wirtschaftlich agierenden Unternehmen zugänglich early 2006. gemacht werden. IMARE bildet damit einen wichti- The core competence of IMARE is defined by five gen Schnittpunkt zwischen grundlagenbezogener For- themes – marine aquaculture for sustainable fisheries, schung, wie sie an den Bremer und Bremerhavener marine structures and nanomaterials, marine physics meereswissenschaftlichen Einrichtungen durchgeführt and sensors, biological processes and natural pro- wird, und regional wie überregional tätigen Unter- ducts, and biodiagnostics. Within these themes pro- nehmen. Zurzeit wird eine vom Bremer Senat geför- ducts and services are offered, which include com- derte Machbarkeitsstudie durchgeführt, die Anfang missioned work through customers from industry. 2006 in ein umsetzungsfähiges Konzept münden soll. In the following, the scientific above mentioned Fünf Themenfelder definieren die Kernkompetenz topics are presented in detail: von IMARE: 1.) marine Aquakultur für nachhaltige (1) Section for marine aquaculture for sustainable Fischerei, 2.) marine Strukturen und Nanomateri- fisheries: Half of the global fisheries resources have alien, 3.) marine Physik und Sensorik, 4.) biologische been excessively exploited beyond their sustai- Prozesse und Naturstoffe sowie 5.) Umweltdiagnos- nable yields and production output of the world’s tik. Innerhalb dieser Bereiche sollen Produktentwick- fisheries remain at roughly 85 million tons annually. lungen und Dienstleistungen angeboten, aber auch However, due to the increase of the global popula- Forschungsaufträge von Kunden aus der Industrie tion the demand for marine products is continuously durchgeführt werden. growing as well as due to the improved lifestyle of In Folgendem sollen die einzelnen Themenkom- the broader public who are able to demand and buy plexe näher dargestellt werden: high-quality products. A significant further increase (1) Abteilung für marine Aquakultur für nachhaltige Fischerei: Die Hälfte aller Fischereiressourcen ist bis an die Grenze ihrer Ertragsfähigkeit genutzt und die Fänge der Weltfischerei stagnieren bei etwa 85 Mil- lionen Tonnen pro Jahr. Der Bedarf an marinen Pro-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1176Abs1176 005.04.20065.04.2006 11:50:4911:50:49 UhrUhr 177

in fish yield is unlikely and thus, sustaina-ble fishery management is required. This situation strengthens the role of aquaculture in the future. In this sector, today two main lines of production are pursued: dukten wächst jedoch. Einerseits durch die steigende land-based systems using recirculation technology Weltbevölkerung und andererseits durch den geho- and open-water systems such as cage and long-line benen Lebensstandard breiter Schichten, die sich cultures. The improvement of conventional metho- hochwertige Produkte leisten wollen und können. dologies and the development of new methodolo- Eine deutliche Steigerung der Fischerei ist unwahr- gies for marine aquaculture will be pursued at va- scheinlich und verlangt nach einem nachhaltigen rious technological levels. All production lines, Fischereimanagement. Damit steigt die Bedeutung offshore as well as land-based systems, will be con- der Aquakultur. Dort werden heutzutage hauptsäch- sidered. The combination of both systems may prove lich zwei Produktionswege verfolgt: landgestützte to be dependent on the candidate species, the key to Systeme mit Rezirkulationsanlagen und Freiwasser- significant advancement. Next to technical aspects, anlagen wie Käfig- und Hängekulturen. Die Verbes- subjects relevant to biological questions in aquacul- serung konventioneller und die Entwicklung neuer ture are physiology, ecology, chemistry, toxicology, Verfahren für die marine Aquakultur werden in Zu- microbiology and molecular biology. IMARE seeks kunft auf verschiedenen technologischen Ebenen to combine the existing competence within the sci- erfolgen. Alle Bereiche, seegängige sowie landge- entific community and businesses in the State of Bre- stützte Systeme, werden berücksichtigt, wobei die Kombination beider Verfahren je nach Anspruch der Zielarten entscheidende Verbesserungen bringen kann. Neben den technischen Aspekten werden aquakulturrelevante biologische Themen aus Physio- logie, Ökologie, Chemie, Toxikologie, Mikrobiologie und der Molekularbiologie be-handelt. IMARE soll die Kompetenzen der wissenschaftlichen Einrichtun- gen und Unternehmen im Land Bremen bündeln, um gemeinschaftlich den Entwicklungsprozess der Aquakultur mit zu gestalten.

Abb. 7: Fischkultur in einem Kreislaufsystem Fig. 7: Fish cultured in a recirculation system (Photo: U. Waller, IFM Kiel)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1177Abs1177 005.04.20065.04.2006 11:50:5011:50:50 UhrUhr 178 5. Neue Technologien New technologies

men in order to jointly foster the development process relating to the aquaculture. (2) Section for marine structures and nanomaterials: The sea is home to a high diversity of highly complex (2) Abteilung für marine Strukturen und Nanomateri- structures, which are optimized to cope with diverse alien: Die Meere beherbergen eine Vielzahl hoch- applications. Currently neither the complexity of komplexer, als stabile Leichtbaukonstruktionen opti- these structures nor their properties as optimized mierte Strukturen. Weder die Komplexität der Struk- lightweight constructions are significantly exploited. turen noch deren optimierte Leichtbaueigenschaften Well-founded knowledge relating to the mechanical werden gegenwärtig im größeren Maßstab genutzt. and structural properties of these complex marine Die fundierte Kenntnis biomechanischer und struktu- structures will be more extensivley used as a basis reller Eigenschaften komplexer mariner Strukturen for new lightweight structures and composite materi- sowie der Mikro- und Nanostrukturen liefert nun die als, which continuously gain importance in the auto- Basis für neue Leichtbauprodukte und Verbundwerk- motive industry as well as in industries dealing with stoffe, die sowohl in Branchen wie der Automobilin- aerospace engineering and machine construction. dustrie als auch in der Luft- und Raumfahrt zuneh- Because of their unusual and aesthetic appearance, mend an Bedeutung gewinnen. Wegen z. T. unge- natural lightweight constructions are also important wöhnlicher, ansprechender Optik der natürlichen for industrial design. The specificity and complexity Leichtbaukonstruktionen werden auch Anwendun- of the micro-structures and nano-structures are utili- gen für Industriedesign erarbeitet. Zusätzlich werden zed for the development of highly specific, forgery- die artspezifischen, komplexen Strukturen mit Hilfe proof security features for trademark protection and eines biotechnologischen Auswahl- und Modifikati- counterfeiting. onsverfahrens als 3D-Objekte mit hochspezifischen, (3) Section for marine physics and sensor techno- unverwechselbaren Sicherheitsmerkmalen für den logy: Assessment and monitoring of physical and bio- Produkt- und Markenschutz entwickelt. geochemical processes in the marine environment (3) Abteilung für marine Physik und Sensorik: Die encompassing large dimensions in time and space Beobachtung und Erfassung physikalischer und bio- demands the use of a variety of new platforms and geochemischer Prozesse im Meer über größere Raum- sensors. The department of “marine physics and sen- und Zeitskalen erfordert den Einsatz unterschiedli- sor technology” develops and modifies sensors and cher Plattformen und Sensoren. Die Abteilung „Ma- sensor systems for measuring platforms in air and rine Physik und Sensorik“ entwickelt und modifiziert water. Broad competence and potential for transfer is Sensoren und Sensorsysteme für Messplattformen zu available based on an intensive network of research Wasser und in der Luft. Durch die intensive Vernet- facilities and enterprises. Emphasis is laid on the fol- zung mit Forschungseinrichtungen und Unternehmen lowing R&D topics: “aquatic sensors”, “marine remote werden in einem breiten Einsatzfeld Kompetenzen sensing” and “training in marine technologies”. vorgehalten und Transferpotentiale geschaffen. Schwerpunkte liegen in den Forschungsbereichen „Aquatische Sensorik“ und „Marine Fernerkundungs- sensoren“ sowie in der „Ausbildung in marinen Tech- nologien“.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1178Abs1178 005.04.20065.04.2006 11:50:5111:50:51 UhrUhr 179

MSC.Patron 2005 17-Jan-05 19:40:21 Fringe: SC2:MITTIG, A1: Static Subcases, Stress Tensor, von Mises, (NON-LAYERED) 3.00+001 Abb. 8: Mit finiten Elementen Methoden 2.80+001 berechnete Lastverteilung in einer auf der 2.60+001 Geometrie der Kieselalge Arachnoidiscus 2.40+001 2.20+001 basierenden Autofelge. Die Nutzung von Kon- 2.00+001 struktionsprinzipien aus der Natur ermöglicht 1.80+001 eine deutliche Gewichtsreduzierung bei glei- 1.60+001 cher Festigkeit. 1.40+001 Fig. 8: Finite element model of the stress dis- 1.20+001 1.00+001 tribution in a car wheel based on the geometry 8.00+000 of the diatom genus Arachnoidiscus. Using 6.00+000 Y natural construction principles allows for 4.00+000 Z weight reduction while maintaining stability. X 2.00+000 0.

(4) Section for biological processes and natural pro- (4) Abteilung für biologische Prozesse und Natur- ducts: Parametrising biological processes is part of stoffe: Die Parametrisierung von biologischen Prozes- applied biology. Both science and business require sen ist ein Teilgebiet der angewandten Biologie. So- methods of testing and efficiency analyses of concer- wohl Wissenschaft als auch Wirtschaft benötigen ning biological processes. This is why business pro- Prüfmethoden und Wirkanalysen zu biologischen spects and transfer potential relating to scientific Abläufen. Aus diesem Grund sind hier die wirtschaft- know-how are particularly good here. In the State of lichen Erfolgsaussichten und das Transferpotential für Bremen, the know-how available focuses on the wissenschaftliches Know-how besonders gut. Im Land research of biological key factors in marine ecosy- Bremen konzentriert sich das Know-how auf die Er- stems (with a special emphasis on polar regions) for forschung biologischer Schlüsselfaktoren in marinen example biodiversity, primary production, and their Ökosystemen (mit besonderer Berücksichtigung kal- impact on biogeochemical cycles and climate. ter Regionen) wie beispielsweise Biodiversität, Pri- Among other things, patents and scientific publicati- märproduktion und deren Einfluss auf Stoffkreisläufe ons of Bremen scientists deal with ice-binding prote- und Klima. Patente und wissenschaftliche Veröffentli- ins, enzymes of animals adapted to the cold, extre- chungen der Bremer Wissenschaftler beschäftigen molytes, an emulator for crude oil and antifouling/ sich unter anderem mit Eis-bindenden Proteinen, En- anticorrosive coatings. Currently, there is no “cold zymen von Kälte/Eis-angepaßten Lebewesen, Extre- biotechnology” related to polar science. This highly molyten und Emulgatoren für Rohöle und Antifou- specialised niche is of potential benefit for the region ling-/Antikorrosionsbeschichtungen. Eine „kalte Bio- of Bremen. The transfer potential of the Bremen technologie“, die sich aus der Polarforschung ableiten ließe, existiert noch nicht. Diese hochspezialisierte Nische könnte zur langfristigen Perspektive für die Bio-Region Bremen werden. Das Transfer-Potential

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1179Abs1179 005.04.20065.04.2006 11:50:5211:50:52 UhrUhr 180 5. Neue Technologien New technologies

marine biological science in combination with Bremen´s strength in material, and environmental science currently shows a good correlation for the market for “surfactants and functional coating”. der Bremer Meeresbiowissenschaften in Zusammen- (5) Section biodiagnostics: Cell biological and hang mit den Bremer Stärken in den Material-, Werk- genetic markers for monitoring of anthropogenic and stoff- und Umweltwissenschaften zeigt derzeit eine natural toxins in the marine ecosystem are develo- gute Übereinstimmung mit dem Markt der „Surfac- ped using biodiagnostics. Test systems such as bio- tants and functional coatings“. markers, bioassays, microarrays and gene and pro- (5) Abteilung für Biodiagnostik: In der Biodiagno- tein sensors are used to detect toxicity and the health stik werden zellbiologische und genetische Marker effects of toxins. In order to provide fast diagnoses zum Monitoring von anthropogenen und natürlichen for many user groups, test products which enable Schadstoffen in marinen Ökosystemen entwickelt. easy and quick operation are of prime develop- Für die Testverfahren zum Nachweis der Toxizität und ment interest. Detection methods and procedures Gesundheitsschädigung werden Biomarker, Bioas- will be developed for pollution monitoring in con- says, Microarrays und Gen- und Protein-Sonden ein- junction with dumping and disposal (e.g. Brent Spar) gesetzt. Bei der Entwicklung stehen die leichte und or oil spills at sea sites. Rehabilitation work in estu- schnelle Handhabung der Testprodukte im Vorder- aries, harbours and polluted waters accompanied by grund, um schnelle Diagnosen für eine Vielzahl von monitoring programs and scientific expertise are Anwendergruppen zu ermöglichen. So werden auch provided. The detection of environmental stress fac- Nachweismethoden und -verfahren von Umweltver- tors that impact organism growth, the detection of schmutzungen durch Verklappungs- und Entsorgungs- toxic algae and the diagnosis of health effects are of maßnahmen (z.B. Brent Spar Shell) sowie durch Gift- high commercial relevance in aquaculture. unfälle entwickelt. Begleitend zu Sanierungsarbeiten im Bereich von Flussmündungen, Häfen und Gewäs- sern werden Gutachten erstellt und Monitoringmaß- nahmen durchgeführt. In der Aquakultur sind die Er- mittlung von Umweltstress als wachstumsmindernde Faktoren der Zuchtorganismen, die Detektion toxischer Algenblüten und die Diagnose von Krankheiten von großer kommerzieller Bedeutung.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1180Abs1180 005.04.20065.04.2006 11:50:5311:50:53 UhrUhr 181

Earth Observing Systems (Helmholtz-EOS)

Helmholtz-EOS is a research network established to investigate selected processes in the earth system Erdbeobachtungssysteme (Helmholtz-EOS) through observing and modelling in order to improve understanding and prediction. Partners of AWI in this Helmholtz-EOS ist ein Forschungsnetzwerk, in dem network are DLR, GFZ and GKSS. Four topics are ausgewählte Prozesse im Erdsystem durch Beobach- currently pursued: ice and ocean, disaster ma-nage- tung und Modellierung verstanden und simuliert wer- ment, land surface processes, and the water cy-cle. den sollen. Am Netzwerk beteiligt sind neben dem Central to the network is the two topic PhD pro- AWI auch DLR, GFZ und GKSS. Vier Themen werden gramme in which AWI is involved. zurzeit vorrangig betrieben: Eis und Ozean, Katastro- phenmanagement, Prozesse der Landoberfläche und Variations of sea level: steric and eustatic processes der Wasserkreislauf. Ein wesentlicher Bestandteil ist Most people living in coastal regions and are affec- das Doktorandenprogramm, an dem das AWI mit ted by sea level variations. It is therefore of great zwei Themen beteiligt ist. importance to predict the extent of sea level change. In this regard, regional changes are as important as Zur Entwicklung des globalen Meeresspiegels: global variations. sterische und eustatische Prozesse Research is focussed on estimating of the different Die überwiegende Mehrheit der Menschen lebt in contributions to sea level change. These are steric Küstennähe und ist durch Änderungen des Meeres- and eustatic effects. Steric processes include all spiegels betroffen. Es ist daher von besonderem Inter- effects associated with the change of the density esse, verlässliche Aussagen zum Ausmaß dieser structure of the ocean. Although the halo steric effect Änderung zu liefern. Dabei spielt nicht nur der mitt- (density changes due to salinity variations) may be lere, globale Anstieg eine Rolle, sondern gerade die important locally, the thermo steric effect (density regionalen Unterschiede sind wichtig. changes due to variations of the thermal structure of Im Focus der Untersuchungen steht das genauere the ocean) is central to global sea level change. The Abschätzen der Beiträge der unterschiedlichen Fakto- eustatic effect is the result of the addition of mass to ren einer Meeresspiegeländerung. Dies ist zum einen the ocean through water run-off from the continents der sterische Effekt, der die Prozesse aufgrund von due to melting glaciers and ice sheets as well as Änderungen der Dichtestruktur des Ozeans umfasst. other changes in land hydrology. In addition, regio- Obwohl der halosterische Effekt (Änderung der Dichte nal changes of sea level may be generated by chan- aufgrund veränderten Salzgehalts) lokal stark ins ges in the oceanic circulation. Gewicht fallen kann, ist der thermosterische Effekt Time series satellite altimeter data, available since (Dichteänderungen durch Änderung des Wärmein- 1993 suggest a current sea level rise of approx. 3 mm halts) global betrachtet wichtiger. Zum anderen spielt der eustatische Beitrag eine Rolle. Dies ist der Meeres- spiegelanstieg durch Eintrag von Masse, hervorgerufen durch Änderungen der Bilanz des hydrologischen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1181Abs1181 005.04.20065.04.2006 11:50:5311:50:53 UhrUhr 182 5. Neue Technologien New technologies

per year. The challenge is to determine the respective contributions to this change. Since this is a sum of large contributions, which partly cancel each other out, extensive data sets on oceanic parameters and Kreislaufs, insbesondere durch die Schmelzwasserzu- continental run-off are required. A particular pro- fuhr durch schrumpfende Gletscher und Eisschilde blem is the lack of data in the Southern Hemisphere. auf den Kontinenten. Von großer Wichtigkeit sind Assimilation of new oceanic temperature data for the auch regionale Meeresspiegeländerungen durch Va- upper 700 m in a numerical ocean model is cur- riationen der globalen ozeanischen Zirkulation. rently used to better estimate the steric effect. This Aufgrund von Satellitenaltimeterdaten sind seit will also provide information on the effects of deep 1993 sehr genaue Zeitserien der Meeresspiegelände- ocean warming. It is planned to use additional inde- rungen vorhanden, die gegenwärtig einen Anstieg pendent data, e.g. gravity data from the GRACE von etwa 3 mm pro Jahr aufweisen. Die Herausforde- satellite mission. rung besteht darin, die verschiedenen Anteile dieses Anstiegs verlässlich abzuschätzen. Da die resultie- Carbon Dynamics in Arctic Permafrost Landscapes renden Änderungen sich aus der Summe sehr großer In periglacial lowlands carbon is extensively stored Einflussfaktoren ergeben, die sich ergänzen oder teil- in permafrost deposits, as the decomposition of orga- weise aufheben, ist es notwendig, möglichst viele nic substances is greatly reduced by given climatic Daten zu verknüpfen. Gerade für die Südhemisphäre conditions. These permafrost sequences could melt sind genauere Aussagen aufgrund der geringen An- significantly over large areas with far-reaching conse- zahl von Felddaten schwierig. Die Assimilation eines quences if climate change occurs as predicted. A neuen Datensatzes mit Temperaturen der oberen considerable amount of organic carbon would pre- 700 Meter aus der letzten Dekade in einer hohen sumably be released, and methane and carbon di- räumlichen Auflösung in ein numerisches Ozeanmo- oxide entering the atmosphere from this source would dell wurde vorbereitet und ermöglicht nun eine bes- profoundly affect global climate. A realistic assess- sere Abschätzung dieser Beiträge. Dadurch sind auch ment of greenhouse gas emissions from arctic perma- genauere Aussagen zur Erwärmung des tiefen Ozeans frost areas using remote sensing methodology requires zu erwarten. Im weiteren Verlauf der Untersuchun- detailed field studies for ground truthing as well as an gen sollen die assimilierten Daten um weitere unab- understanding of the interactions between perma- hängige Daten, unter anderem Schwerefelddaten der frost, active layer and near-surface atmos-phere. GRACE Mission, ergänzt werden. The main objective of this activity is to develop tools for budgeting and predicting carbon fluxes in Kohlenstoffdynamik in arktischen Permafrostlandschaften arctic permafrost landscapes as well as for spatially Für eine realitätsnahe Bilanzierung von Treibhausgas- up-scaling of local flux data. This involves linking emissionen aus arktischen Permafrostgebieten mit field observations of trace gas emissions and carbon Hilfe von Fernerkundungsmethoden sind sowohl detaillierte Feldbeobachtungen („ground truth“) erforderlich als auch Kenntnisse der Wechselwirkungen zwischen Permafrostboden, Auftauschicht und ober-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1182Abs1182 005.04.20065.04.2006 11:50:5411:50:54 UhrUhr 183

dynamics with energy exchanges between the biosphere and the atmosphere as well as relating micro- meteorological and physical ground measurements from tundra sites in the Lena River delta to remote flächennahen Luftschichten. Ziel der Arbeit ist die sensing data and process simulation. Field measure- Entwicklung einer Bilanzierungs- und Vorhersage- ments in tundra sites in the Lena River delta were möglichkeit für Kohlenstoffflüsse in arktischen Per- conducted to collect soil and meteorological data mafrostgebieten und deren räumliche Extrapolation and to quantify net water and material transport in („upscaling“). Dazu findet zurzeit eine Verknüpfung freezing and thawing ground as well as emissions of

von Feldbeobachtungen zur Spurengasemission und CO2, CH4, water vapour using chamber measure- zur Kohlenstoffdynamik, zum Energieaustausch zwi- ments and the eddy covariance technique. Parame- schen Biosphäre und Atmosphäre sowie von mikro- ters derived from remote sensing data such as near meteorologischen und bodenphysikalischen Messda- surface soil moisture, water bodies, and vegetation ten aus Tundrengebieten des Lenadeltas mit Fern- are compared with measured and modelled data. erkundungsdaten und Prozesssimulationen statt. BETHY, the vegetation model optimized by DLR is Es werden Boden- und meteorologische Daten er- adapted to arctic permafrost areas and utilized for hoben sowie der effektive Wasser- und Stofftransport spatial and temporal extrapolation. in gefrierenden und auftauenden Böden und die

Emission von CO2, CH4 und Wasserdampf im Lena- delta quantitativ bestimmt. Aus Fernerkundungsdaten abgeleitete Parameter wie oberflächennahe Boden- feuchte, Wasserkörper, Vegetation etc. werden mit den gemessenen und modellierten Daten verglichen. Hierzu wird das vom DLR optimierte Vegetationsmo- dell BETHY eingesetzt und zunächst an arktische Tun- drengebiete angepasst.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1183Abs1183 005.04.20065.04.2006 11:50:5411:50:54 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1184Abs1184 005.04.20065.04.2006 11:50:5511:50:55 UhrUhr 185

6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1185Abs1185 005.04.20065.04.2006 11:51:0411:51:04 UhrUhr 186 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms 6. Logistics and research platforms

AWI provides efficient infrastructure for polar marine and terrestrial research, which matches specific re- 6. Logistik und Forschungsplattformen quirements. This infrastructure comprises ice-breaking research vessels, stations in the Arctic and Ant- Für die Erforschung der polaren Ozeane und der arctic with associated observatories which are ope- polaren terrestrischen Regionen hält das AWI eine rated all year round, specially equipped aircraft and leistungsfähige und auf die spezifischen Erfordernisse vehicles for operating in the antarctic interior. The abgestimmte Infrastruktur vor. Dazu gehören das eis- permanent availability and further development of brechende Forschungs- und Versorgungsschiff ‚Polar- such infrastructure facilities orientated towards sci- stern‘, ganzjährig betriebene Stationen in der Arktis entific requirements are fundamental for long-term und Antarktis mit angeschlossenen Observatorien, research programs. speziell ausgestattete Flugzeuge sowie Fahrzeuge für The operation and use of mobile and stationary Expeditionen in das antarktische Hinterland. Die infrastructure in the Arctic, Antarctic and coastal re- dauerhafte Verfügbarkeit und an wissenschaftlichen search requires closely connected international logi- Erfordernissen orientierte Weiterentwicklung dieser stic cooperation. Without this, the logistic expen- Infrastruktur bilden die Grundlage für langfristig ditures for the German polar and marine research angelegte Forschungsprogramme. would increase significantly. In this context espe- Betrieb und Einsatz der mobilen und stationären cially the air-link to Antarctica organized within the Infrastrukturen in Antarktis, Arktis sowie in der Küs- Dronning Maud Land Air Network (DROMLAN) is to tenforschung erfordern eine enge internationale logi- be emphasise. On the one hand this network eases stische Kooperation. Ohne diese würden die logisti- the work load of ‘Polarstern‘ with regard to the trans- schen Aufwendungen für die deutsche Polar- und port of personnel and supplies to the Neumayer Sta- Meeresforschung erheblich steigen. In diesem Zusam- tion and thus enables a schedule nearer to the needs menhang ist speziell die Luftbrücke in die Antarktis of science. On the other hand, DROMLAN constitu- im Rahmen des Dronning Maud Land Air Network tes a new quality in realizing field operations organi- (DROMLAN) hervorzuheben. Diese entlastet zum zed by AWI in Dronning Maud Land. In each season einen ‚Polarstern‘ von Personen- und Versorgungs- more then 60 scientists and technicians as well as transporten zur Neumayer-Station und erlaubt so several tons of scientific equipment are delivered to einen mehr an der Wissenschaft orientierten Fahr- plan. Zum anderen stellt DROMLAN eine neue Qua- Abb. 1: Die Fahrtrouten der ‚Polarstern‘ sowie lität für die Abwicklung der vom AWI organisierten die Flugrouten der Polarflugzeuge in der Antarktis Expeditionseinsätze im Dronning Maud Land dar. In der Jahre 2004 und 2005 jeder Saison werden mehr als 60 Wissenschaftler und Fig. 1: 2004-2005, the routes of ‘Polarstern‘ as Techniker sowie mehrere Tonnen wissenschaftliches well as the flight routes of the polar aircrafts in Gerät auf diesem Weg zu den Stationen Neumayer the Antarctic (Author: W. Rack, und Kohnen gebracht. DROMLAN ermöglichte die C. Wesche, AWI) bislang längsten Sommereinsätze an beiden Statio-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1186Abs1186 005.04.20065.04.2006 11:51:0711:51:07 UhrUhr 187

70°0’0”W 50°0’0”W 30°0’0” W 10°0’0”W 10°0’0”E

Kapstadt Bahia Blanca 0’0”S 0’0”S ° ° 0’0”S 40 0’0”S 40 ° °

Punta Arenas 0’0”S 50 0’0”S 50 ° Signy ° Dallmann-Laboratory

Rothera 0’0”S 60 0’0”S 60 ° ° Neumayer 70 70 Novo Airbase Station

Kottas Kohnen Station Halley 0’0”S °

80 70°0’0”W 50°0’0”W 30°0’0” W 10°0’0”W 10°0’0”E 30°0’0”E

Polarstern 2005 ANTR 2005 Polarstern 2004 ANTR 2004

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1187Abs1187 005.04.20065.04.2006 11:51:0811:51:08 UhrUhr 188 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

120°0’0”W 150°0’0”W 180°0’0”W 150°0’0”E 120°0’0E

Resolute Bay

Devon Ice Cap Quaanaaq

Clyde River Station Nord

Illulisat Svalbard 0’0”N ° Kangerlussuaq

Constable Pynt 0’0”N °

Oulu

Bay of Bothnia 0’0”N 60 0’0”N ° 50 0’0”N 60 ° 50

Bremerhaven

30°0’0”W 0°0’0” 30°0’0”E

Svalex 2005 Met. Astar 2004 Asiras 2004 B ARK 2004 Svalex 2005 Lidar Asiras 2005 Asiras 2004 A Polarstern 2005 Polarstern 2004

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1188Abs1188 005.04.20065.04.2006 11:51:1011:51:10 UhrUhr 189

Abb. 2: Die Fahrtrouten der ‚Polarstern‘ sowie the stations at Neumayer and Kohnen via this air- die Flugrouten der Polarflugzeuge in der Arktis der link. DROMLAN has enabled the longest field study Jahre 2004 und 2005 season at both stations to date. In particular, sucessful Fig. 2: The 2004-2005 routes of ‘Polarstern‘ as realisation of EPICA ice core deep drilling would not well as the flight routes of polar aircrafts in the have been feasible in only three drilling seasons wit- Arctic (Authors: W. Rack, C. Wesche, AWI) hout the existence of this network. A specific contribution of AWI to this international co-operation is the aviation weather service which is essential and ranges from Dronning Maud Land as far as the Japa- nen. Insbesondere wäre die erfolgreiche Durchführung nese station SYOWA. der EPICA Eiskerntiefbohrung in lediglich drei Bohrsai- sons ohne diese Luftbrücke nicht möglich gewesen. Operation of Polar Stations Ein spezifischer Beitrag des AWI zu dieser internatio- In the Antarctic, the wintering base, Neumayer nalen Kooperation ist der dafür notwendige Flugwet- (70°39’S, 08°15’W, Ekström Ice Shelf) as well as the ter-Beratungsdienst für die Flugeinsätze im Dronning summer bases Kohnen Station (75°00’ S, 0°04’ E, Maud Land bis hin zur japanischen Station SYOWA. Antarctic Plateau) and Dallman Laboratory (62°14‘ S, 58°40‘ W, King George Island) are the research Betrieb der Polarstationen platforms of AWI. Neumayer Station accomodates Die Forschungsplattformen des AWI in der Antarktis the scientific observatories for geophysics, meteoro- sind die Überwinterungsstation Neumayer (70°39 S, logy and airchemistry and serves as a logistic base 08°15 W, Ekström Schelfeis) sowie die im Sommer betriebene Kohnen-Station (75°00‘ S, 0°04‘ E, ant- Abb. 3: ‚Polar 2‘, Basler BT 67 und Helikopter arktisches Plateau) und das Dallmann-Labor (62°14‘ am Feldlager S17 nahe der japanischen Station S, 58°40‘ W, King George Island). Die Neumayer- SYOWA Station beherbergt die wissenschaftlichen Observato- Fig. 3: ‘Polar 2‘, Basler BT 67 and heli- rien für Geophysik, Meteorologie und Luftchemie, copter at field camp S17 near to the Japanese des Weiteren dient sie als logistische Basis für Flug- base SYOWA (Photo: S. Gemsa, DLR) zeugeinsätze und Inlandexpeditionen. Als Teil eines globalen Netzwerkes zur Überwachung des Kernwaf- fen-Teststopp-Abkommens (CTBT) ging die Infraschall- station IS27DE am 01. März 2003 in Betrieb und wurde am 24. Juni 2004 zertifiziert. Damit wird eine langfristige Verpflichtung Deutschlands im Rahmen dieses Abkommens erfüllt. Ein öffentlichkeitswirksa- mer Höhepunkt war die Realisierung des Kunstpro- jektes „Bibliothek im Eis“ in der Saison 2004/05. An der Kohnen-Station wurde die Eiskernbohrung im Rahmen des „European Project for Ice Coring“ in Antarctica (EPICA) in der Saison 2003/04 fortgesetzt

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1189Abs1189 005.04.20065.04.2006 11:51:1311:51:13 UhrUhr 190 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Abb. 4: EPICA Eiskerntiefbohrung an der Kohnen-Station, Antarktis for airborne operations and expeditions on the Ant- Fig. 4: EPICA deep ice core drilling at the arctic ice cap. The IS27DE Infrasound Station started Kohnen Station, Antarctica (Photos: C. Drücker/ operation on March 1, 2003 and was certified on J. Köhler) June 24, 2004 as part of a global network for monitoring the Comprehensive Nuclear Test-Ban Treaty (CTBT). Thus Germany fulfills a long-term commit- und in der Saison 2005/06 bei einer Tiefe von 2774 ment to this treaty. A highlight in public outreach Metern erfolgreich beendet. Die Versorgung der Sta- was the realisation of the “Library on Ice” arts pro- tion erfolgte mit den Fahrzeugen der Neumayer-Sta- ject during the season 2004/05. tion. Wissenschaftler und Techniker sowie die er- forderliche Ausrüstung wurden auf dem Luftweg (DROMLAN) dorthin transportiert. Abb. 5: Aufbau neuer Laborcontainer des Dall- Das Dallmann-Labor an der argentinischen Station mann Labors an der argentinischen Station Jubany Jubany auf King George Island wurde in jeder Saison auf King George Island, Antarktis. für fünf Monate genutzt. Schwerpunkt sind marine- Fig. 5: Installation of new laboratory contai- biologische Forschungsprojekte, für die die Laborka- ners of the Dallmann Laboratory at the Jubany Argentine base on King George Island, Antarctica (Photos: G. Kleffel)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1190Abs1190 005.04.20065.04.2006 11:51:2011:51:20 UhrUhr 191

At Kohnen Station the deep ice core drilling within the European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) was continued during the season 2003/04 pazitäten in der Saison 2004/05 weiter ausgebaut and was successfully finished at a depth of 2774 m wurden. Die Zusammenarbeit der Institutionen aus during the season 2005/06. Station supply was orga- Argentinien, Deutschland und den Niederlanden ist nized using Neumayer vehicles. Scientists, techni- in einem neuen Kooperationsvertrag geregelt, wel- cians as well as neccessary equipment were brought cher die logistische Zusammenarbeit und die wissen- there using the DROMLAN air-link. schaftliche Nutzung verbessert. The Dallmann Laboratory at the Argentine Station Die Deutsch-Französische Arktis-Forschungsbasis Jubany on King George Island was used for 5 months AWIPEV als Zusammenschluss der Stationen Kolde- in each season. Research mainly focusses on marine- wey, Rabot und Corbel ist inzwischen als Gemein- biological projects for which the capacities of labora- schaftsprojekt vom AWI und dem französischen Polar- tories have been further expanded during the 2004/05 institut IPEV fest in Ny-Ålesund auf Spitzbergen eta- season. Collaboration between institutions of Argen- bliert. Diese bislang in der Arktis einmalige Ko- tina, Germany and the Netherlands is ar-ranged in a operation bei der Nutzung der Infrastruktur vor Ort new cooperation treaty which further enhances logi- sowie in der gemeinsamen Projekt-Verwaltung hat stic cooperation and scientific utilisation. sich bestens bewährt. Für 61 verschiedene Projek- The German/French Arctic AWIPEV research base te haben 146 Wissenschaftler und Techniker aus is well established Ny-Ålesund on Svalbard as a joint Deutschland, Frankreich und einigen anderen Län- dern 2004 und 2005 an der Forschungsbasis gearbeitet. Neben atmosphärischen Langzeitbeobachtun- Abb. 6: Stratosphärenobservatorium und gen stellen die meeresbiologischen Arbeiten einen Astronomische Kuppel für das Sternphotometer an Schwerpunkt dar. Im Juni 2005 wurde hierfür ein der AWIPEV Forschungsbasis, Koldewey-Station, neues internationales meeresbiologisches Forschungs- Spitzbergen labor in Dienst gestellt. Ein internationales Konsor- Fig. 6: Observatory for atmospheric research tium, dem auch das AWI angehört, finanziert dessen and starphotometer astrodome at the AWIPEV Betrieb. research base, Koldewey Station, Svalbard (Photos: R. Neuber)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1191Abs1191 005.04.20065.04.2006 11:51:3811:51:38 UhrUhr 192 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

project beween AWI, the French polar institute IPEV and is an integration of the Koldewey, Rabot and Corbel stations. This cooperation, so far unique in the Arctic, has proven its worth using both on site Einsatz der mobilen Forschungsplattformen infrastructure as well as joint project administration. Für den Einsatz in den Polarregionen verfügt das AWI 146 scientists and technicians from Germany, France über das eisbrechende Forschungsschiff Polarstern and several other nations have worked at the research und die beiden Forschungsflugzeuge vom Typ Do- base on 61 different projects during 2004 and 2005. 228-101, ‚Polar 2‘ und ‚Polar 4‘. Das Fahrtgebiet des Besides atmospheric long-term monitoring research mittelgroßen ‚FS Heincke‘ sind Nord- und Ostsee. focusses on marine-biological programmes. For this Die Forschungskutter ‚Uthörn‘, ‚Aade‘, ‚Diker‘ und purpose, a new international marine-biological re- ‚Mya‘ werden für die Außenstellen auf Helgoland search laboratory has been put into service. AWI is und in List auf Sylt genutzt. Zur Absicherung des part of an international consortium which finances technischen Betriebes bestehen Betriebsführungsver- the operation. träge mit der Reederei F. Laeisz (Bremerhaven) GmbH, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt Operation of Mobile Platforms (DLR) und der Briese Schiffahrts GmbH & Co. K.G. in AWI has both at its disposal the ‘Polarstern‘ icebreaking Leer. Die Einsätze der mobilen Forschungsplattfor- research vessel (RV), and two (Dornier Do 228-101, men werden von der AWI-Logistik entsprechend den ‘Polar 2‘ and ‘Polar 4‘) research aircraft all of which wissenschaftlichen Anforderungen vorbereitet, aus- operate in polar regions. The operational area of of the gerüstet und international koordiniert. medium-sized RV ‘Heincke‘ is both the North Sea as Das wichtigste Werkzeug der deutschen Polarfor- well as the Baltic Sea. The research cutters ‘Uthörn‘, schung ist das Forschungs- und Versorgungsschiff ‘Aade‘, ‘Diker‘ and ‘Mya‘ are used for research by ‚Polarstern‘. In den Jahren 2004/2005 fanden die departments on Helgoland and at List on Sylt. Expeditionen ANTXXI bis ANTXXIII in die Antarktis System management contracts for the technical und die Expeditionen ARKXX und ARKXXI in die Ark- operation and maintenance of the platforms have tis statt. Auf den Fahrten in das Weddellmeer, die La- been signed with Reederei F. Laeisz (Bremerhaven) zarewsee und die Scotiasee waren die Schwerpunkte GmbH, the German Aerospace Center (Deutsches biologische, geowissenschaftliche und physikalische Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) and the Forschungsarbeiten. Die Arktisexpeditionen in die Briese Schiffahrts GmbH & Co. K.G. in Leer. The mo- Grönlandsee, die Framstraße, zum Nansen-Gakkel- bile platform operations are prepared, equipped and Rücken und zum Yermakplateau dienten der physika- the cruises internationally coordinated by AWI logi- lischen Ozeanographie, der Meereisphysik, den Geo- stics according to scientific requirements. wissenschaften, der Tiefseebiologie und der Luft- The research and supply vessel ‘Polarstern‘ is the chemie. Darüber hinaus fanden an Bord der ‚Polar- most important tool of the German polar research. In stern‘ mehrere öffentliche Veranstaltungen und internationale Empfänge statt. Die beiden Forschungsflugzeuge ‚Polar 2‘ und ‚Polar 4‘ waren 2004 mit insgesamt 1000 Flugstun-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1192Abs1192 005.04.20065.04.2006 11:51:5011:51:50 UhrUhr 193

2004 and 2005, expeditions ANT XXI to ANT XXIII were led to Antarctica and the expeditions ARK XX and ARK XXI were led to the Arctic. Cruises in the Weddell Sea, the Lazarev Sea and the Scotia Sea den im Einsatz. Zusätzlich zu den Einsätzen in der were dominated by biological, geoscientific and Antarktis fanden in diesem Jahr drei Kampagnen in physical research. Arctic expeditions in the Green- der Arktis mit Kalibrierungs- und Validierungsaufga- land Sea, the Fram Strait, to the Nansen-Gakkel ben im Hinblick auf die ESA Satelliten Mission CRYO- Ridge and to the Yermak-Plateau focussed on physi- SAT statt. Im Bereich der Atmosphärenforschung be- cal oceanography, physics of sea-ice, geosciences, gann in der Arktis mit ASTAR`2004 (Arctic Study of deep sea biology and airchemistry. Moreover, ‘Polar- Tropospheric Aerosol and Radiation) ein internatio- stern‘ was used for several public events and interna- nales mehrjähriges multidisziplinäres Projekt. tional receptions. Bei der Rückführung der beiden Polarflugzeuge aus During 2004, both polar aircraft ‘Polar 2‘ and der Antarktis wurde ‚Polar 4‘ im Januar 2005 bei einer ‘Polar 4‘ operated for more than 1000 flighthours. Zwischenlandung an der britischen Station Rothera During this year, in addition to the operations in Ant- so schwer beschädigt, dass das Flugzeug in der Folge arctica three expeditions with calibration and vali- nicht mehr eingesetzt werden konnte. Die Rückfüh- dation tasks which were related to ESA’s satellite rung des beschädigten Flugzeuges von Rothera nach mission CRYOSAT took place in the Arctic. An inter- Punta Arenas musste außerplanmäßig von der Polar- national several year long and multiudisciplinary stern übernommen werden und erforderte die Unter- project related to atmospheric research was started stützung internationaler Kooperationspartner. using ASTAR 2004 in the Arctic (ASTAR: Arctic Study Im Jahr 2005 konnten die in der Antarktis geplanten of Tropospheric Aerosol and Radiation). Flugmissionen nur mit einem Flugzeug, ‚Polar 2‘, In January 2005, during the return of both polar durchgeführt werden. Dabei musste deren Mission aircraft from Antarctica, ‘Polar 4‘ was severly dama- durch den Einsatz eines zweiten Flugzeuges (Basler ged on a stopover at the British base Rothera. Hence, BT 67) im Rahmen von DROMLAN abgesichert wer- the aircraft could not be used further. Instead, the den. Die wissenschaftliche Mission von Polar2 wurde damaged aircraft had to be picked up by ‘Polarstern‘ zum ersten Mal in Zusammenarbeit mit dem japani- in order to be transferred from Rothera to Punta Are- schen Polarforschungsinstitut NIPR (National Institute nas. This unscheduled operation required the assis- for Polar Research) geplant und durchgeführt. Dabei stance of several international cooperation partners. führte Polar2 erstmalig in der Region der japanischen In 2005 the scheduled flight missions in Antarctica Station SYOWA geowissenschaftliche Flüge durch. could only be operated with one aircraft, ‘Polar 2‘. Thereby, the mission had to be secured by the opera- Weiterentwicklung und Ersatz der polaren Infrastruktur/ tion of a second aircraft (Basler BT 67) within DROM- Advanced Replacements LAN. For the first time, the scientific mission of ‘Polar Mit nur einem Flugzeug können die wissenschaftlichen und logistischen Aufgaben speziell in der Ant- arktis nicht erfüllt werden. Um die volle Leistungsfä- higkeit für den Polarflugbetrieb wiederherzustellen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1193Abs1193 005.04.20065.04.2006 11:51:5111:51:51 UhrUhr 194 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

2‘ was planned and operated in collaboration with the Japanese Polar Research Institute (NIPR, Natio- nal Institute for Polar Research). ‘Polar 2‘ operated for geoscientific purposes for the first time near to the Japanese station SYOWA.

Advanced Replacements Scientific and logistic tasks in the Antarctic cannot be fullfilled with only one aircraft. Therefore, the substitution of ‘Polar 4‘ is urgently necessary in order to re-establish the performance required for the polar aircraft operation. A new challenge will be the future operation of UAVs (Unmanned Aerial Vehicle). Pre- sently, conceptions are being prepared in order to use UAVs for new scientific questioning. The most ambitious project is the replacement of the Neumayer base on the Ekström Ice Shelf, which will not be operational until 2009 at the latest. The Abb. 7: Nachbau der Neumayer-Station, archi- planned construction of the Neumayer III base will tektonische Zeichnung der Außenansicht Neu- not only be different from its two predecessor bases mayer III but also from all known base constructions in the Fig. 7: Replacement of base Neumayer, exte- Antarctic. The base itself will be mounted on a plat- rior view of NM III (Author: Fernando Valero- form 6 m above the snow surface and covered by an Delgado) aerodynamical casing. The platform will be combined with a garage in the snow. The entire building, with a weight of 2600 tons will be lifted once a year steht daher der Ersatz von ‚Polar 4‘ im Vordergrund. by means of hydraulic rams, embedded in the pillars Eine neue Herausforderung wird in der Zukunft der of the platform. This concept conforms with Environ- Einsatz unbemannter Flugkörper (UAV, Unmanned mental Protocol regulations and will enable a longer Air Vehicle) sein. Gegenwärtig wird an Konzeptionen life time of at least 25 years. In 2005, the draft Com- gearbeitet, in den kommenden Jahren UAVs für neue prehensive Environmental Evaluation (CEE) was dis- wissenschaftliche Fragestellungen der Polar- und tributed among the Consultative Parties to the Ant- Meeresforschung einzusetzen. arctic Teaty. Manufacturing of station components is Das ehrgeizigste Projekt ist der Nachfolgebau für anticipated to start in 2006. die Neumayer-Station auf dem Ekström-Schelfeis, die spätestens ab 2009 nicht mehr betriebsbereit sein wird. Die geplante Station Neumayer III wird sich in ihrer Bauweise nicht nur von ihren beiden Vorgänger- stationen, sondern von allen bekannten Stationsbau-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1194Abs1194 005.04.20065.04.2006 11:51:5111:51:51 UhrUhr 195

ten in der Antarktis unterscheiden. Die eigentliche Station wird auf einer Plattform sechs Meter über der Schneeoberfläche errichtet und mit einer aerodyna- mischen Hülle verkleidet. Die Plattform wird mit einer Garage im Schnee kombiniert. Das gesamte Bauwerk mit einem Gewicht von rund 2600 Tonnen wird mittels hydraulischer Pressen, die in die Platt- formstützen eingebaut sind, einmal im Jahr angeho- ben. Dieses Konzept entspricht den Forderungen aus dem Umweltschutzprotokoll und wird eine deutlich längere Betriebszeit von mindestens 25 Jahren ermög- lichen. Die Umweltverträglichkeitsstudie wurde in 2005 den Antarktisvertragsstaaten vorgestellt und von diesen ohne signifikante Einwände akzeptiert. Die Fertigung und der Bau werden voraussichtlich 2006 beginnen.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1195Abs1195 005.04.20065.04.2006 11:51:5511:51:55 UhrUhr 196 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Tabelle 1: FS ‚Polarstern‘-Expeditionen 2004/2005 RV ‘Polarstern’ expeditions in 2004/2005

Expedition Zeitraum Hafen (ab – an) Region

ANT XXI/2 17.11.03 – 18.01.04 Kapstadt – Kapstadt Weddellmeer

ANT XXI/3 21.01.04 – 25.03.04 Kapstadt – Kapstadt Südatlantik, Antarktischer Zirkumpolarstrom ANT XXI/4 27.03.04 – 06.05.04 Kapstadt – Kapstadt Lazarewmeer ANT XXI/5 08.05.04 – 02.06.04 Kapstadt – Bremerhaven Atlantik – 03.06.04 – 15.06.04 Bremerhaven Werft ARK XX/1 16.06.04 – 16.07.04 Bremerhaven – Longyearbyen Grönlandsee ARK XX/2 16.07.04 – 29.08.04 Longyearbyen – Tromsø Grönlandsee ARK XX/3 31.08.04 – 03.10.04 Tromsø – Bremerhaven Atlantik – 04.10.04 – 11.10.04 Bremerhaven Werft ANT XXII/1 12.10.04 – 04.11.04 Bremerhaven – Kapstadt Atlantik ANT XXII/2 06.11.04 – 19.01.05 Kapstadt – Kapstadt Südatlantik, Weddellmeer

ANT XXII/3 21.01.05 – 06.04.05 Kapstadt – Punta Arenas Südatlantik, Weddellmeer

ANT XXII/4 08.04.05 – 21.05.05 Punta Arenas – Bahia Blanca Südatlantik, Scotiameer

ANT XXII/5 23.05.05 – 21.06.05 Bahia Blanca – Bremerhaven Atlantik – 22.07.05 – 20.07.05 Bremerhaven Werft ARK XXI/1a 21.07.05 – 13.08.05 Bremerhaven – Longyearbyen Grönlandsee ARK XXI/1b 13.08.05 – 19.09.05 Longyearbyen – Bremerhaven Grönlandsee

– 19.09.05 – 12.10.05 Bremerhaven Werft ANT XXIII/1 13.10.05 – 17.11.05 Bremerhaven – Kapstadt Atlantik ANT XXIII/2 19.11.05 – 12.01.06 Kapstadt – Neumayer – Südatlantik, Lazarewsee Punta Arenas

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1196Abs1196 005.04.20065.04.2006 11:51:5511:51:55 UhrUhr 197

2004: 2005: 9 Fahrtabschnitte, 339 Seetage, 27 Werft/Hafentage, 7 Fahrtabschnitte, 309 Seetage, 56 Hafen/Werfttage Fahrtteilnehmer: 337 (AWI 198, Andere 179) Fahrtteilnehmer: 332 (AWI 131, Andere 201)

Fahrtleitung Kapitän Teilnehmer Inhaltliche Schwerpunkte AWI/Andere Arntz Domke 22 / 37 Versorgung Neumayer, Kohnen/ EPICA, Biologie: EASIZ IV Smetacek Pahl 20 / 34 Biologie, EIFEX

Bathmann Pahl 15 / 23 Biologie, GLOBEC Helmke Pahl 7 / 8 Chemie, Rückreise Logistik Pahl/Domke Versorgung, Reparatur Budeus Domke 20 / 26 Ozeanographie Lemke Domke 14 / 37 Ozeanographie, ASOF-N, Geologie, Petrologie Stein Domke 24 / 15 Geologie, Geophysik, Ozeanographie Logistik Pahl/Domke Versorgung, Reparatur El Naggar Pahl 6 / 11 Erprobung, Luftchemie, Biologie, Chemie Spindler Pahl 16 / 42 ISPOL, Meereisphysik, Biologie, Ozeano- graphie, Meteorologie Fahrbach Schwarze 11 / 48 Versorgung Neumayer, Kohnen/EPICA, WECCON/ANDEEP, Ozeanographie, Biologie Schenke Pahl 15 / 12 ZENSUR, Bathymetrie, Geologie, Geophysik, Biologie Zenk Pahl 0 / 6 Ozeanographie, Chemie, Rückreise Logistik Pahl/Schwarze Versorgung, Reparatur Budeus Schwarze 18 / 14 Ozeanographie, Chemie, Optik Fahrbach / Lemke Schwarze 30 / 18 Ozeanographie, ASOF-N, Geologie, Tiefseebiologie Logistik Schwarze/Pahl Versorgung, Reparatur Rutgers v.d. Loeff Pahl/Schwarze 16 / 31 Anreise, Erprobung, Luftchemie, GEOTRACES Strass Schwarze 25 / 30 Ozeanographie, Krillforschung, LAKRIS, Versorgung Neumayer/Kohnen/EPICA

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1197Abs1197 005.04.20065.04.2006 11:51:5611:51:56 UhrUhr 198 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Tabelle 2: FS ‚Heincke‘-Expeditionen 2004/2005 RV ‘Heincke’ expeditions in 2004/2005

Expedition Zeitraum Region Fahrtleitung

HE 221 11.10. 04 – 15.10.04 Nordsee, Deutsche Bucht Baumann, Uni HH

HE 220 04.10.04 – 09.10.04 Nordsee, Deutsche Bucht Reuter, Uni OL

HE 219 18.09.04 – 01.10.04 Nordsee, Deutsche Bucht Schröder, AWI, Orejas, AWI HE 218 11.09.04 – 17.09.04 rund um Sylt Buschbaum, AWI HE 217 01.09.04 – 10.09.04 westl. Ostsee Deghani, Uni HH HE 216 21.08.04 – 29.08.04 westl. Ostsee Krastel, Uni Bremen HE 215 05.08.04 – 15.08.04 Nordsee, Deutsche Bucht, Haas, AWI Sylt bis Rømø HE 214 17.07.04 – 03.08.04 Nordsee, Deutsche Bucht Schröder, AWI, Orejas, AWI HE 213 12.07.04 – 15.07.04 rund um Helgoland Bathmann, AWI HE 212 08.07.04 – 10.07.04 Nordsee, Deutsche Bucht Gutt, AWI HE 211 17.06.04 – 06.07.04 Nordsee, Deutsche Bucht Bartz, AWI, Alheit IOW Rostock HE 210 15.06.04 – 16.06.04 rund um Helgoland Knust, AWI HE 209 23.05.04 – 13.05.04 nördliche Nordsee, Orkneys Schütt, AWI HE 208 09.05.04 – 21.05.04 Nördliche Nordsee, UK Block Boetius, MPI Bremen 15/25 und Kvitebjorn feld, Zwischenhäfen: Aberdeen und Bergen HE 207 03.05.04 – 07.05.04 Nordsee, Wattenmeer Reuter, Uni OL

HE 206 24.04.04 – 29.04.04 Nordsee, Deutsche Bucht Armonies, AWI HE 205 05.04.04 – 19.04.04 Nordsee, Deutsche Bucht Schröder, AWI HE 204/2 29.03.04 – 02.04.04 Nordsee, Deutsche Bucht Grossart, Uni OL HE 204/1 20.03.04 – 27.03.04 westl. Ostsee Spieß, Uni Bremen HE 203 24.02.04 – 05.03.04 Nordsee, Deutsche Bucht Kraus, IfM-Geomar, Kiel

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1198Abs1198 005.04.20065.04.2006 11:51:5611:51:56 UhrUhr 199

2004: 2005: 20 Fahrten, 202 Einsatztage, 164 Werft/Hafentage, 26 Fahrten, 242 Einsatztage, 164 Werft/Hafentage, Fahrtteilnehmer: 253 (AWI 70, Andere 183) Fahrtteilnehmer: 286 (AWI 62, Andere 224)

Kapitän Teilnehmer Inhaltliche Schwerpunkte AWI/Andere von Staa 1 / 9 GLOBEC Tropische Wechselwirkungen zwischen Zooplankton und Fischen unter dem Einfluß physikalischer Prozesse von Staa 0 / 12 DFG-Forschergruppe „BioGeoChemie des Watts“, Messung des Stoffaus- tauschs im Wattenmeer U. Diekmann 10 / 0 Biologie an den Stationen RESPONSE, BEOFINO, WindWest

U. Diekmann 6 / 0 Langzeitforschung Benthos und Sedimente in der Nordsee von Staa 0 / 10 Geophysikalische Untersuchungen des Sedimentbeckens in der Ostsee von Staa 0 / 11 See-geophysikalisches Praktikum der Uni Bremen von Staa 7 / 1 Geologisch-flachseismische Untersuchungen zur Sedimentdynamik zwischen Sylt und Rømø und in der deutschen Bucht von Staa 10 / 2 Biologie an den Stationen RESPONSE, BEOFINO, WindWest

von Staa 1 / 11 Studentenpraktikum Uni Bremen von Staa 1 / 8 Studentenpraktikum Uni Oldenburg von Staa 1 / 7 GLOBEC Tropische Wechselwirkungen zwischen Zooplankton und Fischen unter dem Einfluß physikalischer Prozesse von Staa 4 / 5 Meeresbiologisches Praktikum der Uni Bremen Höppner 7 / 4 Biologie: Cnidaria –Symbionten –Toxine - Wirkmechanismen von Staa 2 / 9 EU-Projekt METROL, Gasaustritte der nördl. Nordsee

von Staa 0 / 12 DFG-Forschergruppe „BioGeoChemie des Watts“, Messung des Stoffaus- tauschs im Wattenmeer von Staa 4 / 0 Biologie: Langzeitforschung Benthos und Sedimente von Staa 10 / 1 Biologie an den Stationen RESPONSE, BEOFINO, WindWest von Staa 0 / 11 Biologie, Planktondynamik der Deutschen Bucht von Staa 0 / 12 Geophysik - Praktikum Höppner 1 / 10 Biologie (GLOBEC), Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Zoo- plankton und Fischen unter dem Einfluß physikalischer Prozesse

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1199Abs1199 005.04.20065.04.2006 11:51:5711:51:57 UhrUhr 200 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Tabelle 2 (Forts.): FS ‚Heincke‘-Expeditionen 2004/2005 RV ‘Heincke’ expeditions in 2004/2005

Expedition Zeitraum Region Fahrtleitung

HE 221a 11.01.05 – 19.01.05 südl. Nordsee Rohlf,IfM-GEOMAR HE 222a 02.03.05 – 13.03.05 Deutsche Bucht Scalabrin, Ifremer HE 222 16.03.05 – 20.03.05 Deutsche Bucht Reuter, OL

HE 223 21.03.05 – 24.03.05 Deutsche Bucht Großart, OL HE 224 29.03.05 – 11.04.05 Nordsee Schröder, Satoris, AWI HE 225 14.04.05 – 21.04.05 Deutsche Bucht Hansen/IOW HE 226 24.04.05 – 03.05.05 Nordsse, Sylt Hass, AWI

HE 227 05.05.05 – 12.05.05 Nordsee, Dänemark Emeis, IfBM, HH

HE 228 17.05.05 – 28.05.05 Nordsee Hansen / IOW HE 229 30.05.05 – 31.05.05 Deutsche Bucht Knust, AWI HE 230 02.06.05 – 26.06.05 Orkney Schütt, AWI HE 231 28.06.05 – 01.07.05 Deutsche Bucht Hoppe, IfM-GEOMAR

HE 232 04.07.05 – 07.07.05 Deutsche Bucht Gutt, AWI HE 233 09.07.05 – 13.07.05 Nordsee Buschbaum, AWI HE 233a 15.07.05 – 17.07.05 Deutsche Bucht Bathmann, AWI HE 234 18.07.05 – 22.07.05 Nordsee Badewien, OL

HE 235 24.07.05 – 08.08.05 Nordsee Schröder, Gutow HE 236 11.08.05 – 15.08.05 Nordsee Buschbaum, AWI HE 237 18.08.05 – 29.08.05 Norsee Temming, Uni HH HE 238 01.09.05 – 12.09.05 Nordsee Simon, OL HE 239 14.09.05 – 27.09.05 Orkney Rohlf, IfM-GEOMAR, Kiel HE 240 29.09.05 – 07.10.05 Ostsee Peeken HE 241 10.10.05 – 14.10.05 Nordsee Buschbaum, AWI HE 242/1 19.10.05 – 30.10.05 Nordsee Neben, BGR HE 242/2 01.10.05 – 14.11.05 Nordsee Reinhardt, BGR HE 243 15.11.05 – 19.11.05 Nordsee Reuter, OL

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1200Abs1200 005.04.20065.04.2006 11:51:5711:51:57 UhrUhr 201

Kapitän Teilnehmer Inhaltliche Schwerpunkte AWI/Andere Lass 0 / 6 Internationaler Herings Larven Survey (IHLS) von Staa 0 / 8 Allegro - Validation of operational mode of AUV Höppner 0 / 12 Praktikum im Rahmen „BioGeoChemie des Watts“, Messung des Stoff- austauschs im Wattenmeer Höppner 0 / 10 Studentenpraktikum Plankton Ökologie und Hydrographie Papenhagen 10 / 0 Biologie an den Stationen RESPONSE, BEOFINO Papenhagen 0 / 9 Nordsee Feldstudie im Rahmen des BMBF Verbundprojekts GLOBEC Papenhagen 6 / 1 Geologisch-flachseismische Untersuchungen zur Sedimentdynamik zwischen Sylt und Rømø und in der deutschen Bucht Papenhagen 0 / 12 Geologische Untersuchungen zur Sedimentlogie und Sedimentlagerung vor Dänemark Papenhagen 2 / 10 Nordsee Feldstudie im Rahmen des BMBF Verbundprojekts GLOBEC Papenhagen 6 / 4 Meeresbiologisches Praktikum, Uni Bremen Höppner 6 / 5 Biologie: Cnidaria –Symbionten –Toxine - Wirkmechanismen Papenhagen 0 / 10 Praktikum: Vergleichende Untersuchung über die bakterielle Aktivität in Elbe und Weser Papenhagen 2 / 0 Praktikum Uni Oldenburg Papenhagen 4 / 1 Langzeitforschung Benthos und Sedimente in der Nordsee Papenhagen 2 / 10 Praktikum Biologische Meereskunde, Uni Bremen Papenhagen 1 / 11 DFG-Forschergruppe „BioGeoChemie des Watts“, Messung des Stoffaus- tauschs im Wattenmeer Papenhagen 10 / 0 Biologie an den Stationen RESPONSE, BEOFINO Papenhagen 6 / 0 Langzeitforschung Benthos und Sedimente in der Nordsee Papenhagen 1 / 11 Nordsee Feldstudie im Rahmen des BMBF Verbundprojekts GLOBEC Papenhagen 0 / 12 Bakterioplanktonverteilung in der Nordsee als Vergleich zu Polarmeeren Papenhagen 0 / 7 Internationaler Herings Larven Survey (IHLS) Papenhagen 0 / 11 Praktikum: Phytoplankton in der Ostsee Papenhagen 6 / 0 Langzeitforschung Benthos und Sedimente in der Nordsee Papenhagen 0 / 12 Seismik in der Nordsee Papenhagen 0 / 12 Geologie / Mikrobiologie in der Nordsee Papenhagen 0 / 12 DFG-Forschergruppe „BioGeoChemie des Watts“, Messung des Stoffaus- tauschs im Wattenmeer

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1201Abs1201 005.04.20065.04.2006 11:51:5811:51:58 UhrUhr 202 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Tabelle 3: Flugzeugeinsätze mit ‚Polar 2‘ und ‚Polar 4‘ 2004/2005 Aircraft missions in 2004/2005

Projekt Zeitraum/Flugzeuge Region/Operationsbasis Anzahl Messflüge

ANT XXI Part 2004 01.01.04 – 06.03.04 Neumayer-Station 15 P2, P4 ASIRAS I 10.03.04 – 05.04.04 Longyearbyen/Spitzbergen 3 D-CODE ASIRAS II 13.04.04 – 07.05.04 Longyearbyen/Spitzbergen 6 P4 ASTAR 2004 11.05.04 – 13.06.04 Longyearbyen/Spitzbergen 44 P2, P4 N-GRIP 25.06.04 – 23.07.04 Grönland 14 P2 ASIRAS III 01.09.04 – 22.09.04 Grönland 6 P4 ANT XXII Part 2004 16.11.04 – 31.12.04 Neumayer-Station, Kottas Camp 9 P2, P4 ANT II Part 2005 01.01.05 – 11.02.05 Neumayer-Station 9 P2, P4 ASIRAS IV 03.03.05 -15.03.05 Botnischer Meerbusen / Finnland 3 D-CODE SVALEX 04.04.05 – 22.04.05 Longyearbyen/Spitzbergen 10 P2 ANTSYO I 30.11.05 – 31.12.05 Neumayer Station, Syowa/S17 2 P2

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1202Abs1202 005.04.20065.04.2006 11:51:5811:51:58 UhrUhr 203

Leitung Teilnehmer Inhaltliche Schwerpunkte AWI/Andere Steinhage 1 / 8 Aeromagnetik, Aerogravimetrie, Eisdicken

Nixdorf 1 / 6 Eisschildrelief

Nixdorf 1 / 5 Eisschildrelief

Herber 8 / 37 Klimawirkung von Aerosolen

Steinhage 1 / 5 Aeromagnetik, Eisdicken

Nixdorf 2 / 5 Eisschildrelief

Rack 1 / 8 Aeromagnetik, Aerogravimetrie, Eisdicken

Goebell 1 / 4 Eisschildrelief

Hartmann 5 / 5 Meereisrauhigkeit

Steinhage 2 / 6 Aeromagnetik, Aerogravimetrie, Eisdicken, Logistik

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1203Abs1203 005.04.20065.04.2006 11:51:5911:51:59 UhrUhr 204 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Tabelle 4: Arktische und Antarktische Landexpeditionen 2004/2005 Arctic and Antarctic land expeditions in 2004/2005

Expedition Zeitraum Region/ Mittlere Koordinaten Lena Delta 2004 13.05.04 – 28.07.04 Samoylov, Lena Delta

Alaska 2004/1 20.04.04 – 11.05.04 Barrow, Fairbanks

Alaska 2004/2 15.07.04 – 30.07.04 Fairbanks, Tooklik Lake. Prudhoe Bay

Jakutien 2004 13.07.04 – 07.08.04 Alass-Region, Zentralakutien

Jakutsk-Tiksi 2004 15.08.04 – 08.09.04 Jakutsk-Region, Lena Delta. Tiksi

Zentral-Jakutien 03.07.05 – 29.07.05 Zentral Jakutien

Mongolei 21.05.05 – 14.06.05 Zentral-Mongolei

Ost-Tibet 07.07.05 – 31.08.05 Ost-Tibet

Lena Delta 2005/1 03.07.05 – 10.09.05 Samoylov, Lena Delta

Lena Delta 2005/2 01.08.05 – 07.09.05 Lena Delta

Livingston 2005 21.01.05 – 10.03.05 Livingston Island, South Shetland Islands, Antarktis

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1204Abs1204 005.04.20065.04.2006 11:51:5911:51:59 UhrUhr 205

Leitung Teilnehmer Inhaltliche Schwerpunkte Teilnehmende Institutionen AWI/Andere Wagner, AWI, Permafrost Institut 6 / 4 Mikrobielles Leben in Extremhabitaten, Astro- Jakutsk; AARI St. Petersburg; Lena biologie, Kohlenstoffhaushalt, Energie- und Delta Reservat Tiksi; GSF Neuherberg, Wasserflüsse, Zooplankon, Hydrologie Universität Hamburg Meyer, AWI, University of Alaska, 3 / 2 Terrestrischer Permafrost, Paläoklima- und Fairbanks, International Permafrost Umweltrekonstruktion Association Boike, AWI, University of Alaska, 2 / 1 Hydrologische Modellierung, Permafrost- Fairbanks degradation Diekmann , AWI, Permafrost-Institut 2 / 7 Limnogeologie/-ökologie und quartäre Land- Jakutsk, Universität Jakutsk, RWTH schaftsgenese (Permafrost/ Alassbildung, fluviale Aachen, AWI Potsdam Terassen Löss) Meyer, AWI, Universität Moskau, 1 / 3 Rezentes System Permafrost Permafrost Institut Jakutsk Herzschuh, AWI, Universität Jakutsk 2 / 4 Ausbau des Kalibrationsdatensatzes zur Erstel- lung von Organismen-Klima-Transferfunktionen Mischke, FU Berlin / Herzschuh, AWI 1 / 1 Ausbau des Kalibrationsdatensatzes zur Erstel- Mongolian Academy of Science, FU lung von Organismen-Klima-Transferfunktionen Berlin für Zentralasien Mischke, FU Berlin / Herzschuh AWI 1 / 2 Ausbau des Kalibrationsdatensatzes zur Erstel- Lanzhou University China, FU Berlin lung von Organismen-Klima-Transferfunktionen für Tibet Wagner, AWI, Permafrost Institut 6 / 1 Mikrobielles Leben in Extremhabitaten, Kohlen- Jakutsk; AARI St. Petersburg; Lena stoffhaushalt, Energie- und Wasserflüsse, Zoo- Delta Reservat Tiksi plankton, Hydrologie Schirrmeister, AWI / Pfeiffer, Univer- 8 / 10 Terrestrischer Permafrost, Methanhaushalt, sität Hamburg, Universität Hamburg, Hydrographie der Lena Universität Moskau, Permafrost Insti- tut Jakutsk, AARI St. Petersburg Wagner, AWI 3 / 5 Funktionale mikrobielle Diversität, Permafrost- Bulgarian Antarctic Institute verbreitung

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1205Abs1205 005.04.20065.04.2006 11:51:5911:51:59 UhrUhr 206 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Tabelle 4 (Forts.): Arktische und Antarktische Landexpeditionen 2004/2005 Arctic and Antarctic land expeditions in 2004/2005

Expedition Zeitraum Region/ Mittlere Koordinaten Alaska 2005 09.08.05 – 09.09.05 Fairbanks, Toolik Lake

Werchojan 2005 05.04.05 – 05.05.05 Billjach-See, Werchojansker Gebirge

Kamtschatka 2005 11.07.05 – 15.08.05 Kamtschatka

Jakutien 2005 26.07.05 – 28.08.05 Jukutsk-Region, Momski-Region, Cherski-Gebirge

Coast 2005 05.04.05 – 30.04.05 Mamontov Klyk, Western Laptev-See

Nabos 06.09.05 – 29.09.05 Nördliche Laptev-See

ATLANTE 13.09.05 – 30.09.05 IRIS 2005 03.03.05 – 11.03.05 SVALEX/ AMALI 02.04.05 – 24.04.05

McMurdo 12.11.04 – 26.11.04 Mc Murdo Dumont d’Urville 2004 18.10.04 – 27.12.04 Ostantarktis King George Island 2005 Dallmann-Labor

IRIZAR 04/05 (leg 2 & 3) 02.02.05 – 08.04.05 Antarktische Halbinsel, Weddellmeer

IRIZAR 05/06 Antarktische Halbinsel Dumont d’Urville 2005 15.10.05 – 24.12.05 Ostantarktis COAST 1 15.03.04 – 15.05.04

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1206Abs1206 005.04.20065.04.2006 11:52:0011:52:00 UhrUhr 207

Leitung Teilnehmer Inhaltliche Schwerpunkte Teilnehmende Institutionen AWI/Andere Boike, AWI, 1 / 1 Hydrologie, Bodenphysik University of Alaska, Fairbanks Diekmann, AWI, Universität Jakutsk, 4 / 3 Limnogeologie/-ökologie und Sedimentkern- Russische Akademie der Wissenschaf- entnahme ten St. Petersburg, AWI Potsdam Bennett, Universität Uppsala 1 / 4 Spätglaziale/Holozäne Klimarekonstruktion Universität Lund, AWI Kienast, AWI, Universität Jakutsk, 2 / 0 Vegetationsökologische Vergleichsuntersuchun- Momski-Nationalparkverwaltung gen und Sammlung von Referenz-Pflanzenmate- rial in extrem kontinentalen Regionen Jakutiens Rachold, AWI, Universität Bremen, 2 / 4 Submariner Permafrost Permafrost Institut Jakutsk, AARI St. Petersburg; Lena Delta Reservat Tiksi Hoelemann, Dmitrenko (IARC), AWI 4 / - Arktische Zirkulation, atlantisches Zwischen- wasser, ozeanographische Verankerungen Klages, AWI, AWI. MPI, Bremen Haas, AWI Neuber/Hartmann, AWI, DLR, Optimare Ralf Brauner, DWD, DWD, AWI Weather Forecast Ilka Zimmer, AWI, CEPE Strasbourg Studie zu Kaiserpinguinen Krumbeck, Barenbrock, AWI, Univer- sität Kiel, Universität Jena, Fa FRT, Fa. Hiemann, IAA Schenke, AWI, Marrenssi, IAA GPS-Referenzen, Neuinstallation einer DORIS- Bodenstation Gütz, AWI, IAA Ilka Zimmer, AWI, CEPE Strasbourg Studie zu Kaiserpinguinen AWI, Universität Bremen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1207Abs1207 005.04.20065.04.2006 11:52:0011:52:00 UhrUhr 208 6. Logistik und Forschungsplattformen Logistics and research platforms

Tabelle 4 (Forts.): Arktische und Antarktische Landexpeditionen 2004/2005 Arctic and Antarctic land expeditions in 2004/2005

Expedition Zeitraum Region/ Mittlere Koordinaten ACEX (IODP leg 302) 06.08.04 – 17.09.04 Lomonosov Rücken

IRIS 2004 03.02.04 – 30.05.04 Grönland NGRIP 2004 20.06.04 – 23.07.04 KONEX 19.07.04 – 03.09.04 Ochotskisches Meer Transdrift 12.09.04 – 23.09.04 Laptev See

ASIRAS 2004/1 01.09.04 – 23.09.04 ASIRAS 2000/2 17.03.04 – 15.05.04 ASTAR 06.05.04 – 20.06.04

Gran Campo II 01.09.04 – 29.09.04 Südchile KEP 2005 01.01.05 – 17.02.05 Südgeorgien ANT XXI – Land 2003/2004 07.11.03 – 12.02.04 Neumayer-Station 70°40’ S / 8°15’E Dronning Maud Land, Kohnen-Station EPICA 28.11.03 – 12.02.04 75°00’ S / 02° 32’ E

VISA Feldkampagne 10.11.03 – 31.01.04 Schirmacheroase, Wohltatmassiv 70°46’ S / 11°51’ E ANT XXI – Land 2004/2005 06.11.04 – 13.02.05 Neumayer-Station 70°40’ S / 8°15’E Kohnen-Station 75°00’ S / 02° 32’ E

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1208Abs1208 005.04.20065.04.2006 11:52:0011:52:00 UhrUhr 209

Leitung Teilnehmer Inhaltliche Schwerpunkte Teilnehmende Institutionen AWI/Andere Backmann, Uni Stockholm, Moran, Uni Rhode Island, AWI, Uni Bremen, Uni Stockholm, Uni Rhode Island, Uni Utrecht, Uni London British Geological Survey, Uni Michigan, Rice University, US Geological Survey, Kyushu Uni, Sout- hampton Oceanographic Center, Uni Aberdeen, Uni Padova Haas, AWI Steinhage, AWI, AWI, Optimare, DLR Abelmann, AWI Schirrmeister, Hölemann, AWI, Uni Bre- Stabilität des submarinen Permafrostes, geophy- men, UFM – Geomar, Kiel, Universität sikalische Untersuchungen, ozeanographische Hamburg, Academy Mainz Verankerungen Nixdorf, AWI, AWI, DLR, Optimare, ESA Rack, AWI, AWI, DLR, Optimare, ESA AWI, CNRS, LAMP, Optimare, DLR, Uni Stockholm, Unit Hokkaido, Uni Nagoya, NPIR Steinke, AWI, INACH, Universität Trier Thatie, AWI, BAS Janneck, AWI, DLR, DWD, Optimare, 32 / 18 Logistik Stationswartung, Strahlungsmessungen Laeisz, Fielax, UBA, TU-Hannover, GBR Projekt CASE Kipfstuhl, AWI, Kaessbohrer, IFRTP 20 / 8 Eiskernbohrung France, ULB Belgium, UKBH Denmark, CNRS France, UMIB Italy, ENEA, Italy, IMAO NL, Uni Stockholm Sweden, NPRI Norway, Uni Bern Switzer¬land, BAS GB Schreinert, TU-Dresden, AWI 2 / 5 VISA

Matz, AWI, DLR, DWD, Optimare, 36 / 18 Logistik Stationswartung, PALAOA Laeisz, Fielax, Kaessbohrer

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1209Abs1209 005.04.20065.04.2006 11:52:0111:52:01 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1210Abs1210 005.04.20065.04.2006 11:52:0111:52:01 UhrUhr 211

7. Nationale und internationale Zusammenarbeit National and international cooperation

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1211Abs1211 005.04.20065.04.2006 11:52:2411:52:24 UhrUhr 212 7. Nationale und internationale Zusammenarbeit National and international cooperation

7. National and international cooperation

7. Nationale und internationale In conducting successful research programmes in polar and marine regions, the Alfred Wegener Insti- Zusammenarbeit tute relies on cooperation with national and international partners. Apart from joint investigations into Das Alfred-Wegener-Institut kann seine Forschungs- scientific questions, AWI also offers logistical sup- arbeiten in den Polar- und Meeresgebieten nur durch port to its cooperating partners. Mobile and statio- Kooperationen mit nationalen und internationalen nary research facilities (ships and aircraft, as well as Partnern erfolgreich durchführen. Neben der gemein- polar stations) are also available to university part- samen Bearbeitung wissenschaftlicher Fragestellun- ners and independent associates. gen bietet das AWI seinen Kooperationspartnern auch At a national level, the AWI engages in contrac- logistische Unterstützung an. Die mobilen (Schiffe tually arranged cooperation with eight universities und Flugzeuge) und stationären (Polarstationen) For- and postsecondary educational institutions, invol- schungsplattformen stehen auch für Forschungsvor- ving research and teaching, as well as scientific col- haben der universitären und außeruniversitären Part- laboration. The partner universities in Bremen, ner zur Verfügung. Oldenburg, Potsdam, Hamburg and Kiel deserve Das AWI pflegt auf nationaler Ebene mit acht deut- special mention, and more recently, also the IUB schen Universitäten und Hochschulen vertraglich ge- (International University Bremen). These partner- regelte Kooperationen in Forschung und Lehre sowie ships include joint appointments of professors. Junior auf wissenschaftlich-technischer Ebene. Besonders professorships provide young researchers with the zu nennen sind die Partner-Universitäten in Bremen, opportunity to combine excellent research conditi- Oldenburg, Potsdam, Hamburg und Kiel, zu der sich ons at AWI with academic qualifications at a univer- in jüngster Zeit auch die IUB (International University sity. In addition, AWI has been developing close col- Bremen) gesellt hat. Diese Partnerschaften schließen laboration with universities within the framework of die gemeinsame Berufung von Professoren ein. Ju- the ‘Virtual Institute’, funded by the executive board niorprofessuren geben jungen Nachwuchswissen- of Helmholtz Association, and through the Helm- schaftlern die Möglichkeit, die exzellenten For- holtz University junior researcher groups. AWI sci- schungsbedingungen am AWI mit der akademischen entists, through their collaboration in various joint Qualifizierung an einer Universität zu verbinden. projects, research centres and programmes of the Enge Kooperationen des AWI mit den Universitäten Federal Ministry of Education and Research (BMBF) bilden sich auch im Rahmen der vom Präsidium der and the German Research Foundation (DFG), are Helmholtz Gemeinschaft geförderten „Virtuellen Ins- also integrated in a broad national research network. titute“ und der Helmholtz-Hochschul-Nachwuchs- gruppen. Nicht zuletzt sind AWI-Wissenschaftler durch die Zusammenarbeit in diversen Verbundpro- jekten, Forschungsschwerpunkten und -programmen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1212Abs1212 005.04.20065.04.2006 11:52:3411:52:34 UhrUhr 213

Together with the University of Bremen, AWI has successfully passed the first round of reviews conducted by the of excellence initiative of the federal and state governments. des BMBF und der DFG in ein breites nationales For- The technical initiative ‘Aurora Borealis’ has been schungsnetzwerk eingebettet. Gemeinsam mit der advanced together with the department of shipbuil- Universität Bremen hat das AWI die erste Begutach- ding at the University of Applied Sciences Bremen. tungsrunde der Exzellenzinitiative des Bundes und The University of Applied Sciences in Bremerhaven der Länder erfolgreich bestanden. has not only been a partner in furthering joint pro- Zusammen mit dem Fachbereich Schiffbau der jects but has also developed new teaching curricula. Hochschule Bremen ist die technische Initiative ‘Au- First steps towards a joint teaching programme bet- rora Borealis‘ erarbeitet worden. Mit der Hochschule ween AWI and The University of Applied Sciences Bremerhaven werden nicht nur gemeinsame Projekte Bremerhaven have led to the establishment of a vorangetrieben, sondern auch neue Unterrichtsin- Bachelor as well as a Masters degree programme, halte entwickelt. Erste Ansätze für die Entwicklung with several AWI scientists contributing as instruc- eines gemeinsamen Unterrichtsprogramms zwischen tors to these programmes. AWI und Hochschule Bremerhaven haben zur Grün- Other close cooperation also exists with various dung eines Bachelor- und eines Masterstudienganges re-search institutions and the other centres of the unter Beschäftigung einer Reihe von AWI-Wissen- Helmholtz Association of National Research Centres schaftler und Wissenschaftlerinnen im Rahmen einer (HGF). Collaboration beyond the centres has been Lehrtätigkeit in diesen Studiengängen geführt. intensified as part of the programme-oriented fun- Mit verschiedenen Forschungseinrichtungen und ding of the HGF. Hence, GKSS is AWI’s programme den anderen Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft partner within the research programme MARCO- Deutscher Forschungszentren (HGF) bestehen eben- POLI, and DLR, GFZ and GKSS are AWI-partners falls enge Kooperationen. Im Rahmen der programm- within the network ‘Integrated Earth Observing Sys- orientierten Förderung der HGF wurde die zentren- tem’. AWI also represents a partner institution within übergreifende Zusammenarbeit deutlich intensiviert. the consortium for the implementation of an effec- So ist die GKSS der Programmpartner des AWI im For- tive Tsunami Early Warning System for the Indian schungsprogramm MARCOPOLI, und DLR, GFZ und Ocean. This initiative is coordinated by HGF, repre- GKSS sind Partner des AWI im Netzwerk „Integriertes sented by the National Research Centre for Ge-osci- Erdbeobachtungssystem“. Das AWI ist ebenfalls Part- ences in Potsdam (GFZ) with AWI, GKSS, DLR and nereinrichtung im Konsortium zur Implementierung IFM-GEOMAR as partner institutions. Furthermore, eines wirksamen Tsunami-Frühwarnsystems für den the recently established ‘Consortium German Marine Indischen Ozean. Diese Initiative wird koordiniert Research’ represents an important alliance dedica- von der HGF, vertreten durch das GeoForschungs- ted to the support of German marine research, inclu- Zentrum Potsdam (GFZ) mit den Partnereinrichtungen ding marine polar and coastal research. AWI, GKSS. DLR, IFM-GEOMAR. Eine wichtige Alli- anz ist zudem das neu gegründete „Konsortium Deut- sche Meeresforschung“, das sich der Förderung der

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1213Abs1213 005.04.20065.04.2006 11:52:3411:52:34 UhrUhr 214 7. Nationale und internationale Zusammenarbeit National and international cooperation

Currently, AWI has ongoing contracts for scientific cooperation with 21 nations. Special emphasis has been developed in bilateral partnerships with France, Russia, Norway, Australia and South Africa. At pre- deutschen Meeresforschung einschließlich der mee- sent, AWI has signed formal cooperation agreements reswissenschaftlichen Polarforschung und der Küsten- with a total of 81 individual institutions. forschung verschrieben hat. In order to improve its own infrastructure and re- Das AWI hat derzeit mit 21 Nationen wissenschaft- search opportunities, AWI has over the past years liche Kooperationen vertraglich vereinbart. Beson- sought close collaboration with foreign research in- dere Schwerpunkte entwickelten sich in der bilatera- stitutions. The upgrading of the Dallmann Laboratory len Zusammenarbeit mit Frankreich, Russland, Nor- at the Argentine Jubany Station, secured by a coope- wegen, Australien und Südafrika. Insgesamt hat das ration agreement with the Argentine Antarctic Insti- AWI derzeit mit 81 Einzelinstitutionen formelle Ko- tute, represents part of this strategy. Other ex-amples operationsvereinbarungen abgeschlossen. are the expansion of the Samoylov Station together Zur Verbesserung der eigenen Infrastruktur und der with the ‘Lena Delta National Reserve’ organisation Möglichkeiten für die eigene Forschung hat das AWI (Republic of Sakha) and close collaboration with in den vergangenen Jahren die enge Zusammenarbeit Russian research institutions, especially the govern- mit ausländischen Forschungseinrichtungen gesucht. mental Arctic and Antarctic Research Institute (AARI) Dazu gehört der Ausbau des Dallmann-La-bors auf in St. Petersburg. Over the past fifteen years, con- der argentinischen Jubany-Station, die durch ein Ko- tacts to Russian research institutions have enabled operationsabkommen mit dem argentinischen Ant- joint research projects in remote regions of northern arktisinstitut gesichert wird. Dazu gehören auch der Siberia and in the bordering Arctic Ocean, carried Ausbau der Samoylov-Station gemeinsam mit der out within the framework of Russian-German coope- Organisation „Lena Delta Reservat“ (Republik Sakha) ration in polar and marine research. In ad-dition, the sowie die enge Zusammenarbeit mit russischen For- Otto Schmidt Laboratory was founded within AARI, schungseinrichtungen, besonders dem staatlichen and POMOR, a Masters degree programme for ap- Arktis-Antarktisches Forschungsinstitut in St. Peters- plied polar and marine sciences, was established. In burg (AARI). Die Kontakte zu russischen Forschungs- Germany, POMOR is supported by the Leibniz Insti- einrichtungen haben in den vergangenen 15 Jahren tute for Marine Sciences (IFM-GEOMAR), by the dazu geführt, dass zahlreiche gemeinsame For- AWI, and by five universities under the leadership of schungsprojekte in entlegenen Gegenden Nordsibiri- the University of Bremen. ens und des angrenzenden arktischen Ozeans im The close cooperative relationships between French Rahmen der russisch-deutschen Kooperation in der research institutions and AWI are of special signi- Polar- und Meeresforschung durchgeführt werden ficance. In particular, a case in point is the amalga- konnten. Darüber hinaus wurden das Otto-Schmidt- mation of the Koldewey Station and the French re- Labor im AARI und der POMOR-Masterstudiengan- ges für angewandte Polar- und Meereswissenschaften gegründet. Letzterer wird in Deutschland von fünf norddeutschen Universitäten unter der Federführung

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1214Abs1214 005.04.20065.04.2006 11:52:3511:52:35 UhrUhr 215

search facility of the Institute Paul Emile Victor (IPEV) had Ny Ålesund on Spitsbergen as the joint research station “AWIPEV”. Joint operation of the facility has been running smoothly and joint research projects der Universität Bremen sowie dem Leibniz Institut für are in progress. Diverse contacts in numerous fields Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und dem AWI of marine research have also been established with unterstützt. the Institut Français de Recherche pour l‘Exploita- Von besonderer Bedeutung sind die engen Koo- tion de la Mer (IFREMER); the most important being perationsverhältnisse zwischen französischen For- joint technical developments towards ROVs (remo- schungseinrichtungen und dem AWI. Dabei sind vor tely operated vehicles), AUVs (autonomous under- allem die Verschmelzung der Koldewey-Station und water vehicles), and modification of Polarstern for der französischen Forschungseinrichtungen des Insti- the deployment of “ROV Victor 6000”. Several AWI tute Paul Emile Victor (IPEV) in Ny Ålesund auf Spitz- expeditions to the European Arctic Ocean, carried bergen zu einer gemeinsamen Forschungsstation out together with IFREMER and its ROV team, have „AWIPEV“ zu nennen. Der gemeinsame Betrieb läuft already produced outstanding scientific results and inzwischen reibungslos, gemeinsame Forschungspro- continue to facilitate the development of a strategic jekte befinden sich in Vorbereitung. Mit dem Institut alliance between both institutions. Français de Recherche pour l‘Exploitation de la Mer AWI is a member of in various international orga- (Ifremer) haben sich vielfältige Kontakte auf zahlrei- nisations representing German research institutions chen Gebieten der Meeresforschung entwickelt. Am or the Federal Republic of Germany. In both capaci- wichtigsten sind hier gemeinsame technische Ent- ties, AWI has members on the European Polar Board wicklungen für ROV (Remotely Operated Vehicle) (EPB), the Intergovernmental Panel on Climate Change und AUV (Autonomous Underwater Vehicle) sowie (IPPC) of the United Nations and it holds the presi- die Umrüstung der Polarstern für den Einsatz des dency of the Scientific Committee on Antarctic Re- „ROV Victor 6000“. Mit Ifremer und seiner ROV- search (SCAR). AWI scientists contribute, sometimes Gruppe sind bereits eine Reihe von Expeditionen in in a leading role, to a range of international coope- das Europäische Nordmeer durchgeführt worden, die rative programmes, e.g. Climate Variability and Pre- hervorragende wissenschaftliche Ergebnisse erbrach- dictability (CLIVAR), Global Ecosystem Dynamics ten und die Entwicklung einer strategischen Allianz (GLOBEC), Arctic Climate System Study (ACSYS/ zwischen beiden Instituten unterstützen. CLIC), Global Ocean Observation System (GOOS/Eu- In einer Reihe internationaler Organisationen roGOOS) and EPICA. nimmt das AWI Mitgliedschaften im Namen deut- Figures 1 and 2 give an overview of international scher Forschungseinrichtungen oder der Bundesrepu- cooperation. blik Deutschland wahr. So stellt das AWI Mitglieder des European Polar Board (EPB), des Intergovernmen- tal Panel on Climate Change (IPPC) der Vereinten Na- tionen und den Präsidenten des Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR). An diversen internationalen Kooperationsprogrammen wie Climate Variabi-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1215Abs1215 005.04.20065.04.2006 11:52:3511:52:35 UhrUhr 216 7. Nationale und internationale Zusammenarbeit National and international cooperation

lity and Predictability (CLIVAR), Global Ocean Eco- system Dynamics (GLOBEC), Arctic Climate System Study (ACSYS/CLIC), Global Ocean Observing System (GOOS/EuroGOOS) und EPICA sind Wissenschaftler des AWI – zum Teil federführend – beteiligt. Eine Übersicht der internationalen Kooperationen ist in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt.

Abb.1: Internationale Zusammenarbeit: Koope- rationsvereinbarungen des Alfred-Wegener-Insti- tuts mit Partnern in europäischen Ländern. Fig.1: International cooperation: agreements between AWI and European partners.

Abb. 2: Internationale Zusammenarbeit: Koopera-tionsvereinbarungen des Alfred-Wegener- Instituts mit Partnern in außereuropäischen Ländern Fig. 2: International cooperation: agreements between AWI and non-European partners

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1216Abs1216 005.04.20065.04.2006 11:52:3611:52:36 UhrUhr 217

Tabelle 1a: Kooperationsabkommen des AWI mit europäischen Partnern Cooperative agreements between AWI and its European partners

Europäische Partner Institution Kooperation seit

Dänemark Greenland Institute of Natural Resources (NUUK), Grönland und Danish 2004 Polar Center (DPC), Kopenhagen

Frankreich IFREMER, Institut Francais de Recherche pour l’ Exploitation de la Mer 2001 L’Institut Francais pour la Recherche et la Technologie Polaires (IFRTP) 2000 Institut Polaire Francais (IPEV) 2003

Großbritannien British Antarctic Survey (BAS), Cambridge 2003

Italien Instituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) 2002 Università Degli Studi di Cagliari 2003 Institute of Atmospheric and Climate (ISAC), National Research Council 2003 (CNR), Bologna

Niederlande The Netherlands Antarctic Programme (NAAP), The Hague 2000 The Netherlands Institute for Scientific Information Services of the Royal 2004 Netherlands Academy of Arts and Science, Amsterdam Universiteit Utrecht (UU), Utrecht 2005

Norwegen Norsk Polarinstitutt (NPI), Oslo/Tromsø 1996 Norwegian Meteorological Institute, Oslo 1999

Spanien Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Barcelona 1996 Institut für Meeresforschung (ICM), Barcelona University of Salamanca 1998 Institut de Ciènces del Mar (ICM), Barcelona 2002

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1217Abs1217 005.04.20065.04.2006 11:52:3711:52:37 UhrUhr 218 7. Nationale und internationale Zusammenarbeit National and international cooperation

Russland Polar Marine Geological Research Expedition (PMGRE) 1999 / 2000 Lomonosov, and All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources (VNIIO), St. Petersburg Institut für Arktis- und Antarktisforschung (AARI), St. Petersburg 2000 / 2002 Institut für Arktis- und Antarktisforschung (AARI), St. Petersburg 2003 und Technical University of Dresden (TUD) Lena Delta Reservat (Yakutia), Tiksi – Russland 2002 Murmansk Marine Biological Institute (MMBI), Murmansk 1991/1998/ 2000/2001 Permafrost Institute (PI), Siberian Branch 1997 Vernadsky Institute of Geochemistry (GEOKHI/RAN), Moscow 1996 /2003 Arctic and Antarctic Research Institute (AARI) and Federal State 2003 Unitar Enterprise Aerogeodezia, St.Petersburg Shirshov Institute of Oceanology, Moskau 1998 Zoological Institute (ZIRAS), St. Petersburg 1998 Staatliche Universität Jakutsk M.K. Ammosov, 677000 Jakutsk, 2004 Republik Sakha (Jakutien) Russische Akademie der Wissenschaften und der Helmholtz 2005 Gemeinschaft

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1218Abs1218 005.04.20065.04.2006 11:52:3711:52:37 UhrUhr 219

Tabelle 1b: Kooperationsabkommen des AWI mit internationalen Partnern (außereuropäischen Partnern) Cooperative agreements between the AWI and its international partners (non-European partners)

Außereuropäische Partner Institution Kooperation seit

Argentinien Dirección Nacional del Antártico Argentino, Buenos Aires 1995

Australien Australian Antarctic Division 2002 Antarctic Climate & Ecosystems CRC, University of Tasmania, 2004 Hobart

Brasilien University of Rio Grande 1997

Chile Universidad de Magallanes, Punta Arenas 1995 Universidad de Antofagasta, Antofagasta 2002 Universidad Austral de Chile, Valdivia 2003

Japan Japan Marine Science and Technology Center (JAMSTEC) 1995 National Institute for Polar Research (NIPR), Tokyo 1999

Kanada University of Laval 2005

Malaysia Institute of Oceanography (INOS), University College of 2003 Science and Technology Malaysia (KUSTEM)

Mexiko Centro de Investigaciones Biologicas del Noroeste, La Paz 2001 B.C. Sur, Mexico

Neuseeland Institute of Geological and Nuclear Sciences 2002

Peru Instituto del Mar del Perú-IMARPE 2004 Instituto Antartico Peruano (Peruvian Antarctic Institute) (INANPE) 2005

Republik Südafrika Council for Geosciences 1996 South African NationalAntarctic Programme (SANAP) Environ- 2004 mental Affairs and Tourism of the Republic of South Africa

USA Michigan Technological University (MTI) 2003 The University of Rhode Island 2005

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1219Abs1219 005.04.20065.04.2006 11:52:3711:52:37 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1220Abs1220 005.04.20065.04.2006 11:52:3811:52:38 UhrUhr 221

8. Mariner Umweltschutz Marine environmental protection

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1221Abs1221 005.04.20065.04.2006 11:52:4611:52:46 UhrUhr 222 8. Mariner Umweltschutz Marine environmental protection

Endangered North Sea – Marine Environmental Protection

Eike Rachor Bedrohte Nordsee – Meeres-Umweltschutz The Alfred Wegener Institute provides not only fundamental research results, but also advice to German Eike Rachor administrations, which is essential for the protection and maintenance of the marine ecosystems, espe- Das Alfred-Wegener-Institut leistet im Berichtszeit- cially in the North and the Baltic Seas. In addition to raum mit Grundlagenforschung sowie durch die Be- scientific comments in planning and permission pro- ratung deutscher Behörden einen wichtigen Beitrag cedures in coastal and offshore waters, AWI has sup- zum Schutz und Erhalt der marinen Ökosysteme vor ported, amongst others, the Federal Agency for Navi- allem im Nord- und Ostseeraum. Neben fachlichen gation and Hydrography (BSH), the Fed. Ministry for Stellungnahmen zu Planungen und Genehmigungs- Education and Research (BMBF), the Fed. Ministry verfahren im Küsten- und Offshorebereich unter- for Environment (BMU) as well as the Fed. Agency stützte das Alfred-Wegener-Institut unter anderem for Nature Protection (BfN) in marine environmental das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie affairs. (BSH), das Bundesministerium für Bildung und For- Moreover, in consultation with the BMBF, AWI schung (BMBF), das Bundesministerium für Umwelt also stands for marine fundamental research, which (BMU) sowie das Bundesamt für Naturschutz (BfN) in is guaranteed by the international Law of the Sea, Fragen des Meeresumweltschutzes. e.g. in spatial planning. In addition to nature reser- Außerdem vertritt das Alfred-Wegener-Institut in ves and areas for sustainable fisheries, large open Abstimmung mit dem BMBF auch die Interessen der areas have to be secured to enable natural ecosystem nach internationalem Seerecht zu gewährleistenden processes to continue. Research has to be allowed marinen Grundlagenforschung, zum Beispiel in der there without restrictions in order to increase our Offshore-Raumordnung. Über Naturschutzgebiete und understanding of ecological interrelationships in the Bereiche für nachhaltige Fischerei hinaus sind große North Sea. Freiräume im Offshorebereich zu sichern, in denen Advice to the BMU has been focussed on the exe- natürliche Ökosystemprozesse weitgehend ungestört cution of international treaties such as the OSPAR ablaufen können. Forschung muss hier uneinge- convention. This “Convention on the Protection of schränkt möglich sein, um unser Verständnis der öko- the Marine Environment of the North East Atlantic” logischen Zusammenhänge in der Nordsee zu ver- reached agreement in Paris in 1992 and replaced bessern. the conventions of Oslo (1972, dumping at sea) and Im Zentrum der Beratung des BMU stand die Paris (1974, inputs from land). Durchführung internationaler Abkommen wie das OSPAR-Schutzabkommen. Dieses 1992 in Paris be- schlossene „Übereinkommen zum Schutz der Mee- resumwelt im Nordostatlantik“ ersetzt die Überein-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1222Abs1222 005.04.20065.04.2006 11:52:5011:52:50 UhrUhr 223

Major efforts concentrated on the effects and analytical procedures of inputs of noxious and eutrophica- ting substances. In order to better control the endan- gering of marine organisms it is intended to inter- kommen von Oslo (1972, für See-Einträge) und Paris nationally harmonize monitoring designs and, based (1974, für Einträge vom Land). Ein Schwerpunkt on this, to elaborate concepts for marine environ- waren Auswirkungen und Nachweisverfahren von mental protection, as is intended by the European Einleitungen von Schad- und Düngestoffen. Mit Hilfe Marine Strategy Directive. eines international abgestimmten Monitoring-Planes Scientific comments were made by the AWI on a sollen die Gefährdung der Meeresorganismen besser diversity of planning activities in the Exclusive Eco- eingeschätzt und darauf aufbauend Konzepte für den nomic Zone (EEZ). The German EEZ reaches from the Meeresschutz erarbeitet werden, wie sie auch in der 12 nautical miles borderline of the coastal waters to EU-Meeresstrategie-Richtlinie angestrebt werden. tip of the “duck’s beak“ in the central North Sea bey- Fachliche Stellungnahmen gab das Alfred-Wege- ond the Dogger Bank. During the years 2004 – 2005, ner-Institut zu den vielfältigen Aktivitäten im Bereich several offshore wind farms were licenced in the der Ausschließlichen Wirtschaftszonen (AWZ) ab. North Sea EEZ according to the Decree for Marine Die AWZ umfasst das Gebiet von der 12-Seemeilen- Installations. AWI supported consequent environ- Grenze des Küstenmeeres bis zum äußersten Zipfel mental protection and the consideration of nature des „Entenschnabels“ in der zentralen Nordsee jen- conservation and fundamental research needs during seits der Doggerbank. In den Jahren 2004 bis 2005 its participation. In addition to navigation security, wurden in der AWZ der Nordsee zahlreiche Offshore- environmental compatibility and possible endanger- Windenergieanlagen gemäß Seeanlagen-Verordnung ments of ecologically valuable biotopes and species genehmigt. Das Alfred-Wegener-Institut trat in den have featured prominently. Among these are such Verfahren für konsequenten Umweltschutz und für biotopes as stony reefs and sandbanks and popula- die Berücksichtigung des Naturschutzes und der tions such as that of the harbour porpoise, which are Grundlagenforschung ein. Neben Fragen der Schiffs- to be protected according to the European Habitats sicherheit spielen dabei die Umweltverträglichkeit Directive, as well as the “bird migration”, specified und die möglichen Gefährdungen von ökologisch in the above mentioned German Decree. wertvollen Biotopen und Arten eine große Rolle. AWI has repeatedly pointed to the necessity for a Dazu zählen die nach der europäischen Fauna-Flora- general, superimposed spatial planning instead of Habitat-Richtlinie (FFH-RL) zu schützenden Lebens- singular and separate project plannings (see Fig. 1). stätten wie Steinriffe und Sandbänke, Populationen Sustainable coastal zone management can only be wie die des Schweinswals sowie der in der Seeanla- achieved in this way, which enables, for instance, gen-Verordnung besonders aufgeführte Vogelzug. the concentration and canalization of wind farm Anstelle von Einzelfallplanungen hat das Alfred- cable connections to the main land along and within Wegener-Institut dabei immer wieder auf die Not- wendigkeit einer übergeordneten Meeres-Raumord- nung hingewiesen (Abb. 1). Nur auf diesem Wege ist ein nachhaltiges Küstenzonen-Management zu errei-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1223Abs1223 005.04.20065.04.2006 11:52:5111:52:51 UhrUhr 224 8. Mariner Umweltschutz Marine environmental protection

uncritical corridors. Meanwhile, this view was ac- cepted by the German Parliament (by revision of the Federal Spatial Planning Act). Spatial planning is now being implemented in the EEZ of the North and Baltic Seas; in the coastal waters, the local State Abb. 1: Nordsee: Sämtliche Nutzungen und authorities have taken similar measures. Schutzgebiete. It has been recommended in the spatial planning Fig. 1: German North Sea EEZ: Total uses procedure, to secure such areas as priority areas for (including planning) and areas for nature protec- nature protection which were proposed to Brussels tion. Source: BSH http://www.bsh.de/de/Meeres- within the Natura within the Natura-2000-Directive nutzung/Wirtschaft/CONTIS-Informationssy- network. This would imply that all other uses in such stem/index.jsp

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1224Abs1224 005.04.20065.04.2006 11:52:5111:52:51 UhrUhr 225

a priority area are subordinated to the protection objectives. The same priority may be given to inof- fensive wind farm areas, which are identified in the North and Baltic Seas until the end of 2005. chen, das zum Beispiel eine Bündelung der Kabelan- Such an area, planned to the West of the island of bindungen von Windparks zum Festland auf unkriti- Sylt, has been regarded as critical, not least because schen Trassen ermöglicht. Dieser Ansicht folgt in- a rare stony reef fauna was found there as the AWI zwischen auch der deutsche Gesetzgeber. Es wird an was surveying bottom fauna (Fig. 2). Raumordnungsplänen für die AWZ der Nordsee und The inhabitants of such relict moraine sediments Ostsee gearbeitet. Im Küstenmeer haben die Bundes- and those of sand banks are considered endangered länder ebenfalls entsprechende Schritte eingeleitet. specifically by gravel and sand extraction. Accordin- Das Alfred-Wegener-Institut empfiehlt, die gemäß gly, it seems of critical significance that extended den Schutzrichtlinien nach Brüssel gemeldeten Mee- claim fields do already exist in the North Sea; and resgebiete als Vorranggebiete des Naturschutzes zu parts of them have already been given permission for sichern. Dies würde bedeuten, dass dort alle ande- extraction by the Main Mining Authority at Claust- ren Nutzungen den Schutzzwecken unterzuordnen hal-Zellerfeld. wären. Ein gleichartiger Vorrang ist für die Wind- energie-Eignungsgebiete vorgesehen, die zum Jahres- ende 2005 sowohl in der Nordsee als auch in der Ostsee ausgewiesen wurden. In einem westlich von Sylt gelegenen geplanten Eignungsgebiet wurde bei Untersuchungen der Bodenfauna vom Alfred-Wege- ner-Institut auf das Vorkommen der seltenen Steinriff- Fauna hingewiesen (Abb. 2). Die Bewohner solcher Reliktsedimente sind ebenso wie die Tiere von Sandbänken durch Kies- und Sand- abbau gefährdet. Bedenklich ist daher die Zuweisung riesiger Bewilligungsfelder in der Nordsee durch das Oberbergamt in Clausthal-Zellerfeld, für die in mehreren Fällen bereits erste Abbaugenehmigungen vorliegen.

Abb. 2: Steinriff-Fauna auf Moränen-Relikten westlich von Sylt Fig. 2: Fauna of stony reefs on relict substrata of moraines in the West of Sylt (Photo: P. Hübner, J. Krause, BfN)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1225Abs1225 005.04.20065.04.2006 11:52:5311:52:53 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1226Abs1226 005.04.20065.04.2006 11:52:5511:52:55 UhrUhr 227

9. Informationszentrum Information centre

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1227Abs1227 005.04.20065.04.2006 11:53:0411:53:04 UhrUhr 228 9. Informationszentrum Information centre

9. Computer centre, scientific databases and information systems: Informa- tion technology services in support of 9. Wissenschaftliches Rechenzentrum: scientific research Zentrale informationstechnische Basis- dienste und Entwicklungsarbeiten für The AWI Computer Centre provides information die Wissenschaft technology services and technical support for the institute. This includes priority for the support of data storage and retrieval systems for the long-term archi- Die Schwerpunkte der Arbeiten des Rechenzentrums ving of scientific data and computer server capacity im Berichtszeitraum lagen, neben den zentralen infor numerical models. formationstechnischen Basisdiensten für die Wissen- The move of the Computer Centre into a new schaft, im Bezug des neuen Gebäudes E am Handels- building has been completed and a new mass sto- hafen und seiner informationstechnischen Ausstat- rage system with a 100-terabyte capacity was imple- tung inklusive neuer Rechnerräume sowie der Er- mented. This storage system offers high data security weiterung der zentralen Compute Server und Archiv- for valuable data archives, including seismic profiles systeme. Der Umzug des Rechenzentrums in das from the Arctic and Antarctic regions as one exam- neue Gebäude mit seiner verlässlichen Klima- und ple. The storage system is a central component of the Stromversorgung bedeutete auch eine neue Qualitäts- overall AWI information system (Figure 1). The ex- stufe für die Sicherheit der operativen Dienste und pansion of the AWI computer servers having an IBM vielfältigen AWI Informationssysteme für die Wissen- Regatta 655 and a Cray XD1 for modelling and the schaft und Öffentlichkeit. Die Erweiterung (Abb. 1) IBM Linux Cluster for Bio Informatics were also im- der Compute Server des AWI-RZ um die IBM Regatta portant additions following the move. 655 und Cray XD1 für Modellierungsvorhaben, das In 2004/2005, the Bremerhaven and Helgoland con- IBM Linux Cluster für Bioinformatik Anwendungen ference rooms were equipped for videoconferencing. sowie die neuen Magnetband-Archivsysteme in den The installation included an integrated control sys- Gebäuden D (in der Columbusstraße) und E waren tem for multiple cameras, allowing transmission of Arbeitsschwerpunkte nach Bezug des neuen Gebäu- round-table discussions as well as presentation ma- des. Insbesondere die auf die Gebäude D und E ver- terial between groups on the island and the main- teilten Archivsysteme (STK/SL8500) mit jeweils über land. In addition, preliminary installations at Pots- 100 Terabyte Kapazität bieten eine hohe Datensicher- dam and on Sylt offered comparable facilities sui- heit für wertvolle Datenarchive des AWI wie die um- table for smaller groups. These improvements to- fangreichen marinen seismischen Daten aus Arktis gether with planned upgrades for the equipment in und Antarktis basierend auf 20 Jahren Polarstern- Fahrten. In den Jahren 2004/2005 wurden die Standorte Bremerhaven und Helgoland mit jeweils einem Vi-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1228Abs1228 005.04.20065.04.2006 11:53:2611:53:26 UhrUhr 229

Rechnerkonfiguration

Mail, LDAP Server für Modellierung Magnetband File-Server Daten- SunRay- Web-Data- Modellierung SunRay-Service Print, LDAP, & Analyse Archiv Archiv analyse Service Publishing Compute Server Datenanalyse Web, etc. Seismik Datenbank SL 8500 Sun Cluster Massiv-Parallel

SUN V880 SUN E 10 k IBM Linux SL 8500 SF 6800 (II) (III) (II) (III) Cluster IBM SUN V880 SUN E 10 k Regatta SF 15 K SF 15 K SF 15 K SF 15 K SF 15 K Cray NAS Citrix I I 655 I II III IV V X D1

SAN- Massen- speicher- Pool AWI Rechnernetz 15.01.06®Alfred-Wegener-Institut Backbone Gigabit Ethernet 2 Mb/s 155 Mb/s BAH Bremer via Satellit Sylt/Helgoland 34 Mb/s Landesnetz FINO Polarstern WIN-Internet Plattform Neumayer PCs Workstations Drucker Koldewey 2 Mb/s DKRZ 2 Mb/s 128 kb/s AWI-Potsdam 155 Mb/s HLRN BRAIN

Local Area Network 10/100 Mb/s Ethernet

Abb. 1: AWI Rechnernetzkonfiguration Fig. 1: AWI information system configuration.

deokonferenzraum ausgestattet, in dem eine inte- the main lecture hall at Bremerhaven, will allow grierte Mediensteuerung und jeweils mehrere Kame- talks, presentation material and discussion to be dis- ras dafür sorgen, dass Gesprächsrunden mit Präsen- tributed to all AWI-sites, including. tationen, Vorträge oder Ähnliches problemlos über- In mid-2005, the internet connection to Ny-Åle- tragen werden können. Zusätzlich wurden die sund was extended to 155 MBit/s. This allowed the Standorte Sylt und Potsdam mit einem Videokonfe- use of high bandwidth, quality videoconferences renz-System ausgestattet, so dass nun die gleichzei- as a means of outreach as well as for group commu- tige Übertragung von Präsentation und Videobild an nication from the Koldewey station located at lati- alle Standorte möglich ist. Durch eine Erhöhung der tude of 80° North. Bandbreite der Leitung nach Ny-Ålesund (155 MBit/s) können nun Videokonferenzen mit der Koldewey Sta- tion abgehalten werden. Dies wurde besonders 2005 von der Öffentlichkeitsarbeit genutzt.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1229Abs1229 005.04.20065.04.2006 11:53:2611:53:26 UhrUhr 230 9. Informationszentrum Information centre

AWI Compute Server und Archive System New measures of data storage and archiving were implemented in the reporting period. The central data storage system now duplicates up to 100 Tera- AWI Compute Server und Archivsysteme byte of data, which are stored in separate buildings. Im Berichtszeitraum wurde das Konzept zur katastro- In the second half of 2005 measures were taken to phensicheren Datenhaltung umgesetzt. Dabei wer- adapt the data storage infrastructure to the expected den die Daten des zentralen Massenspeichersystems increase in usage due to the installation of a mainf- in zwei Kopien an verschiedenen Standorten archi- rame computer server in 2006. These measures cover viert. Dazu wurden zunächst die beiden Magnet- an extension of the disk-cache of the SAMFS-archi- band-Robotiken räumlich getrennt und die Daten ving system in the order of approx. 20 TB as well as zwischen ihnen gespiegelt. Nach Inbetriebnahme des the replacing the Powderhorn tape library in buil- Rechnerraumes in Gebäude E wurde dann eine der ding E with a faster SL8500 robotic system. At the Robotiken dorthin verlegt. Anfang 2005 wurde eine same time, moving of the complete AWI-backup- neue Robotik vom Typ STK-SL8500 in Gebäude D facilities to higher capacity tape drives and type installiert, die Daten werden seitdem in zwei Kopien media (LTO/3) was carried out. After completion, all in beiden Standorten auf hochvolumigen Bandlauf- of the faster tape devices will be available for the werken archiviert. archiving of user-data stemming from the new com- In der zweiten Hälfte 2005 wurde im Vorgriff auf puter server as well as other data sources. To achieve die Beschaffung eines neuen Großrechners damit be- this goal, eight new LTO/3 tape drives have been gonnen, die Infrastruktur im Massenspeicherbereich installed. Finally, the speed and reliability of the tape an die zu erwartenden deutlichen Zuwächse anzu- libraries was considerably increased by installing passen. Diese Maßnahmen umfassen eine Erweite- redundant components. rung des Plattencaches des SAMFS-Archivsystems um As the new computer server, which replacing a 20 TB sowie den Ersatz der alten Robotik durch eine CRAY T3e system, will be installed in the second half schnellere SL8500 in Gebäude E. Gleichzeitig wurde of 2006, it has been necessary to offer computing die Umsetzung der gesamten AWI-Datensicherung power to the users on other machines. For this pur- auf hochvolumige Laufwerke vorgenommen. Dazu pose, a CRAY XD1 system with 36 double processor wurden acht LTO/3-Laufwerke neu installiert. Schließ- nodes was installed in early 2005. In the meantime, lich wurden beide STK-SL8500 Robotiken durch den this machine works as one of the AWI computer ser- Einbau zusätzlicher, redundanter Komponenten vers and has proven itself well. In order to further schneller und ausfallsicherer gemacht. Diese Arbei- improve the usability of this machine, a RAID disk ten werden im Februar 2006 abgeschlossen sein. subsystem with 6 TB capacity was installed at the Da der neue Höchstleistungsrechner für Modellie- end of 2005. rung voraussichtlich erst Ende 2006 installiert werden wird, ergab sich die Notwendigkeit, den Nutzern bis dahin auf anderen Rechnern ausreichend Rechen- leistung anzubieten. Dazu wurde Anfang 2005 ein CRAY XD1-System mit 36 Doppelprozessorknoten

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1230Abs1230 005.04.20065.04.2006 11:53:2711:53:27 UhrUhr 231

Bioinformatics at AWI-Computing Centre The cooperation professorship „algorithmics in molecular biology“ between Hochschule Bremerhaven and AWI was established at the end of 2003. Con- installiert, das inzwischen im Produktionsbetrieb ar- nected with a research group at the AWI computing beitet und sich gut bewährt hat. Um die Nutzungs- centre a master study course “Bioanalytics“ was möglichkeiten des Systems weiter zu verbessern, launched in 10/2005, which enables students to par- wurde Ende 2005 ein RAID-Magnetplattensystem mit ticipate in current research projects in applied bio- 6 TB Kapazität für Modellierungsdaten integriert. informatics and molecular genetics at AWI. The research group focuses on the development of ap- Neuer Schwerpunkt: Bioinformatik am Rechenzentrum plication tools for gene annotation, the design of Nach der 2003 erfolgten gemeinsamen Berufung micro arrays and the optimization of multiplex PCR- einer Kooperations-Professur „Algorithmik in der Mo- primers (as computer platform for gene sequence lekularbiologie“ mit der Hochschule Bremerhaven analysis (sequence annotation and probe/primer wurde eine Forschungsgruppe Bioinformatik am Re- design)). The linux-cluster at the computing centre is chenzentrum eingerichtet. In Zusammenhang mit used, and is also strongly used for biodiversity re- dem im Oktober 2005 angelaufenen Master-Studien- search in the biology department. gang „Bio-Analytik“ der Hochschule Bremerhaven werden Studierende in aktuelle Forschungsthemen Scientific Information Systems and Databases der angewandten Bioinformatik und der Molekularen The „World Data Centre for Marine Environmental Genetik einbezogen. Im Fokus der Forschungsgruppe Sciences“ (WDC-MARE) has been established and is steht die Anwendungsentwicklung von Werkzeugen routinely used by national and international projects zur Gen-Annotation, dem Micro-Array Chip-Design for archiving and the publication of geo-referenced sowie der Multiplex-PCR. Als Rechenplattform zur earth system research data. Currently, Carboocean, Sequenzanalyse für Gen-Annotation und Probe-De- European, Hermes and Censore are large EU pro- sign (Hochspezifische Molekulare Marker) dient der jects, the data of which are collected within PAN- Linux-Cluster des Rechenzentrums, der auch inten- GAEA, the archive system employed by WDC-MARE. siv für die Biodiversitätsforschung im Fachbereich The WOCE data are mirrored via this system, the Biologie eingesetzt wird. JGOFS data (64,000 data sets) have been transferred into a consistent format, supplemented by metadata Wissenschaftliche Informationssysteme und Datenbanken and published. As operators of the WDC, AWI and Das „World Data Center for Marine Environmental MARUM have launched the series „WDC-MARE Sciences“ (WDC-MARE) wird von nationalen und Reports“ for the publication of project data. In 2005, internationalen Projekten für die Archivierung und the first three issues appeared for the (SFB313, Publikation von georeferenzierten Daten der Erdsy- ORFOIS, and JGOFS) projects . The issues are circu- stemforschung genutzt. Große, zurzeit laufende EU- Projekte sind Carboocean, Euroceans, Hermes und Censor, deren Daten in dem von WDC-MARE genutz- ten Archivsystem PANGAEA erfasst werden. Die Da-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1231Abs1231 005.04.20065.04.2006 11:53:2711:53:27 UhrUhr 232 9. Informationszentrum Information centre

lated to 500 libraries all over the world via the distri- butor of the journal “Reports on Polar and Marine Research“. The DOI (Digital Object Identifier) has been introduced in cooperation with the TIB (Techni- ten von WOCE werden über dieses System gespiegelt, sche Informationsbibliothek Hannover) and other die Daten von JGOFS (64 000 Datensätze) wurden in WDCs for the publication and permanent identifica- ein konsistentes Format überführt, mit Metadaten ver- tion of data sets. With PANGAEA, AWI is participa- sehen und publiziert. AWI und MARUM, die Betrei- ting in GeoPortal.Bund, the first web portal for geo- ber des WDC, haben für die Veröffentlichung von science data. Projektdaten die Reihe „WDC-MARE Reports“ ge- To support a growing demand for Geographic In- gründet; 2005 sind die ersten drei Hefte zu den Pro- formation Systems (GIS) in many AWI research are- jekten SFB313, ORFOIS und JGOFS erschienen; die as, the computing centre has implemented a specia- Hefte werden über den Verteiler der „Berichte zur lized database server for the storage of spatially Polar- und Meeresforschung“ in 500 Bibliotheken explicit „geodata“ with links to GIS software. Web weltweit verbreitet. Für die Publikation und dauer- services have also been implemented to extend ac- hafte Identifizierung von Datensätzen wurde in ei- cess to geospatial research data, including data in nem Projekt mit der TIB (Technische Informationsbi- the form of maps. bliothek Hannover) und anderen WDCs die DOI The connection of AWI taxonomic databases (Ma- (Digital Object Identifier) eingeführt. Das GeoPortal. cro algae of Helgoland and the Friedrich Hustedt Bund ist das erste Portal für geowissenschaftliche Da- diatom collection) to the „Global Biodiversity Infor- ten, an dem das AWI mit PANGAEA beteiligt ist. mation Facility“ (GBIF – www.gbif.org) is nearing Zur Deckung des gewachsenen Bedarfs an Geogra- completion. As the respective scientists maintain fischen Informationssystemen (GIS) hat das Rechen- these data with different database systems, a consi- zentrum einen speziellen Datenbankserver einge- stent transfer of the data into a MySQL database con- richtet, der räumlich spezifizierte Geo-Daten mit stitutes the core of the GBIF link. Verweisen zu GIS-Anwendungen bereithält. Außer- dem wurden Web-Dienste installiert, um die Zugriffs- AWI Information Systems möglichkeiten auf georeferenzierte und in Kartenform Improvements to ePIC, electronic publication system vorliegende Forschungsdaten zu erweitern. at AWI, as well as several other web-based applica- Die Arbeiten zur Anbindung der taxonomischen tions enable the assignment of multi-valued organi- Datenbanken des AWI (Makroalgen/Helgoland und zational units (AWI section and MARCOPOLI work Friedrich-Hustedt-Diatomeensammlung) an die „Glo- packages) for any given timeframe. In addition, the bal Biodiversity Information Facility“ (GBIF – www. directory system has been accordingly changed to gbif.org) wurden fortgesetzt. Da die jeweiligen Wis- allow a more flexible and extensible structuring of senschaftlerInnen diese Daten mit unterschiedlichen organizational information at the AWI in future. Datenbankensystemen pflegen, bildet die einheitliche Überführung der Daten in eine MySQL-Daten- bank den Kern der Verbindung zu GBIF.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1232Abs1232 005.04.20065.04.2006 11:53:2811:53:28 UhrUhr 233

After testing several open source software packages OAI-PMH (Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting) in 2004, a final decision for the highly scalable FEDORA (Flexible and Extensible AWI Informationssysteme Digital Object Repository Architecture) took place Damit die neue AWI-Struktur in verschiedenen An- mid 2005. This is a collection of APIs to support wendungen, besonders dem Publikationsverzeichnis access and management of digital objects. Since ePIC zur Verfügung steht, wurde das Datenschema then, all AWI publications, events (oral presentations des AWI Verzeichnisses dafür angepasst. and posters) and granted intellectual property mate- Um für zukünftige Standards beim Offenen Zugang rial (patents, trademarks and utility models) have zu wissenschaftlichem Wissen (Open Access) vorbe- been imported and regularly updated in AWI‘s own reitet zu sein, wurden verschiedene Softwarepakete FEDORA repository. FEDORA has also been officially getestet, die das dazu gehörige Standard-Netzwerk- chosen in December 2005 as the repository architec- protokoll OAI-PMH (Open Archives Initiative- Proto- ture for eSciDoc (a Max-Planck 5-year BMBF-funded col for Metadata Harvesting) realisieren. Das Product project on Open Access) which will facilitate future FEDORA der Cornell University wurde ausgewählt, collaboration and information integration. da es besonders skalierbar ist, so dass auch große As a proof-of-concept in the open access frame- Mengen von Dokumenten und Datensätzen verwaltet work, we are running an OAI-PMH compliant ser- werden können. Seitdem werden Beschreibungen vice provider which harvests, indexes and selectively oder auch Inhalte aller AWI-Publikationen – Artikel, displays (based on digital object type and/or disci- Präsentationen und Poster – regelmäßig in diesem pline) all metadata from AWI, PANGAEA and GKSS Repository abgelegt. repositories (currently a total of ~160,000 records). Außerdem wurde ein OAI-PMH Harvester aufge- In addition, test cases for web-based SOAP clients, setzt, der Metadaten aus den Publikations-Reposito- which selectively display AWI and PANGAEA records ries des AWI und dem Küstenforschungsbereich der simultaneously, have been successfully implemen- GKSS sowie dem Datenrepository PANGAEA – insge- ted. This clearly demonstrates that the architectural samt ca. 160 000 Datensätze - sammelt. Dies ermög- framework of the AWI institutional publication re- licht die gemeinsame Suche und integrierte Anzeige pository, built on international standards/protocols, über alle drei Repositories. and PANGAEA can be integrated to coordinate publications using primary data. For 2006/2007, imple- Wissenschaftliches Rechnen mentation of FEDORA is planned using EU and ESF Die hohe Rechenkapazität moderner paralleler funding as repository architecture for digital objects Höchstleistungsrechner bietet unter Anwendung von of type image/taxonomy. Methoden des wissenschaftlichen Rechnens neue Mög- lichkeiten der numerischen Implementierung hoch- komplexer Modelle zur Simulation von klimarelevanten Prozessen im System Erde. Die Arbeitsgruppe „Wissenschaftliches Rechnen” bietet als Bindeglied zwischen den Entwicklern neuer numerischer Verfah-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1233Abs1233 005.04.20065.04.2006 11:53:2811:53:28 UhrUhr 234 9. Informationszentrum Information centre

C3-Grid Scientific Computing Project The AWI took an active roll in the national D-GRID e-Science initiative, which resulted in a call for research proposals. Within the broad topic of earth ren sowie den Anwendern im Bereich der Klimasy- system sciences, the AWI took a leadership role to stem-Modellierung umfangreiche Unterstützung bei establish a consortium of key climate research insti- der Nutzung der am AWI-Rechenzentrum betriebe- tutions to propose the C3 Grid project (Collaborative nen Höchstleistungsrechner. Das wissenschaftliche Climate Community Data and Processing Grid). In a Rechnen ist als Schlüsseltechnologie in den HGF- 2005 preliminary project phase, these activities were Zentren von großer Bedeutung. Drei Projekte am AWI aligned with the plans of other communities (high sind direkt damit verknüpft: C3-Grid, MARCOPOLI energy physics, astrophysics, medicines, engineering Aufwuchsprojekt COM und DEKLIM Forschungsvor- science) and the project started on 1. September 2005. haben PLASMA. The C3-Grid integrates important institutions of C3-Grid earth system science in Germany (Figure 2). The Das AWI beteiligte sich aktiv an der nationalen D- partners underlined (AWI, MPI for meteorology GRID e-Science Initiative des BMBF. In diesem Rah- Hamburg, University of Cologne, Zuse Institute Ber- men hat für die Erdsystemforschung ein breites Kon- lin, University of Dortmund, DLR, PIK, DWD) are sortium aller wesentlichen Einrichtungen der Klima- the direct applicants and mandated to the central forschung in Deutschland unter Führerschaft des AWI project management, which is located at AWI. The das C3 Grid Projekt (Collaborative Climate Commu- other partners are integrated within sub-groups. nity Data and Processing Grid) beantragt. Im Jahr In earth system science, scientific collateralized 2005 wurden diese Aktivitäten mit den Vorhaben an- statements are based on a workflow, which compa- derer Communitys (Hochenergiephysik, Astrophysik, res data from simulations with measurement data as Medizin, Ingenieurswissenschaften) abgestimmt. Das well as results of various simulations amongst each C3-Grid versammelt wesentliche Einrichtungen der other. Thus, it is possible to verify models and filter Erdsystemforschung in Deutschland, die in der oben out stable dynamic phenomena. abgebildeten Struktur organisiert sind (s. Abb. 2). An enormous volume of both model- and observa- In der Erdsystemforschung beruhen wissenschaft- tion data has been produced in the last few years. lich abgesicherte Aussagen auf einem Workflow, bei These data are stored in distributed archives of the dem Daten aus Modellrechnungen mit Messdaten so- various parent institutions. Central data management wie Ergebnisse verschiedener Modellrechnungen un- is impracticable because of the large data volume tereinander verglichen werden. Damit können Mo- and long access times for remote users. In the cur- delle verifiziert und stabile dynamische Phänomene rent distributed data system, searches for specific herausgefiltert werden. records are very circuitous, time-consuming, and the Sowohl für Modell- als auch für Beobachtungsda- access to foreign archives is often impossible. The ten lässt sich in den vergangenen Jahren eine enorme Zunahme verzeichnen. Die Daten lagern in verteilten Archiven der einzelnen Einrichtungen. Eine zentrale Datenhaltung ist aufgrund des hohen Volumens der

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1234Abs1234 005.04.20065.04.2006 11:53:2911:53:29 UhrUhr 235

C3-Grid

Diagnose- HH-Cluster HB-Cluster Cluster Daten und der damit verbundenen langen Zugriffs- MPI-Met AWI Uni Köln zeiten für entfernte Nutzer nicht praktikabel. Damit DRKZ Uni HB FUB M&D WDC Mare sind aber derzeit Recherchen nach bestimmten Da- WDC Climate tensätzen sehr umständlich und zeitaufwändig, teil- IFM-GEOMAR, Kiel weise ist der Zugriff an fremde Archive gar nicht mög- lich. Die Verknüpfung von unterschiedlichen Daten ZIB UniDo DLR ist jedoch essentiell für den weiteren Erkenntnisge- winn. Der fehlende einheitliche Zugriff auf die Daten ZIB Uni DO/CEI DLR GKSS WDC RSAT stellt damit einen Engpass in der heutigen Erdsystem- forschung dar und behindert auch die internationale PIK DWD Vernetzung. Das C3-Grid zielt daher auf eine gridba- sierte Arbeitsumgebung für den Wissenschaftler, mit PIK DWD dem ein effizientes verteiltes Datenprocessing und interinstitutioneller Datenaustausch ermöglicht wird. Abb. 2: Teilnehmende Einrichtungen im C3-Grid Basierend auf vorhandenen Grid-Technologien soll Fig. 2: C3-Grid partners. eine neue Generation eines kollaborativen Gesamt- systems entstehen, bestehend aus einem Meta-Direc- torysystem zur konsistenten Beschreibung der Daten, effektivem Zugriff auf Massendaten in föderierten Speichersystemen, integrierten Analysemöglichkei- lack of access to the data is a bottle neck in today‘s ten, Replikatverwaltung und Schedulingmechanis- internationally-oriented earth system science. The men zur Vermeidung von unnötigem Datentransfer. goal of C3-Grid is a grid-based working environment Von entscheidender Bedeutung wird die Einführung for scientists, providing an efficient, internationally einer einheitlichen Beschreibung aller Daten sein. distributed data processing and data exchange net- Dann kann der Nutzer von einem Portal aus nach work. Daten mit einer bestimmten Spezifikation suchen Based on existing grid technologies, a new gene- und diese dann in einer Prozesskette bearbeiten (s. ration of collaborative systems is envisaged. These Abb. 3). contain a meta-directory system for consistent des- COM cription of the data, effective access for mass data in In Zusammenarbeit mit Mitarbeitern des Fachberei- a federation of storage systems, integrated capabili- ches Klimasystem wurde das auf Finiten Elementen ties of analysis, data replica management and sche- beruhende Community Ocean Model (COM) weiterentwickelt. Insbesondere im numerisch aufwändigen Löserteil des Modells, in dem große Gleichungssy- steme aufgelöst werden, konnte durch Optimierung

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1235Abs1235 005.04.20065.04.2006 11:53:2911:53:29 UhrUhr 236 9. Informationszentrum Information centre

Nutzer

Nutzer Schnittstelle API GUI

Daten-Management-Dienst Job-Management-Dienst

Verteilte Informations-Dienst Grid- Infrastruktur

Daten-Transfer-Dienst

Nutzer- Lokale Module Job Ressourcen- Pre-Processing Schnittstellen bei den Instituten Daten

Archiv Metadaten Anbindung Verteilte Verteilte Daten-Archive Processing Ressourcen Bestehende Ressourcen Archiv- der Institute Daten

Abb. 3: Architektur Diagramm C3-Grid Fig. 3: Architecture diagram for C3-Grid

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1236Abs1236 005.04.20065.04.2006 11:53:3011:53:30 UhrUhr 237

duling mechanisms for efficient data traffic (Figure 3). The implementation of a standardized description of all data is vitally important is allowing the user to der verwendeten Solverbibliotheken Rechenzeit ein- search specific data using a portal and to work using gespart werden. Zum Vergleich verschiedener Löser- the results in a process chain. konfigurationen kam dabei das vom Rechenzentrum Modern parallel high-speed computers offer new bereitgestellte Interface-Paket FoSSI (Family Of Sim- possibilities for numerically implementing highly plified Solver Interfaces) zur Anwendung. complex models for simulating climate relevant pro- Bei der Datenassimilation spielen Kalman-Filter cesses within the earth system. The working group eine wichtige Rolle. Im Rahmen einer Dissertation “Scientific Computing“ supports users in the area of wurden verschiedene Filter dieses Typs (Ensemble climate system modeling with new numerical me- Kalman Filter EnKF, Singular Evolutive Extended Kal- thods for high performance computing. man-Filter SEEK sowie der Singular Evolutive Interpo- COM lated Kalman-Filter SEIK) systematisch miteinander The Community Ocean Model (COM) relating finite verglichen. Weiterhin wurden entsprechende Algo- elements has been further developed in collaboration rithmen auf Parallelrechnern implementiert und so in with members of the Climate System section. Com- Form eines parallelen Kalman-Filter Frameworks den puting time can be saved by optimizing the compu- Modellierern am AWI zur Verfügung gestellt. ting time of the solver libraries used, especially in DEKLIM Forschungsvorhaben PLASMA the numerically involved solution part of the model Im Rahmen des Deutschen Klimaforschungspro- in which large-scale equations. The interface pak- gramms DEKLIM beteiligt sich die Arbeitsgruppe Wis- kage FoSSI (Family of Simplified Solver Interfaces) senschaftliches Rechnen in Zusammenarbeit mit den which has been developed at the AWI Computing Wissenschaftlern des Projekts “PLASMA – Parallel Centre allows for easy comparison of various solver Large Scale Self-adaptive Model of the Atmosphere” configurations. an der Entwicklung eines Finite-Elemente-Kompo- Kalman Filters play an important role in the field of nentenmodel der Atmosphäre. Dabei konzentrieren data assimilation. The subject of a PhD thesis com- sich die Aktivitäten der Rechenzentrumsgruppe auf pleted in 2004 was the consistent and systematic die effiziente Lösung der auftretenden linearen Glei- comparison of different kinds of Kalman Filters: chungssysteme. Dazu wird vorrangig das für das Ensemble Kalman Filters EnKF, Singular Evolutive AWI-Ozeanmodell FEOM entwickelte Löserinterface- Extended Kalman-Filters SEEK and the Singular Evo- Paket “Family of Simplified Solver Interfaces (FoSSI)” lutive Interpolated Kalman-Filter SEIK. Furthermore, zur Verfügung gestellt, gepflegt und ständig an Wei- corresponding algorithms were implemented and terentwicklungen angepasst. FoSSI ermöglicht über the resulting framework of parallel Kalman Filters is einfache vereinheitlichte Schnittstellen schnellen und ready to be used for data assimilation. komfortablen Zugriff auf die parallelen Löser-Biblio- theken (Bibliotheken Petsc, Aztec, Hypre, Pilut und Mumps). Darüber hinaus wird an der Entwicklung des Stand-Alone Löserpakets “ScOPES – Scalable Open Parallel Environment for the Solution of Large

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1237Abs1237 005.04.20065.04.2006 11:53:3011:53:30 UhrUhr 238 9. Informationszentrum Information centre

DEKLIM Project PLASMA Within the scope of (DEKLIM) the German Climate Research Program, the Scientific Computing working Linear Equation Systems” gearbeitet, die vergleich- group participates in the development of a finite ele- bare Funktionalität sowohl mit dem OpenMP- als ment component model of the atmosphere together auch mit dem MPI-Parallelisierungsparadigma bereit- with scientists of the (“PLASMA – Parallel Large Scale stellt. Self-adaptive Model of the Atmosphere”) project. In the project, activities of the computer centre group BremHLR: Das Bremer Kompetenzzentrum für concentrate on efficient solution of the linear equa- Höchstleistungsrechnen tions systems to be solved in the model. For this pur- Als Kooperation zwischen der Universität Bremen pose, the solver interface package “Family of Simpli- (UB), dem Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven (AWI) fied Solver Interfaces (FoSSI)” is mainly provided, und der International University Bremen (IUB) wurde maintained and constantly adapted to new develop- im Berichtszeitraum die Arbeit in dem vom Bremer ments. FoSSI gives easy access to the Petsc, Aztec Senator für Bildung geförderten Bremer Kompetenz- Hypre Pilut and Mumps parallel solver libraries. Fur- zentrum für Höchstleistungsrechnen BremHLR voll thermore, the development of the Stand-Alone solu- aufgenommen (www.bremhlr.uni-bremen.de). Neben tion packade “SCOPES-Scalable Open Parallel Envi- der Beratung Bremer Forschungsvorhaben im wissen- roment for the Solution of Carge Linear Equation schaftlichen Rechnen – sowohl auf dem System des Systems“ is worked upon, which also makes com- „Norddeutschen Verbunds für Hoch- und Höchstleis- porable functionality as well as OpenMP with MPI tungsrechnen HLRN“ als auch an anderen nationalen paralleling paradigms available. Höchstleistungsrechenzentren (z. B. NIC in Jülich) – hat die Koordination und Durchführung von Nutzer- BremHLR: The competence centre for high-performance workshops und -schulungen zu einer der Haupttätig- computing Bremen keiten des BremHLR entwickelt. Wie bisher sind dem The competence centre for high-performance com- BremHLR Fachberater aus den beteiligten Zentren puting Bremen (BremHLR, www.bremhlr.uni-bre- ZARM/UB, CLAMV/IUB und dem Rechenzentrum men.de) which is supported by the “Bremer Senator des AWI, das auch die Koordination der Geschäfts- für Bildung” was set up in 2003 as a cooperation of stelle leitet, zugeordnet. Neben dem 2004 auf 40 the University Bremen (IUB) the International Uni- Prozessoren erweiterten IBM-Regatta System wird versity Bremen (IUB), and the Alfred Wegener Insti- seit Anfang 2005 mit einer Cray XD1 ein weiteres tute Bremerhaven (AWI). The BremHLR centre sup- Hochleistungssystem am AWI betrieben, das intensiv ports linkages to the “Norddeutschen Verbund für zur Projektvorbereitung und zur Abwicklung kleine- Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN)“ as well rer Projektarbeiten der AWI-Fachbereiche „Klimasys- as other national computing centres (e.g. NIC in tem“ und „Geowissenschaften genutzt wird. Im Jahre Jülich) in addition to coordinating and organizing 2005 war eine wichtige Aufgabe des BremHLR die Unterstützung des HLRN-Verbundes bei der Antrag- stellung und der Neubeschaffung des HLRN-Nachfol- gesystems (HLRN-II), das 2006 beschafft werden soll.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1238Abs1238 005.04.20065.04.2006 11:53:3011:53:30 UhrUhr 239

user workshops and user training courses. Scientific consulting in high performance computing is conducted by consultants from participating centres ZARM/UB, CLAMV/IUB as well as the Computer Centre of AWI. The AWI computer centre as, from the start of 2005, operated the IBM Regatta system and the high performance Cray XD1 computing system used intensively for the preparation of projects and for modeling by AWI “climate system“ and “geoscience“ departments. Supporting the HLRN in the procurement of the next generation of HLRN- system (HRLN-II) will be a major task of the BremHLR in 2006.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1239Abs1239 005.04.20065.04.2006 11:53:3111:53:31 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1240Abs1240 005.04.20065.04.2006 11:53:3111:53:31 UhrUhr 241

10. Bibliothek Library

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1241Abs1241 005.04.20065.04.2006 11:53:4711:53:47 UhrUhr 242 10. Bibliothek Library 10. Library

General Collection Information The Library of the Alfred Wegener Institute provides 10. Bibliothek the employees and guests of the institute with literature and information in electronic and printed Allgemeines und Bestand format. The main library is located in Bremerhaven. Die Bibliothek der Stiftung AWI ist Servicezentrum Branch libraries are kept at the re-search stations on für die Versorgung der Mitarbeiter und Gäste des Helgoland and List. Small library collections ser- Instituts mit wissenschaftlicher Literatur und Fachin- viced by the library are maintained at the research formation in elektronischer und gedruckter Form. Die stations Neumayer, Koldewey, on the ‘Polarstern‘ Hauptstelle befindet sich in Bremerhaven, Zweigstel- research vessel and in the research sections throug- len werden an den AWI-Standorten Helgoland und hout the institute in Bremerhaven. List betrieben, Handbibliotheken in der Neumayer- The library at the AWI Research Station in Potsdam Station, der Koldewey-Station, auf der ‘Polarstern‘ became part of the Common Library of the Albert und in den AWI-Sektionen in Bremerhaven betreut. Einstein Science Park, which was established in 2001 Die Bibliothek der AWI-Forschungsstelle Potsdam by the Geo Research Centre (GFZ), Potsdamer Insti- ist seit 2001 Teil der gemeinsam von Geoforschungs- tute for Climate Research (PIK) and the Alfred Wege- zentrum (GFZ), Potsdamer Institut für Klimafolgenfor- ner Institute. schung (PIK) und AWI errichteten „Bibliothek Wis- At the end of 2005 the AWI Library collection had senschaftspark Albert Einstein“. approximately 41 500 monographs. The number of Die AWI-Bibliothek hat Ende 2005 ca. 41 500 periodical subscriptions was 309 and databases Monographien in ihrem Bestand. Die Zahl der durch through exchange agreements 460 titles. The jour- Kauf erworbenen Periodika beträgt 309, durch Tausch nals fill a total of 1364 running metres of shelving. werden weitere 460 Zeitschriften, Serien u.ä. erwor- ben. Die Zeitschriftenbände füllen insgesamt 1364 Emphasis on eJournals and bibliographic Databases laufende Regalmeter. Major library use is largely defined by the access provided to licensed electronic media. Library Schwerpunkt bei den elektronischen Zeitschriften patrons are able to search and download articles und Datenbanken from over 800 priority use electronic journals and Der Schwerpunkt der Bibliotheksnutzung liegt mitt- have access to 17 licensed bibliographic databases, lerweile bei den von der Bibliothek lizenzierten elek- one of which is the “ISI - Science Citation Index“ tronischen Medien. Die Bibliothek managt den Zu- (Thompson Corp). The Library‘s participation in con- gang zu fast 800 lizenzpflichtigen elektronischen sortial agreements, mainly through the HGF Library Zeitschriften und 17 lizenzpflichtigen Datenbanken, Working Group, has made possible additional online zu denen auch der ‚ISI -Science Citation Index‘ der Fa. Thomson gehört. Durch die Teilnahme der Biblio- thek an Konsortialverträgen, meist über den HGF- Arbeitskreis Bibliotheks- und Informationsmanage-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1242Abs1242 005.04.20065.04.2006 11:54:1811:54:18 UhrUhr 243

access to full-text scientific journal publications for AWI employees and guests. Licenses for bibliogra- phical databases made with consortial partners low- ered access costs significantly. ment, konnte der Online-Zugang zu den Volltexten von Artikeln aus wissenschaftlichen Zeitschriften für Document delivery AWI-Mitarbeiter und Gäste maßgeblich erweitert und In order to provide faster and efficient services to the bei der Lizenzierung von bibliographischen Daten- AWI-Bremerhaven patrons, the distant research stati- banken deutliche Rabatte erreicht werden. ons and worldwide partner institutions for requested journal or book articles, a special colour book scan- Besonderer Dokument-Lieferdienst für AWI-Mitarbeiter ner is used. Articles requested by email are scanned Um die AWI-Mitarbeiter von zeitraubenden Kopiertä- in one step and emailed as PDF files directly to the tigkeiten zu entlasten, bietet die Bibliothek einen requesting library patron. Up to 30 articles are scan- Scanservice an. Wissenschaftler können so von ihrem ned and emailed daily. Arbeitsplatz aus elektronisch einen in der Bibliothek vorhandenen Artikel aus einer gedruckten Zeitschrift Collaboration with the Common Library Network GBV anfordern. Dabei werden die benötigten Artikel ein- The Library’s online-catalogue is available freely gescannt und als pdf-Datei per e-mail direkt an den throughout the world on the internet. As part of its Nutzer geliefert. Dieser Service steht auch Partner- contract agreement with the Common Library Net- bibliotheken im In- und Ausland zur Verfügung. Täg- work GBV, the Library is able to use the union cata- lich werden so bis zu 30 Artikel eingescannt und logue for cooperative cataloguing and the Pica in- versandt. terlibrary loan ordering module. During the past two years, hundreds of books have been borrowed and Partnerbibliothek des Gemeinsamen thousands of articles have been ordered for AWI Bibliotheksverbunds (GBV) Patrons. The system runs on the server at the GBV Die Bibliothek verfügt über einen elektronischen Union‘s headquarters in Göttingen, thus reducing Katalog, der weltweit über Internet zugänglich ist. cost, management and overheads for the Library. Als Vertragspartner des Gemeinsamen Bibliotheks- verbunds (GBV) nutzt die Bibliothek Katalogisie- Special collection on the history of German polar research rungsdaten und Fernleihfunktionen des Verbundes. The Library maintains a special collection on the Im Berichtszeitraum wurden Hunderte Bücher per history of German polar research. In 2002, the Archi- Fernleihe im Auftrag der AWI-Mitarbeiter ausgelie- ves of the German Society for Polar Research moved hen, Tausende Kopien aus anderen Bibliotheken to Bremerhaven from their former location at the bestellt. Um Kosten und Aufwand zu sparen, hat die University of Münster‘s Institute for Geophyics. This Bibliothek den Rechner-Betrieb des lokalen Biblio- library collection has now been catalogued and inte- thekssystems auf Server der Verbundzentrale des GBV grated into the Bremerhaven library holdings. in Göttingen ausgelagert.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1243Abs1243 005.04.20065.04.2006 11:54:1811:54:18 UhrUhr 244 10. Bibliothek Library

Training, Internships and Apprenticeships Library and Information Management students have done 6 week to 6 month internships at the AWI- Library. Beginning in September 2005 the AWI- Spezialsammlung von Literatur zur Geschichte Library is training an apprentice for the profession of der Deutschen Polarforschung Media and Information Services (FAMI). Die Bibliothek sammelt insbesondere die Literatur zur Geschichte der Deutschen Polarforschung. 2002 Exhibits in Bremerhaven wurde der Bestand des Archivs der Deutschen Gesell- The AWI-Library maintains display cases for small schaft für Polarforschung (zuletzt aufbewahrt am exhibits by local museums: The Historical Museum in Institut für Geophysik der Universität Münster) über- 2004 and the German Shipping Museum in 2005. nommen und bis Mitte 2005 eingearbeitet. National and International Cooperation Ausbildungsbibliothek The Library is member of the following organizati- In der AWI-Bibliothek haben Studenten einschlägiger ons: HGF-Arbeitskreis Bibliotheks- und Informati- Fachrichtungen (z.B. Bibliotheks- und Informations- onsmanagement, AG meereskundlicher Bibliotheken management) Praktika von 6 Wochen bis zu 6 Mona- (AMB), AG der Spezialbibliotheken (ASpB), Deut- ten durchgeführt. Seit September 2005 bildet die scher Bibliotheksverband (DBV) - Landesverband Bre- Bibliothek auch eine Auszubildende für den Lehrbe- men, EURASLIC, International Association of Aquatic ruf ‚Fachangestellte(r) für Medien und Informations- and Marine Science Libraries and Information Cen- dienste (FAMI) - Fachrichtung Bibliothek‘ aus. ters (IAMSLIC), Polar Libraries Colloquy (PLC). The head librarian, Marcel Brannemann, is the Kultur in Bremerhaven current IAMSLIC President 2005/2006 Die AWI Bibliothek stellt Bremerhavener Museen Vitrinen für kleine Ausstellungen in den Bibliotheks- räumen zur Verfügung (2004 Historisches Museum, 2005 Deutsches Schifffahrtsmuseum)

Nationale und internationale Zusammenarbeit Die Bibliothek ist Mitglied in folgenden Organisatio- nen: HGF-Arbeitskreis Bibliotheks- und Informati- onsmanagement, AG meereskundlicher Bibliotheken (AMB), AG der Spezialbibliotheken (ASpB), Deut- scher Bibliotheksverband (DBV) - Landesverband Bre- men, EURASLIC, International Association of Aquatic and Marine Science Libraries and Information Cen- ters (IAMSLIC), Polar Libraries Colloquy (PLC). Der Leiter der Bibliothek, Marcel Brannemann, ist gewählter Präsident 2005/06 von IAMSLIC.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1244Abs1244 005.04.20065.04.2006 11:54:1911:54:19 UhrUhr 245

Photo: M. Brannemann

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1245Abs1245 005.04.20065.04.2006 11:54:2011:54:20 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1246Abs1246 005.04.20065.04.2006 11:54:2011:54:20 UhrUhr 247

11. Technologietransfer Technology transfer

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1247Abs1247 005.04.20065.04.2006 11:54:3811:54:38 UhrUhr 248 11. Technologietransfer Technology transfer

11. From polar seas to business – Technology and know-how transfer at the AWI 11. Aus dem Polarmeer in die Eberhard Sauter Wirtschaft – Technologie- und Belonging to the leading research institutions in Knowhow-Transfer am AWI polar and marine sciences, the Alfred Wegener Ins- Eberhard Sauter titute is primarily a science factory conducting research on prevailing problems relevant to mankind. Als führende Polar- und Meeresforschungseinrichtung Investigations in the context of global climate change ist das Alfred-Wegener-Institut primär eine Wissen- aim to better predict catastrophes and, thus, to defuse schaftsfabrik, in der zu aktuellen und gesellschaftsre- their consequences. Even low public budgets must levanten Problemen geforscht wird. Forschung zur not compromise this essential research. However, in globalen Klimaentwicklung soll Katastrophen vorher- the course of such research, methodologies and spe- sagbarer und damit eine frühzeitige Abmilderung ih- cific know-how is developed, which often is suitable rer Folgen möglich machen. Auch zu Zeiten knapper for commercialization. öffentlicher Kassen ist eine finanzielle Absicherung One aim of the increasing efforts in technology dieser Arbeiten zwingend notwendig. Allerdings wird transfer is a partial return of investment. Ultimately, im Rahmen der Forschungs- und Entwicklungstätig- it supports the generation of new innovative jobs, keit auch ein großes Potential an Methoden und spe- both inside and outside the AWI, especially to sup- zifischem Knowhow erarbeitet, welches in einigen port the structural change in the region. Fällen wirtschaftlich interessant ist. Ziel der wach- In 1988 the first AWI patent was filed. In the sub- senden Bemühungen des Technologietransfers (TT) ist sequent years, intellectual property rights were filed die teilweise Rückfinanzierung von Projekten. Letzt- sporadically. In 1997, the first “AWI Inventors Day” lich sollen neue, innovative Jobs innerhalb und was organized. Since then, a more systematic ma- außerhalb des AWI geschaffen werden, um den Struk- nagement intellectual property rights was esta- turwandel in der Region voranzutreiben. blished. Today, the number of newly filed patent 1988 wurde das erste AWI-Patent beantragt. In den families (without follow-up applications) has leveled darauf folgenden Jahren gab es ebenfalls sporadische off to 12 (Fig. 1). Beside patents, utility, design pa- Schutzrechte. Seit dem 1997 erstmals veranstalteten tents as well as trade marks are applied for. Here- „AWI-Erfindertag“ wird diese Erfinder-Kultur syste- with, the AWI makes allowance for the increasing matisch gefördert. Heute liegt die Zahl der jährlichen importance of innovation transfer, since intellectual Neuanmeldungen (neue Schutzrechtsfamilien ohne property rights provide a basis for licensing, public Folgeanmeldungen) bei 12, wobei neben Patenten private partnerships and spin-offs. In view of these auch Geschmacks- und Gebrauchsmuster und Mar- ken angemeldet werden (Abb. 1). Damit trägt das AWI der wachsenden Bedeutung von Innovationstransfer Rechnung, denn derartige

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1248Abs1248 005.04.20065.04.2006 11:54:5511:54:55 UhrUhr 249

numbers, it has to be considered though, that typically 5 to 8 years are needed from the application to the benefit yielded from licenses. Accordingly, technology transfer is not a short-term measure. In fact, Schutzrechte stellen eine Basis für Auslizenzierun- the benefits are to be anticipated on the time scale gen, Firmenkooperationen und Firmenausgründun- of years. The intellectual property rights initiated in gen dar. Bei diesen Zahlen ist allerdings zu beach- 2004 and 2005 give reason to expect an increase ten, dass von der Schutzrechtsanmeldung bis zur Li- of commercialization benefits within the following zenzeinnahme typischerweise 5 bis 8 Jahre vergehen. years, although ‘blockbuster patents‘ can hardly be Insofern ist Technologietransfer nicht als Sofortmaß- planned or forecasted. The patent portfolio covers nahme zu verstehen. Vielmehr sind die Erfolge mit- sampling and measuring systems, logistics software telfristig zu erwarten. Die 2004 und 2005 initiierten and wheel rims on the basis of diatoms. Particularly Schutzrechts- und Verwertungsprojekte lassen einen interesting new patents have been filed also for Anstieg der Verwertungseinnahmen in den kommen- methods on the fields aqua culture, marine bionics den Jahren erhoffen, wenngleich auch sogenannte as well as blue biotechnology. In total, 59 intellec- „Blockbuster-Patente“ kaum zu planen oder vorher- tual property rights were applied for in the reporting zusehen sind. Die Palette der Themen reicht von period (35 patterns, 9 utility patterns, 10 design pat- Mess- und Probenahmegeräten über Logistik-Soft- terns and 5 trade marks; see appendix). ware bis zur Autofelge auf der Basis einzelliger Algen Beside the development and the maintenance of (Diatomeen). Besonders vielversprechend sind auch the pattern portfolio, the AWI technology transfer die neuen Schutzrechte für Methoden der Aquakul- administers the following tasks: tur, der marinen Bionik und der Blauen Biotechno- The internal motivation of colleagues as well as logie. Insgesamt wurden im Berichtszeitraum 59 the trustful guidance of inventors stands at the be- Schutzrechte (35 Patente, 9 Gebrauchsmuster, 10 Ge- ginning of this work. The ‘Inventors Day‘, organized schmacksmuster und 5 Marken; siehe Liste im An- again in 2004, comprises a helpful platform to initi- hang) angemeldet. ate discussions between newcomers, patent experts and experienced inventors. In 2005 the event was extended to the ‘From Idea to Realization‘ workshop, 14 140 jointly organized with the University of Applied Sci- Jährliche Stammanmeldungen 12 (Familie) 120 ences Bremerhaven and the BIS (Economic Deve-

10 Bestand lebender Schutzrechte 100

8 80

6 60 Abb. 1: Entwicklung des AWI-Schutzrechts- (Familien) 4 40 Portfolios bis einschl. 2005. Fig. 1: Development of the AWI intellectual 2 20

Jährliche Stammanmeldungen Jährliche property rights portfolio until 2005. Bestand lebender Schutzrechte 0 0 1985 1990 1995 2000 2005

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1249Abs1249 005.04.20065.04.2006 11:54:5611:54:56 UhrUhr 250 11. Technologietransfer Technology transfer

lopment Company Bremerhaven). Beside the awar- ding of granted patent deeds, topics such as spin-offs and commercial utilization of know-how were of- Am Anfang der AWI-TT Aufgaben steht die interne fered. Subsequently to this inspiring event, several Motivation der Kollegen und die vertrauliche Bera- new inventions where handed in for which the TT tung der Erfinder. Eine hilfreiche Plattform ist der office had to decide whether or not to apply for intel- auch 2004 wieder organisierte Erfindertag , um Inter- lectual property rights. Once the patent is filed, the essierte mit Patentexperten und erfahrenen Erfindern transfer office guides through the commercialization ins Gespräch zu bringen. 2005 wurde die Veranstal- process by arranging contacts with commercial part- tung unter Mitwirkung der Hochschule Bremerhaven ners and supporting license negotiations. und der BIS (Bremerhavener Gesellschaft für Investiti- In close cooperation with the directors board and onsförderung und Stadtentwicklung) zu einem Work- the public relation department, the technology trans- shop „Von der Idee in die Tat“ erweitert. Neben der fer office represents the AWI at technology and inno- Verleihung erteilter Patenturkunden wurden Themen vation events, at HGF and regional working groups wie „Ausgründung“ und „Verwertung“ angeboten. and at industry exhibitions. Highlights in 2004 and Als Folge lagen kurze Zeit später etliche neue Erfin- 2005 were the marine technology exhibition “Ocea- dungen auf dem Tisch, für die zu entscheiden war, ob nology International” (London, March 2004), SCAR und in welchem Umfang Schutzrechte angemeldet (1st Open Science Conference of the Scientific Com- werden sollen. Nach der Patentanmeldung begleitet mittee on Antarctic Research, Bremen, July 2004) der TT-Bereich den Verwertungsprozess durch die and InWaterTec (Kiel, August/September 2005; Vermittlung von Kontakten, Firmengesprächen und Figure 2). The technology transfer office was also Lizenzverhandlungen. involved in several events within the framework of In enger Zusammenarbeit mit dem Direktorium “2005 City of Signs”. Many of these activities had und der Presse-Abteilung repräsentiert der TT-Be- been performed in close cooperation with other reich das AWI nach außen bei Technologie- und In- regional institutions. For instance, the contacts with novationsveranstaltungen, in HGF- und regionalen the University of Applied Sciences and the BIS had Arbeitskreisen sowie auf Messen. Highlights waren been intensified during the last two years, which in diesem Kontext die Messen Oceanology Interna- allows forces to be joined in technology transfer. tional (London, März 2004), SCAR (Scientific Com- Policy-makers as well as scientific organizations mittee on Antarctic Research, Open Science Con- ex-pect technology transfer to produce numerous ference and Industry Exhibition) (Bremen, Juli 2004) spin-offs. Indeed, great efforts are taken to generate und InWaterTec (Kiel, Aug./Sept. 2005; Abb. 2). Auch innovative jobs in the vicinity of the AWI, although beteiligte sich der TT-Bereich an etlichen Veranstal- special attention is paid to the stability of such tungen im Rahmen „Stadt der Wissenschaft 2005“. spinoffs. Hierüber wurde der Kontakt zwischen regionalen Stellen und dem AWI belebt. Für das Alltagsgeschäft haben sich die während der letzten zwei Jahre inten- sivierten Kontakte zur Hochschule und BIS als sehr fruchtbar erwiesen.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1250Abs1250 005.04.20065.04.2006 11:54:5611:54:56 UhrUhr 251

During the reporting period, the preparation for two important spin-offs had begun: Both the Sylt Algenfarm and the Center for Marine Applications Besondere Hoffnungen werden von Regierungsstel- “imare” (see this report, Section 5 New Technolo- len und Wissenschaftsorganisationen in Ausgründun- gies) are estimated to be released within 2006. gen gelegt. Auch hier gibt es intensive Aktivitäten, um im Umfeld des AWI innovative Arbeitsplätze zu schaf- fen, wobei es dabei besonders auf Nachhaltigkeit, d.h. stabile Spin-offs ankommt. Im Berichtszeitraum wurden die Gründungsvorbereitungen sowohl für die Sylter Algenfarm als auch für das Maritime Anwen- dungszentrum „imare“ (s. gesonderten Beitrag unter 5. Neue Technologien) vorangetrieben, so dass beide Gründungen voraussichtlich in 2006 vollzogen werden können.

Abb. 2: Neue Kontakte durch Messepräsenz sind wesentlich für erfolgreiche TT-Projekte. Zudem bietet sich oft die Gelegenheit für Gespräche mit Entscheidungsträgern aus Politik und Wirtschaft. Fig. 2: New contacts arise from participation in industry exhibitions, which is essential for successful TT projects. Furthermore there often arise opportunities for discussions with decision makers from politics and economy. (Photo: M. Jarowinsky, MC Kiel)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1251Abs1251 005.04.20065.04.2006 11:54:5711:54:57 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1252Abs1252 005.04.20065.04.2006 11:55:0211:55:02 UhrUhr 253

12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Public relations department

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1253Abs1253 005.04.20065.04.2006 11:55:1111:55:11 UhrUhr 254 12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Public relations department 12. Media and public relations department, cooperation with schools

12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Media and public relations department Kooperation mit Schulen In 2004 and 2005, emphasis of media and public relations work was placed on the preparation and Presse- und Öffentlichkeitsarbeit realisation of projects related to the AWI’s 25th anniversary, as well as to the Bremen/Bremerhaven ‘City Schwerpunkte der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit of Science 2005’ programme. waren 2004 und 2005 die Vorbereitung und Durch- Throughout 2005, the events offered by the Insti- führung der Projekte zum 25-jährigen AWI-Jubiläum tute to the public in Bremen and Bremerhaven, in- und zur „Stadt der Wissenschaft 2005“ Bremen/Bre- cluded approximately thirty presentations, readings, merhaven. exhibitions, film screenings and participatory events Während des ganzen Jubiläumsjahres 2005 bot das for children and adults. The great interest by the Institut für die Öffentlichkeit in Bremerhaven und public and the media confirmed our concept. The Bremen rund dreißig Vorträge, Lesungen, Ausstellun- AWI anniversary events were included in the overall gen, Filmvorführungen und Mitmachaktionen für Kin- programme for ‘City of Science 2005’. der und Erwachsene an. Das große Interesse der Öf- Additional tasks emerged from the implementation fentlichkeit und der Medien bestätigte unser Konzept. of the concept proposal for ‘City of Science 2005’. Diese Veranstaltungen des AWI-Jubiläums sind in das They were designed and realised together with part- Gesamtprogramm für die „Stadt der Wissenschaft ners of scientific and cultural institutions in the state 2005“ eingeflossen. of Bremen. The AWI became especially engaged in Zusätzliche Aufgaben ergaben sich aus der Umset- the lead project ‘Pier of Science’. Following the posi- zung des Bewerbungskonzeptes für die „Stadt der tive feedback and in order to continue the initiated Wissenschaft 2005“. Diese wurden mit Partnern aus networking process – both directly in Bremerhaven den wissenschaftlichen und kulturellen Einrichtun- and also in collaboration with Bremen – the ‘Pier of gen im Land Bremen gemeinsam geplant und umge- Science’ will resume in Bremerhaven in 2006 and setzt. Be-sonders engagierte sich das AWI im Leitpro- beyond. jekt „Pier der Wissenschaft“. Aufgrund der positiven Resonanz und zur Weiterführung des angestoßenen Vernetzungsprozesses – in Bremerhaven selbst und in Zusammenarbeit mit Bremen – wird die „Pier der Wissenschaft“ in Bremerhaven 2006 und darüber hinaus fortgesetzt.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1254Abs1254 005.04.20065.04.2006 11:55:2211:55:22 UhrUhr 255

Media work During the report period (2004 and 2005), the Alfred Wegener Institute sent out a total of 92 press releases, marking a slight increase in 2005. The AWI’s repu- Medienarbeit tation as a competent contact for the media was Das Alfred-Wegener-Institut versandte in den Jahren strengthened. In a study about science communica- 2004 bis 2005 insgesamt 92 Pressemitteilungen mit tion in Germany, commissioned by the BMBF, the einer leichten Steigerung im Jahr 2005. Das Ansehen AWI ranks among the six most frequently cited cen- des AWI bei den Medien als kompetenter Ansprech- tres of competency. Our media echo, produced for partner konnte gefestigt und weiter ausgebaut wer- evaluation purposes and internal use, has reached a den. In einer im Auftrag des BMBF durchgeführten volume that warrants monthly production and dis- Studie zur Öffentlichkeitsarbeit wissenschaftlicher patch. The online media press review is updated Einrichtungen in Deutschland zählt das AWI zu den hourly, and has been available on the intranet since sechs am häufigsten von Wissenschaftsjournalisten 2005. genannten Kompetenzzentren. Unser zur Evaluation During the summer of 2004, our media work was und internen Verwendung erstelltes Medienecho ist focussed on the XXVIII SCAR & COMNAP XVI con- inzwischen so umfangreich, dass es monatlich erstellt ference in Bremen. German and English language und versandt wird. Ein stündlich aktualisierter Presse- spiegel der Online-Medien ist seit 2005 im Intranet abrufbar. Im Sommer 2004 konzentrierte sich die Medienar- beit auf die XXVIII SCAR & COMNAP XVI Konferenz in Bremen. Deutsch- und englischsprachige Presse- konferenzen zum Auftakt führten mit 120 Veröffentli- chungen in den bundesweiten Printmedien, 29 Hör- funkbeiträgen sowie zehn Fernsehberichten zu einer hohen Resonanz. Im Sommer 2005 lag der Schwerpunkt bei der Pres- searbeit zum 25-jährigen Jubiläum unseres Instituts. Höhepunkte waren die Pressekonferenz mit Ministe- rin Edelgard Bulmahn am 15. Juli auf der ‚Heincke‘ und die tägliche Berichterstattung des ARD/ZDF Mor- Pressekonferenz an Bord der ‚Heincke‘ aus genmagazins vom 13. bis 17. Juni 2005 mit jeweils Anlass des 25-jährigen Bestehens des AWI. Marga- rund 15 Minuten Live-Berichten und Archivfilmen aus rete Pauls, Edelgard Bulmahn, Jörn Thiede, Hen- dem AWI in Potsdam, Helgoland, Sylt und Bremerha- ning Scherf (v.l.n.r.) ven. Durch gute Zusammenarbeit mit dpa erfolgte be- Press conference on board of ‘Heincke‘, 25th reits im Vorfeld eine umfangreiche Berichterstattung anniversary of the AWI. Margarete Pauls, Edelgard zum Jubiläum in bundesweiten Zeitungen und Zeit- Bulmahn, Jörn Thiede, Henning Scherf (left to right) schriften. (Photo: C. Pichler)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1255Abs1255 005.04.20065.04.2006 11:55:2211:55:22 UhrUhr 256 12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Public relations department

press conferences at the beginning of the event led to the strong response of 120 publications in the print media, 29 radio and ten television reports. During the summer of 2005, public relations work Radio Bremen produzierte zum 125. Todestag Alfred was concentrated on the 25th anniversary of the Wegeners in Zusammenarbeit mit dem AWI den Film Institute. Special highlights included a press con- „Tod im Eis - Der Polarforscher Alfred Wegener und ference with minister Edelgard Bulmahn aboard seine Erben“. Auf der AWI-Weihnachtsfeier gab es ‘Heincke’ on July 15 th, and daily updates by the eine Vorschau des Filmes, die Erstausstrahlung erfol- ARD/ZDF ‘Morgenmagazin’ between June 13th and gte am 29. Dezember 2005 im NDR. 17 th, 2005. These television reports consisted of ap- Am 8. Oktober 2005 informierten wir Presse und proximately 15 minute live coverage as well as archi- Fernsehen im Rahmen der Live-Übertragung des val film screenings from the AWI Potsdam, Helgo- Cryosat Starts in unserem Haus über die wissen- land, Sylt and Bremerhaven. As a result of good col- schaftlichen Missionen des Satelliten. laboration with dpa, advance coverage of the anni- Ein wichtiger Meilenstein für die Medienarbeit war versary was extensive in national print media. die Durchführung eines Medientrainings für AWI- Marking the 75th anniversary of Alfred Wegener’s Wissenschaftler. Das erste fand am 23./24.02.04 statt. death, Radio Bremen, together with the AWI, created Das Interesse an einer Teilnahme war groß und die the film ‘Death on the Ice – the Polar Researcher Rückmeldung der TeilnehmerInnen äußerst positiv. Alfred Wegener and his Heirs’. A preview of the film Am 31. Januar und ersten Februar 2005 fand es ein was shown during the AWI Christmas party, and the zweites Mal statt. Es wird zu einem regelmäßigen first release was on December 29 at NDR. Angebot etabliert. An important milestone in media relations was the implementation of media training for AWI scientists. Ausstellungen und Veranstaltungen The initial training took place on 23rd and 24th, Feb- Der Science Day 2004 des Landes Bremen am 26. ruary 2004. We experienced a high interest to parti- Juni in Bremerhaven wurde gemeinsam von Hoch- cipate and an extraordinary feedback at the end of schule Bremerhaven, Deutsches Schiffahrtsmuseum the workshop. As a consequence the workshop was (DSM) und AWI vorbereitet und durchgeführt, die Re- repeated on 31st of January to 1st of February and will sonanz war mit rund 5000 Besuchern gut. Bei dem become a permanent offer of the PR department. EuroScience Open Forum Ende August 2004 in Stock- October 8th, 2005 marked the live broadcast of the holm war das AWI mit dem Projekt ‚Polar Dialogues‘ Cryosat launch at AWI and we used this opportunity (Telefongespräche zur Neumayer-Station) präsent. to inform the press and television about the scientific Dieses von uns vorgeschlagene Projekt war im Rah- missions of the satellite. men von ‚Science in the Street‘ in das Programm aufgenommen worden. Am ‚Jahr der Technik‘ 2004 beteiligte sich das Institut mit Beiträgen auf dem Ausstellungsschiff ‚MS Technik‘. Die Fahrt der ‚MS Technik‘ endete in Stuttgart während des Wissen- schaftssommers vom 25. September bis 2. Oktober

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1256Abs1256 005.04.20065.04.2006 11:55:2611:55:26 UhrUhr 257

Exhibitions and events The 2004 Science Day of the state of Bremen took place on June 26th in Bremerhaven. For planning and execution, the AWI had joined forces with the Uni- 2004. Dort zog der AWI-Stand unter dem Motto „Pfif- versity of Applied Sciences Bremerhaven and the fige Technik im ewigen Eis – Der Neubau der deut- German Maritime Museum (DSM) and yielded a schen Antarktisstation“ rund 20 000 Besucher an. good response through approximately 5000 visitors. Vom 22. bis 24. September 2004 beteiligte sich das At the EuroScience Open Forum in Stockholm at the AWI an der Vorstellung des ‚Maritimen Verbundes end of August, 2004, the AWI was represented with Schleswig Holstein‘ im Kieler Landtag. Anlässlich des the project ‘Polar Dialogues’ (telephone conversati- XXVIII SCAR & COMNAP XVI Delegates Meeting in ons to Neumayer Station). Following our suggestion, Bremerhaven wurde von Oktober 2004 bis Januar this project had been included in the programme as 2005 im Deutschen Schiffahrtsmuseum die Ausstel- part of ‘Science in the Street’. The institute became lung „Der Zauber der antarktischen Farben“ mit Wer- involved in the 2004 ‘Year of Technology’ with con- ken von David Abbey Paige gezeigt. Auf dem Kon- tributions on the exhibition vessel ‘MS Technik’. The gress „Wissenswerte“ für Wissenschaftsjournalisten voyage of MS Technik concluded in Stuttgart during in Bremen hat das AWI vom 22. bis 24. November the ‘Summer of Science’ from September 25th to Oc- 2004 mit einem Stand auch die Helmholtz-Gemein- tober 2nd, 2004. The AWI booth in Stuttgart, under schaft präsentiert. Die am 8. Dezember 2004 eröff- the slogan ‘Smart technology in the eternal ice – re- nete neue Dauerausstellung „Polargebiete“ am Zoolo- construction of the German Antarctic station’, attrac- gischen Forschungsinstitut und Museum Alexander ted approximately 20,000 visitors. From September Koenig in Bonn unterstützt das AWI insbesondere 22nd to 24th, 2004, the AWI participated in the intro- mit Film- und Bildmaterial. duction of the ‘Maritime Cluster Schleswig-Holstein’ Feierlicher Auftakt für das Jubiläumsjahr 2005 war in the state parliament in Kiel. On the occasion of die Einweihung des Kunstprojekts „Bibliothek im Eis“ the XXVIII SCAR & COMNAP XVI Delegates Mee- an der Neumayer-Station in der Antarktis. Sie fand am ting in Bremerhaven, the ‘Magic of Antarctic Colours’ 19. Januar 2005 im Rahmen des Neujahrsempfangs exhibition, featuring works by David Abbey Paige, im Bremer Rathaus statt. Am 17. Februar 2005 las der was displayed at the German Maritime Museum bet- Autor Frank Schätzing im AWI vor rund 300 Zuhörern ween October 2004 and January 2005. At the ‘Wis- aus seinem Bestseller „Der Schwarm“. Mit der Kunst- sensWerte’ conference for science journalists, which ausstellung „POLAR/BLICKE“ dokumentierte das In- took place between 22nd and 24th November, 2004 stitut sein langjähriges Engagement an der Schnitt- in Bremen, the AWI contributed a stall, representing stelle zwischen Kunst und Wissenschaft. Sechs Künst- the Helmholtz Association. On December 8th, 2004, lerinnen und Künstler präsentierten ihre Teilnahme the new permanent exhibition ‘Polar Regions’ ope- an Expeditionen auf „Polarstern“ mit Fotos und Instal- ned its doors at the Zoological Research Institute and lationen vom 19. Februar bis zum 3. April 2005 im Museum Alexander Koenig in Bonn. The AWI provides Historischen Museum Bremerhaven und anschließend für vier Wochen in der Zentralbibliothek in Bremen.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1257Abs1257 005.04.20065.04.2006 11:55:2711:55:27 UhrUhr 258 12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Public relations department

support, especially through film and image material. A festive overture to the anniversary year 2005 was offered by the inauguration of the ‘Ice Library’ art project at Neumayer Station in the Antarctic. It took Der Besuch der Jagt ‚Grönland‘ in Berlin in Zusam- place on January 19th, 2005 during the New Year re- menarbeit mit dem Deutschen Schiffahrtsmuseum ception at Bremen Town Hall. On February 17th, vom 15. bis 28. Mai 2005 zog rund 10 000 Besucher 2005, the author Frank Schätzing read excerpts from an. Die Berliner Medien berichteten darüber umfang- his bestselling book ‘The Swarm’ to an audience of reich und positiv. Das älteste deutsche Polarfor- approximately 300 listeners at the AWI. The art exhi- schungsschiff war Ort für verschiedene kleinere Ver- bition ‘POLAR/BLICKE’ (POLAR/VIEWS) documen- anstaltungen und Empfänge. Ein Höhepunkt war der ted the Institute’s long-time commitment on the in- Besuch des Bundespräsidenten Horst Köhler am 27. terface between arts and sciences. From February Mai. Parallel fanden in der Bremischen Landesvertre- 19th to April 3rd, 2005, six artists presented their par- tung Vorträge von Wissenschaftlern des AWI und des ticipation in ‘Polarstern’ expeditions through photo- DSM statt. Am 22. Mai besuchten 600 Interessier- graphs and installations, first at the Bremerhaven te die öffentliche Vorstellung des Polarflugzeugs ‚Po- Historical Museum and, subsequently, for four weeks lar 2‘ am Regionalflughafen Luneort in Bremerhaven. in the Central Library in Bremen. Höhepunkte für die Öffentlichkeit waren im Jubilä- A visit by the yacht ‘Grönland’ in Berlin, organized umsjahr der ‚Tag der offenen Tür‘ in den Gebäuden in collaboration with the German Maritime Museum am Handelshafen am 25. Juni (2000 Besucher) und from May 15th to 28th, 2005, attracted roughly 10,000 auf ‚Polarstern‘ am 26. Juni (knapp 5000 Besucher). visitors, with the Berlin media reporting extensively and favorably. The oldest German polar research vessel served as a venue for several small receptions and events. One of the highlights was the visit of Federal President Horst Köhler on May 27th. Simultaneously, the Bremen state representative office hosted presentations by scientists from the AWI and the German Maritime Museum. On May 22, 600 interested guests came to the public presentation of the Polar 2 aircraft at Luneort, Bremerhaven’s regional airport. In the anniversary year, the ‘Open House’ at the AWI’s Handelshafen buildings (2000 visitors) and aboard ‘Polarstern’ on June 26th (almost 5000 visitors) represented major highlights for the general public.

Open Ship am 26. Juni 2006: Fast 5000 Besu- Open Ship, June 26th, 2006: Patience was cher mussten zu Stoßzeiten geduldig auf die required when nearly 5000 visitors were explo- Besichtigung der Polarstern warten. ring the Polarstern. (Photo: U. Cieluch)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1258Abs1258 005.04.20065.04.2006 11:55:2811:55:28 UhrUhr 259

Celebrating the 125th birthday of Alfred Wegener (1880-1930) on November 1st, 2005, the Institute hosted the ‘2nd International Alfred Wegener Sym- posium’ from October 31st to November 2nd. As part of the supporting programme, historic films on polar research were screened at cinemas in Bremerhaven and Bremen. On November 1st, 2005, the gala evening at the City Theatre Bremerhaven in honour of Alfred Wegener, was attended by 550 guests. The celebration included musical entertainment, a reading in scenes ‘Who was Alfred Wegener? - A retro- Dr. Mareile Wolff (rechts) erklärt die Funktion spective view of his life’, and a presentation entitled eines Schneemobils. Eröffnungsveranstaltung zur ‘From Alfred Wegener’s continental drift to modern „Stadt der Wissenschaft 2005“ in Bremen. plate tectonics’. In addition, the GeoUnion Alfred Dr. Mareile Wolff (right) is explaining a snow Wegener Foundation awarded the Alfred Wegener mobile. Opening Event of the „Stadt der Wissen- Medal. schaft 2005“ in Bremen. (Photo: K. Elbing) The guided tours trouhg the Institute continued 2004 and 2005 as in the past and attracted great interest.

Anlässlich des 125-jährigen Geburtstages von Alfred City of Science 2005 Wegener (1880-1930) am 1. November 2005 führte The opening event of ‘City of Science 2005’ on das Institut vom 31. Oktober bis 2. November das February 16th in Bremen attracted many school clas- „2nd International Alfred Wegener Symposium“ ses and interested individuals to the exhibition of the durch. Als Begleitprogramm wurden historische Fil- participating institutes. The evening ceremony with me aus der Polarforschung in einem Bremerhavener minister Bulmahn had an audience of almost 2000 und in einem Bremer Kino gezeigt. Am Festabend zu visitors. On February 15th, Bremerhaven’s City The- Ehren Alfred Wegeners im Stadttheater Bremerhaven atre provided the overture to the ‘City of Science am 1. November 2005 nahmen 550 Personen teil. 2005’ in Bremerhaven with a reading in scenes at Neben Musik, einer szenischen Lesung „Wer war Alf- the AWI. Between May 31st and August 31st, the red Wegener? Ein Rückblick auf sein Leben“, einer ‘Gegenpol’ art project by Cologne sculptor Lutz Präsentation „Von Alfred Wegeners Kontinentalver- Fritsch was on display. Another joint project between schiebung zur modernen Plattentektonik“ wurde die the AWI and Lutz Fritsch took place in August/Sep- Al-fred-Wegener-Medaille der GeoUnion Alfred- tember: ‘Snowball – a global throw by Lutz Fritsch’. Wegener-Stiftung verliehen. From June 23 to July 21, the ‘Discoveries’ exhibition Die Institutsbesichtigungen wurden 2004 und 2005 wie bisher fortgesetzt und fanden großen Anklang.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1259Abs1259 005.04.20065.04.2006 11:55:3011:55:30 UhrUhr 260 12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Public relations department

was on show at the Lower Town Hall in Bremen. The exhibition provided insights into the work of numerous research institutions, including, aside from the AWI, the International University of Bremen (IUB), Stadt der Wissenschaft 2005 the Max Planck Institute for Microbiology, the Uni- Zur Eröffnungsveranstaltung „Stadt der Wissenschaft versity of Bremen, the RCOM and the Center for Tro- 2005“ am 16. Februar in Bremen besuchten viele pical Marine Ecology (ZMT). The core project in Bre- Schulklassen und Interessierte die Ausstellung der be- merhaven, the ‘Pier of Science’, was launched on teiligten Institute. Die abendliche Eröffnung mit Min- June 24th. On July 1, the ‘Container Terminal exhibi- isterin Bulmahn fand vor fast 2000 Zuhörern statt. tion – Marine Science from Bremerhaven’ followed Den Auftakt für die „Stadt der Wissenschaft 2005“ in suit and opened its doors. The show included an ex- Bremerhaven machte am 25. Februar die szenische tensive support programme and remained on display Lesung des Stadttheaters Bremerhaven im AWI. Vom at the Hans Scharoun Square between the AWI and 31. Mai bis zum 31. August lief das Kunstprojekt German Maritime Museum throughout the summer „Gegenpol“ des Kölner Bildhauers Lutz Fritsch. Ein and during the festival of tall ships (SAIL). Approxi- weiteres Gemeinschaftsprojekt von AWI und Lutz mately 19,000 visitors came to see the exhibition, Fritsch fand im August / September statt: „Schneeball which was extended until September 30th due to – ein globaler Wurf von Lutz Fritsch“. Vom 23. Juni its great popularity. Throughout the SAIL, ‘Belem’, a bis zum 21. Juli war die Ausstellung „Entdeckungen“ in der Unteren Rathaushalle in Bremen zu sehen, an der neben dem AWI die International University Bre- men (IUB), das Max-Planck-Institut für Mikrobiolo- gie, die Universität Bremen, das RCOM und das Zen- trum für Marine Tropenökologie (ZMT) Einblick in ihre Arbeit gaben. Das Herzstück der Bremerhavener Projekte, die ‚Pier der Wissenschaft‘, wurde am 24. Juni eröffnet. Am 1. Juli folgte die Eröffnung der Aus- stellung ‚Containerterminal – MeerWissen aus Bre- merhaven‘, die mit einem umfangreichen Begleitpro- gramm während des ganzen Sommers einschließlich der SAIL auf dem Hans-Scharoun-Platz zwischen AWI und DSM zu sehen war. Etwa 19 000 Interes- sierte besuchten die Ausstellung, die aufgrund des Kinder experimentieren mit Tauchrobotern beim großen Zuspruchs bis zum 30. September verlängert Abschlussfest der Stadt der Wissenschaft 2005. wurde. Während der SAIL wurde die ‚Belem‘, eine Children experimenting with a diving roboter. französische Dreimast-Bark, als Schiff der Wissen- Closing Event of the ‘City of the Science 2005‘. schaft mit einem Programm für Kinder bespielt. Mit (Photo: C. Pichler) einem furiosen Finale, das auf dem Theodor-Heuss- Platz, in der Hochschule Bremerhaven und im Alfred-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1260Abs1260 005.04.20065.04.2006 11:55:3611:55:36 UhrUhr 261

French three-masted barque and ‘Ship of Science’ was the venue for a children’s programme. The ‘City of Science 2005’ culminated in a grand finale on Wegener-Institut an der Columbusstraße sowie im November 30th, which took place on Theodor Heuss Stadttheater Bremerhaven stattfand, ging die ‚Stadt Square, at the University of Applied Sciences Bre- der Wissenschaft 2005‘ am 30. November zu Ende. merhaven, at the Alfred Wegener Institute (Colum- Ein Highlight über den Rahmen der Stadt der Wis- busstrasse) and in Bremen’s City Theatre. senschaft 2005 und das 25-jährige Jubiläum hinaus One of the highlights beyond the ‘City of Science war im Herbst 2005 die Buchvorstellung des Bildban- 2005’ and the Institute’s 25th anniversary was the des ‚Logbuch Polarstern: Expedition ins antarktische book launch of ‘Logbuch Polarstern: Expedition ins Packeis‘, (ISBN 3-89405-654-1) vom Verlag Freder- antarktische Packeis’ (‘Logbook Polarstern: Expedi- king & Thaler auf der ‚Polarstern‘. Aus der Zusam- tion into the Antarctic pack ice’) in the autumn of menarbeit mit dem Fotografen Ingo Arndt und dem 2005 aboard ‘Polarstern’. Photographer Ingo Arndt Wissenschaftsjournalisten Claus-Peter Lieckfeld, die and science journalist Claus-Peter Lieckfeld co-au- während der ISPOL-Expedition an Bord von ‚Polar- thored the illustrated book (ISBN 3-89405-654-1, stern‘ waren, entstand außerdem ein umfangreicher published by ‘Frederking & Thaler) after their partici- Artikel in GEO (August 2005). pation in the ISPOL expedition aboard ‘Polarstern’. In addition, this gave rise to an extensive article in Drucksachen, Filme, Internet GEO (August 2005). 2004 und 2005 erschienen der Zweijahresbericht 2002/03, die Beispiele aus unserer Forschung Printed material, Films, Internet 2002/03, eine Broschüre über den Neubau am Han- In 2004 and 2005, we published the ‘Biannual Re- delshafen, eine Neuauflage der Broschüre über die port 2002/03’, the ‘Examples of our Research Wattenmeerstation Sylt und ein Faltblatt über Alfred 2002/03’, a brochure about the new building at Han- Wegener. Außerdem wurden drei A2-Poster für Kin- delshafen, a new edition of the brochure about the der über die Arktis, Antarktis und Polarstern heraus- Wadden Sea Station on Sylt and a leaflet about Alf- gegeben. red Wegener. In addition, we produced three A2-for- Zur Deutsch-Französischen Forschungsbasis (AWI- mat posters for children, featuring the Arctic, Antarc- PEV) hat die Öffentlichkeitsarbeit Postkarten, Auf- tic and Polarstern respectively. kleber, Hausschilder, Stempel und eine Broschüre Acknowledging the French-German Research Base (78° 56’ N 11° 56’ E, Die Deutsch-Französische For- (AWIPEV), the public relations department has pro- schungsbasis) erstellt. Gestaltung und Druck der Bro- duced postcards, stickers, signs, stamps and a bro- schüre ‚International Polar Year 2007/08 - Der deut- chure (‘78°‘ 56’ N 11° 56’ E, The French-German sche Beitrag – Eine Vision für Forschung und Innovative Research Base‘). Design and printing of the brochure Technologien‘ wurden unterstützt. ‘International Polar Year 2007/08 – the German con- Zur SCAR-Konferenz wurde der neue AWI-Informa- tribution – a vision for research an innovative tech- tionsfilm ‚Eis und Meer‘ in Englisch und Deutsch auf nologies was supported. DVD fertig gestellt. Die Produktion konnte weit gehend selbst übernommen werden und auf eigenes

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1261Abs1261 005.04.20065.04.2006 11:55:4411:55:44 UhrUhr 262 12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Public relations department

For the SCAR conference, the new AWI documentary film ‘Ice and Sea’ was produced as a DVD both in German and English. The production was largely in- Filmmaterial zurückgreifen. Hierbei hat sich der Auf- ternal and we were able to draw almost entirely from bau der Videodatenbank in der Öffentlichkeitsarbeit our own film material. In this context, the develop- bewährt. Beim ‚World Media Festival‘ am 11. Mai ment of a video data base within the pu-blic relati- 2005 in Hamburg wurde der Film mit dem Silver ons department has proved to be invaluable. During Award in der Kategorie Public Relations: Research the ‘World Media Festival’ on May 11th, 2005 in and Science ausgezeichnet. Hamburg, the film won the Silver Award in the cate- Für das Jubiläumsjahr 2005 hat das Institut im No- gory ‘Public Relations: Research and Science’. vember 2004 einen Kalender herausgegeben, der die For the anniversary year 2005, the Institute pu- vier Standorte in Deutschland, die dortige Arbeit so- blished a calendar in November 2004, featuring the wie unsere Logistik und Technik darstellt. Im Januar four AWI locations in Germany and their work, as 2005 erschien ein Programmheft mit den Veranstal- well as our logistic and technical facilities. A pro- tungen für das ganze Jahr. gramme booklet describing the upcoming events for Wir haben 2005 unsere Vortragsreihe für die Öffent- 2005 was published in January of that year. lichkeit unter dem neuen Titel ‚Eis und Meer‘ moder- In 2005, we modernized our public seminar series nisiert. Sie wurde nach Bremen ausgeweitet und in under the new title ‘Ice and Sea’. It has since been größere Räume verlagert: in Bremerhaven in den Vor- extended to include seminars in Bremen and now tragssaal des Deutschen Schiffahrtsmuseums und in takes place in larger rooms, i.e. in the auditorium of Bremen in das Übersee-Museum. the German Maritime Museum in Bremerhaven and Das Multimedia-Projekt ‚Expedition ins Eis – Wa- in the Overseas Museum in Bremen. rum Eisbären keine Pinguine fressen‘ erhielt am 4. On June 4, the multimedia project ‘Expeditions Juni den SPD-Jugendpreis 2004 für innovative Jugend- into the ice – why polar bears don’t eat penguins’ arbeit. Die Kooperation zwischen den Schulen und received the 2004 SPD Youth Award for innovative den Offenen Kanälen aus Bremerhaven und Gera, youth work. In addition, the cooperation between dem Kulturladen Wulsdorf und dem AWI gewann the schools and the Open Channels of Bremerhaven noch zwei weitere Preise: den Bremer Jugendpreis and Gera, the ‘Kulturladen Wulsdorf’ and the AWI der SPD, ‚Goldene Göre‘ des Deutschen Kinderhilfs- won two other awards, i.e. the Bremen Youth Prize werks und den ‚European multimedia literacy award‘ of the SPD, ‘Goldene Göre’ of the ‘Kinderhilfswerk’ des österreichischen Bildungsministeriums. and the European multimedia literacy award of the Zur Festveranstaltung des 25-jährigen AWI-Jubilä- Austrian Ministry of Education. ums am 15. Juli wurde als Festschrift ‚EIS/WEISS: A commemorative publication was produced for 1980-2005 – Jahre voller Entdeckungen‘ in deutscher the AWI’s 25th anniversary gala on July 5th. ‘Ice/White: und englischer Sprache erstellt. Das Heft gibt einen 1980-2005 – Years of Discovery’ was published in populärwissenschaftlichen Überblick über die Arbeit am Institut und wurde von der Zeitschrift ‚Bild der Wissenschaft‘ aufgrund der journalistischen Qualität als Jahresempfehlung 2006 benannt. Diese Auszeich-

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1262Abs1262 005.04.20065.04.2006 11:55:4511:55:45 UhrUhr 263

both German and English. The magazine gives a popular scientific overview of the institute and its operation. On the basis of its journalistic quality it nung wird jährlich an eine Publikation aus wissen- received the annual recommendation of the ‘Bild der schaftlichen Einrichtungen Deutschlands vergeben. Wissenschaft’ journal. This award is presented an- Zum Jubiläum wurden außerdem diverse Souvenirs nually to a selected scientific publication from any herausgegeben. scientific institution in Germany. Furthermore, we Die allgemein informierenden AWI-Internetseiten produced several souvenirs for the anniversary. werden von der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit lau- Regular updating of the general AWI-Internet pages fend aktualisiert. Zum 125. Geburtstag von Alfred- is a permanent task of the PR department. On occa- Wegener erarbeiteten wir populärwissenschaftliche sion of the 125th anniversary of Alfred Wegeners Internetseiten unter der Überschrift ‚Die Erben Alf- birth we designsed popular scientific web pages en- red-Wegeners‘, die Journalisten zur Recherche zur titled ‚Die Erben Alfred Wegeners‘, which should Verfügung stehen. assist journalistic inquiries. Zur internen Information über die Medienarbeit Intranet pages have been providing internal infor- wurden Intranetseiten erstellt. Ebenfalls für unseren mation about the media work. For our internet debut, Internetauftritt wurde ein virtueller Rundgang über we produced a virtual tour of ‘Polarstern‘. In addi- die Polarstern erstellt. Außerdem haben wir eine Pow- tion, a model Power Point presentation has been de- erpoint-Präsentation erarbeitet, die allen Mitarbeitern veloped and posted on the intranet which is available im Intranet als Vorlage und Baukasten für eigene Prä- to all staff members for their own presentations. sentationen zur Verfügung steht.

Cooperation with schools Kooperation mit Schulen During 2004 and 2005, the collaboration of the Alf- In den Jahren 2004-2005 wurde die Kooperation des red Wegener Institute with schools and Kindergar- Alfred-Wegener-Instituts mit Schulen und Kindergär- tens was continued successfully. Collaboration with ten erfolgreich fortgesetzt. Im Zentrum standen die Bremerhaven secondary schools in the Highsea pro- Zusammenarbeit mit Bremerhavener Gymnasien im ject (High School of Science & Education @ the AWI) Highsea (HIGHschool of Science & Education @ the were as central as involvement in the ‘Seaside‘ pro- AWI) Projekt sowie das Engagement im Seaside Pro- ject with emphasis on primary schools. jekt mit Schwerpunkt bei den Grundschulen.

Highsea Im November 2005 wurden Konzept und Realisie- rung des Schulprojekts durch den ‚Stiftungspreis der Bremerhavener Wirtschaft’ gewürdigt. In der noch nicht abgeschlossenen externen Evaluation durch die Universität Essen werden erste Unterschiede

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1263Abs1263 005.04.20065.04.2006 11:55:4511:55:45 UhrUhr 264 12. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Public relations department

Highsea In November of 2005, the design and implementation of the school project were recognised through zwischen Highsea und der Bremerhavener Kontroll- the ‘Foundation Prize of the Bremerhaven Economy’. gruppe aufgezeigt: Highsea Schüler und Schülerin- An ongoing external evaluation, conducted by the nen sind besser im Formulieren von Arbeitshypothe- University of Essen, has demonstrated initial diffe- sen sowie im Erkennen und Formulieren von fächer- rences between Highsea participants and the control übergreifenden Zusammenhängen als Schüler der group in Bremerhaven: Highsea students are sho- Kontrollgruppe. wing a greater ability to formulate working hypothe- Im Mai 2005 legten die Teilnehmer des ersten High- ses and to recognise and express interdisciplinary sea-Jahrgangs ihre Abiturprüfungen ab, die Abschluss- relationships, than students of the control group. urkunden überreichte Bildungssenator Willi Lemke in In May 2005, the first cohort of Highsea students einem Festakt am 4. Juli. Neben den obligaten schrift- completed their ‘Abitur’ examinations; certificates of lichen Prüfungen im Leistungskurs Biologie wurden completion were presented by Education Senator Leistungen aus drei weiteren Fächern des Projekts Willi Lemke during a ceremony on July 4th. Apart geprüft. Die Ergebnisse der schriftlichen Leistungs- from the mandatory written exams in the major kursklausuren liegen mit einem Schnitt von 11,4 course - Biology, performances in three other sub- Punkten (von max. 15 Punkten) deutlich über den Er- jects of the project were examined. The average gebnissen normaler Leistungskursklausuren. Beson- results of written major course exams (11.4 out of 15 ders in den mündlichen Prüfungen (Notenschnitt 13,9 points maximum) were significantly higher than in von 15 Punkten) beeindruckten die Prüflinge durch regular major courses. Especially during the oral ihr fundiertes und fachübergreifend vernetztes Wis- examinations (performance average 13.9 out of 15 sen sowie durch ihre souveräne Darstellung dieser points maximum), the candidates left a strong impres- Zusammenhänge. sion as a result of their sound knowledge, their abi- Die meisten Schülerinnen & Schüler des zweiten lity to integrate across disciplines and their confident Highsea Jahrgangs beendeten ihre Sommerferien presentation of the subject matter. 2005 bereits nach vier Wochen, um für die letzten Most students of the second Highsea cohort retur- zwei Wochen an einer Forschungsfahrt mit einem ned early from their summer holidays in 2005 so Traditionssegler in die Arktis bei Spitzbergen teilzu- that, for the remaining two weeks, they could parti- nehmen. In Zusammenarbeit mit Klimawissenschaft- cipate in a research expedition to the Arctic near lern des AWI wurde ein Messprogramm entwickelt, Spitsbergen on a traditional sailing vessel. In colla- das die Schüler weit gehend selbstständig durchfüh- boration with AWI climate researchers, a data recor- ren und auswerten konnten. Auch wenn das Messpro- ding programme was developed which could be gramm aufgrund ungünstiger Wetterbedingungen und completed and analysed largely independently by organisatorischer Probleme mit der Stammcrew des the students. Although unfavourable weather condi- Bildungsloggers nicht im geplanten Umfang durchge- tions and organisational problems with the regular führt wurde, konnte das didaktische Ziel der Expedi- tion erreicht werden. Die Finanzierung der Fahrt wurde zum größten Teil durch Sponsorengelder sichergestellt.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1264Abs1264 005.04.20065.04.2006 11:55:4611:55:46 UhrUhr 265

crew of the vessel limited the extent of the proposed recording programme, the educational goals of the expedition were reached nevertheless. The voyage Für die Jahrgänge III und IV planen wir ähnliche Ex- was financed largely through sponsorships. peditionen mit einem anderen Traditionssegler. Seit For the upcoming cohorts III and IV, we are plan- dem letzten Aufnahmeverfahren arbeiten wir auf Wei- ning similar expeditions with a different traditional sung des zuständigen Oberschulrates nur noch mit tall ship. Since the most recent recruitment process, dem Schulzentrum Geschwister Scholl zusammen, and following a directive from the responsible High der Highsea Jahrgang IV ist davon als erster be-troffen School Council, we have been working exclusively und rekrutiert sich ausschließlich aus dieser Schule. with the Geschwister Scholl School. Highsea cohort Die Auswirkungen dieser Maßnahme können wir zur- IV will be the first one affected by the regulation. It zeit noch nicht abschätzen. is recruited entirely from this school. We are not yet able to assess the consequences of this measure. Seaside Besonders die Zusammenarbeit mit den Grundschu- Seaside len hat sich mit der Einführung des neuen Konzepts The collaboration with primary schools in particular der besseren Vor- und Nachbereitung eines AWI-Be- has been intensified as a result of the new concept suchs stark intensiviert. Bei den Schulen stößt unser for improved preparation and post-processing of an Angebot auf reges Interesse. Die Anzahl besuchender AWI visit. Our offer has been met with strong inte- Kindern stieg von 151 im Gründungsjahr 2003 auf rest by the schools. The number of visiting children 421 im Jahr 2004, in 2005 betreuten wir mit 1112 has increased from 151 in 2003 when the programme Kindern mehr als doppelt so viele wie im Vorjahr. was launched, to 421 in 2004. In 2005, we looked Neben Bremerhavener Klassen interessieren sich zu- after 1112 children, i.e. more than twice as many as nehmend auch Schulen aus dem Umland für unser in the previous year. Apart from school classes in Projekt. Bremerhaven, we have seen a rising interest from Neben den aufgeführten Projekten stand die Ent- schools in the surrounding area. wicklung und Planung der Sommerschule Wasser im Other than the projects mentioned previously, our Rahmen der Veranstaltungen zur Stadt der Wissen- programme included the development and design of schaft auf dem Programm. Diese Veranstaltung wurde the summer school ‘Water’ as part of the ‘City of Sci- gemeinsam von fünf Partnern in Bremerhaven (Deut- ence’. This event was realised jointly by five partners sches Schiffahrtsmuseum, Historisches Museum Bre- in Bremerhaven (German Maritime Museum, ‘Histo- merhaven, Hochschule Bremerhaven, Zoo am Meer rical Museum Bremerhaven’, ‘Zoo by the Sea’ and und Phänomenta/Nordseemuseum) durchgeführt. ‘Phänomenta/North Sea Museum’). We organised a to- Insgesamt wurden von uns 535 Besuchstage für 45 tal of 535 visiting days for 45 study groups. Hence, we Lerngruppen organisiert: 10 924 Mal haben wir damit opened AWI´s doors 10,924 times to school student. die Tür des AWI für einen Schüler oder eine Schülerin geöffnet!

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1265Abs1265 005.04.20065.04.2006 11:55:4611:55:46 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1266Abs1266 005.04.20065.04.2006 11:55:4711:55:47 UhrUhr 267

13. Personeller Aufbau und Haushaltsentwicklung Personnel structure and budget trends

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1267Abs1267 005.04.20065.04.2006 11:55:5711:55:57 UhrUhr 268 13. Personeller Aufbau und Haushaltsentwicklung Personnel structure and budget trends 13.1 Personalplan 2004/2005 Staff plan 2004/2005

Die personelle Entwicklung im Berichtszeitraum ist in den nachstehenden Übersichten dargestellt.

Bremerhaven am 31.12.2004 am 31.12.2005 unbefristetes Personal 275 296 befristetes Personal 294,5 306

Summe 569,5 602 davon drittmittelfinanziert 117 144

Potsdam am 31.12.2004 am 31.12.2005 unbefristetes Personal 33 32 befristetes Personal 47 46

Summe 80 78 davon drittmittelfinanziert 20 12

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1268Abs1268 005.04.20065.04.2006 11:56:1711:56:17 UhrUhr 269

Helgoland am 31.12.2004 am 31.12.2005 unbefristetes Personal 44 44 befristetes Personal 14 11

Summe 58 55 davon drittmittelfinanziert 3 3

List/Sylt am 31.12.2004 am 31.12.2005 unbefristetes Personal 19 19 befristetes Personal 18 15

Summe 37 34 davon drittmittelfinanziert 4 4

Stiftung AWI gesamt am 31.12.2004 am 31.12.2005 unbefristetes Personal 371 391 befristetes Personal 373,5 378

Summe 744,5 769 davon drittmittelfinanziert 144 163

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1269Abs1269 005.04.20065.04.2006 11:56:1711:56:17 UhrUhr 270 13. Personeller Aufbau und Haushaltsentwicklung Personnel structure and budget trends

Personalentwicklung im AWI von 1992 bis 2005 (in Vollzeitequivalenten) 900

800

700 163 162 166 158,5 144 145 139 600 126

500 80 100,5 236,5 105,5 247 251 247 70 239 267 51 204,5 218 400 40,5 200 205 183 186 183 300 162

200 353,5 369,5 336 330,5 327 323 344 340,5 236 243 238 236,5 100 214 227

0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

unbefr. Personal Annex Drittmittel

Personalentwicklung im AWI von 1992 bis 2005 (in Personen) 900

816 800 778 788 785 761 742 714 726 700

600 567 549 551 510 500 481 456

400

300

200

100

0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1270Abs1270 005.04.20065.04.2006 11:56:1811:56:18 UhrUhr 271 13.2 Finanzplan 2004/2005 Financial plan 2004/2005

Stiftung AWI Insel- Ist am 31.12.2004Insel- Ist am 31.12.2005 Bremerhaven stationen Potsdam gesamt Bremerhaven stationen Potsdam gesamt T€ T€ T€ T€ T€ T€ T€ T€ Betrieb Personal 22.761 3.733 2.264 28.758 22.693 3.719 2.435 28.847 Sachmittel 36.175 4.856 1.359 42.390 37.803 4.880 1.160 43.843

Investitionen Laufende Investitionen 6.421 875 465 7.761 7.596 622 258 8.476 Investitionen > 2,5 Mio € 14.951 2.447 0 17.398 5.330 811 0 6.141

Einnahmen Erlöse u. Erträge -1.150 -728 -2 -1.880 -1.472 -743 -3 -2.218

Gesamt 79.158 11.183 4.086 94.427 71.950 9.289 3.850 85.089 Drittmittel 8.622 596 1.246 10.464 12.438 475 1.504 14.417

Werte in T€ Finanzplan 2004 / 2005 110.000 100.000

90.000

80.000

70.000

60.000

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

-10.000 Bremerhaven Bremerhaven Inselstationen Inselstationen Potsdam Potsdam Gesamt vorl. Gesamt 2004 2005 2004 2005 2004 2005 2004 2005

Erlöse und Erträge Personal SachmittelLaufende Investitionen Ausbauinvestitionen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1271Abs1271 005.04.20065.04.2006 11:56:1811:56:18 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1272Abs1272 005.04.20065.04.2006 11:56:1911:56:19 UhrUhr 273

14. Veröffentlichungen, Patente Publications, patents

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1273Abs1273 005.04.20065.04.2006 11:56:3611:56:36 UhrUhr 274 14.1 Veröffentlichungen des Instituts Publications of the Institute 14.1 Veröffentlichungen des Instituts Publications of the Institute

Berichte zur Polarforschung Heft 471/2004 – „Late Quaternary sedimentation history Heft 484/2004 – „Wavelength dependent induction of the Lena Delta“, by Georg Johannes Schwamborn and biosynthesis of UV-absorbing mycosporine-like Heft 475/2004 – „The expedition ARKTIS XIX/4 of the amino acids in marine macroalgae“, by Gudrun research vessel POLARSTERN in 2003: reports of Kräbs legs 4a and 4b“, ed. by Wilfried Jokat Heft 485/2004 – „A numerical model for short-term ice Heft 476/2004 – „Variabilität chemischer und physika- forecasting in the Arctic“, by Jan Leonhard Lieser lischer Parameter des Aerosols in der arktischen Heft 486/2004 – „Zum Einfluß troposphärischer Aero- Troposphäre“, von Claudia Piel sole auf das Klima der Arktis“, von Martin Fortmann Heft 477/2004 – „Die Entwicklung der deutschen Watt- Heft 487/2004 – „Parallel filter algorithms for data assi- forschung: Ein wissenschaftlicher Beitrag zur Bedeu- milation in oceanography“, by Lars Nerger tung der Pionierarbeiten“, von Hauke Bietz Heft 488/2004 – „The expedition ARKTIS XIX/3 of the Heft 478/2004 – „Multidecadal and NAO related varia- research vessel POLARSTERN in 2003: Reports of bility in a numerical model of the North Atlantic legs 3a, 3b and 3c“, ed. by Michael Klages, Jörn circulation“, by Jennifer P. Brauch Thiede and Jean-Paul Foucher Heft 479/2004 – „Scientific cruise report of the Kara Heft 489/2004 – „Expeditions in Siberia in 2003“, ed. Sea Expedition with RV ‚Akademik Boris Petrov’ in by Lutz Schirrmeister 2003 within the frames of the Russian-German pro- Heft 490/2004 – „Modern sedimentation processes ject ‚SIRRO’ and the Russian-Norwegian project in the Kara Sea (Siberia)“, by Andrea Catalina ‚MAREAS’“, ed. by Frank Schoster and Michael Gebhardt Levitan Heft 491/2004 – „Bentho-pelagische Kopplungspro- Heft 480/2004 – „Environment, adaption and evolu- zesse im arktischen Mellemfjord (Westgrönland) tion: Scallop ecology across the latitudinal gradi- unter besonderer Berücksichtigung benthischer Per- ent“, by Olaf Heilmayer acarida (Malacostraca, Crustacea)“, by Jörg Nickel Heft 481/2004 – „The expedition ARKTIS XIX/1 a, b Heft 492/2004 – „The coastal ecosystem of Kongsfjor- and XIX/2 of the research vessel ‚POLARSTERN’ in den, Svalbard. Synopsis of biological research per- 2003“, ed. by Ursula Schauer and Gerhard Kattner formed at the Koldewey Station in the years 1991 – Heft 482/2004 – „Arctic Coastal Dynamics: Report of 2003“, ed. by Christian Wiencke the 4th International Workshop. VNIIOkeanogeolo- Heft 493/2004 – „Ontogeny of osmoregulatory func- gia, St. Petersburg (Russia), 10 – 13 November 2003“, tions and structures of three decapod crustaceans ed. by Volker Rachold and Georgy Cherkashov from the North Sea“, by Ude Cieluch Heft 483/2004 – „Reproductive trade-offs in benthic Heft 494/2005 – „Community dynamics and develop- decapod crustaceans of high southern latitudes: ment of soft bottom macrozoobenthos in the Ger- tolerance of cold and food limitation“, by Sven man Bight (North Sea) 1969 – 2000“, by Alexander Thatje Schroeder

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1274Abs1274 005.04.20065.04.2006 11:56:4211:56:42 UhrUhr 275

Heft 495/2005 – „Die Expedition ANTARKTIS-XX mit the 5th International Workshop, McGill University, FS ‚Polarstern’ 2002/2003: Bericht von den Fahrtab- Montreal (Canada), 13-16 October 2004“, ed. by schnitten 1 und 2“, ed. by Dieter K. Fütterer and Volker Rachold, Hugues Lantuit, Nicole Couture Gerhard Kattner and Wayne Pollard Heft 496/2005 – „Reproduction strategies and distribu- Heft 507/2005 – „Evolution of Antarctic Fauna: Exten- tion of larvae and juveniles of benthic soft-bottom ded abstracts of the IBMANT/ANDEEP International invertebrates in the Kara Sea (Russian _Arctic)“, by Symposium and Workshop in 2003“, ed. by Sven Ingo Fetzer Thatje, Javier A. Calcagno and Wolf E. Arntz Heft 497/2005 – „Großräumige Zirkulationsstrukturen Heft 508/2005 – „Calanoid copepod resting eggs – a in einem nichtlinearen adaptiven Atmosphärenmo- safeguard against adverse environmental conditions dell“, von Matthias Läuter in the German Bight and the Kara Sea?“, by Marcus Heft 498/2005 – „Terrigener Sedimenteintrag und Engel Paläoumwelt im spätquartären Arktischen Ozean: Heft 509/2005 – „The expedition El’gygytgyn Lake Rekonstruktionen nach Haupt- und Spurenelement- 2003 (Siberian Arctic)“, ed. by Martin Melles, Pavel verteilungen“, von Frank Schoster Minyuk, Julie Brigham-Grette and Olaf Juschus Heft 500/2005 – „The expeditions ANTARKTIS XXI/3-4-5 Heft 510/2005 – „Stability of the climate system of the research vessel ‚Polarstern’ in 2004“, ed. by and extreme climates in model experiments“, by Victor Smetacek, Ulrich Bathmann, Elisabeth Vanya Romanova Helmke Heft 511/2005 – „Untersuchungen zu gezeitenbe- Heft 499/2005 – „Der Einfluss der Großen Meteorbank dingten Höhenänderungen des subglazialen Lake auf die Ernährungsbiologie und Verteilung dominan- Vostok, Antarktika“, von Anja Wendt ter Calanoida (Crustacea, Copepoda)“, von Lutz Heft 512/2005 – „Demography, reproductive biology Fischer and trophic ecology of red coral (Corallium rubrum Heft 501/2005 – „Pechora sea environments: Past, pre- L.) at the Costa Brava (NW Mediterranean): Ecologi- sent, and future“, ed. by H.A. Bauch, Yu A. Pavlidis, cal data as a tool for management“, by Georgios Ye I. Polyakova, G.G. Matishov, N. Koc Tsounis Heft 502/2005 – „Distribution and mobility of juvenile Heft 513/2005 – „Rekonstruktion tausendjähriger aero- polychaeta in a sedimentary tidal environment“, by solchemischer Eiskernzeitreihen aus Nordostgrön- Norma Angélica Hernández-Guevara land: Quantifizierung zeitlicher Veränderungen in Heft 503/2005 – „The expedition ANTARKTIS XXI/2 Atmosphärenzirkulation, Emission und Deposition“, (BENDEX) of RV ‚Polarstern’ in 2003/2004“, ed. by von Birgit Mieding Wolf E. Arntz and Thomas Brey Heft 514/2005 – „Radiation conditions in an Antarctic Heft 504/2005 – „Sea ice conditions in the northern environment“, by Sigrid Wuttke North Atlantic in 2003 and 2004“, compiled by Heft 515/2005 – „Südöstlicher Atlantik und südwestli- Jan L. Lieser cher Indik: Rekonstruktion der sedimentären und Heft 505/2005 – „Biodiversity, zoogeography and eco- tektonischen Entwicklung seit der Kreide. AISTEK-I: logy of polychaetes from the Magallan region and Agulhas Transect. Report of the RV ‚Sonne’ cruise adjacent areas“, by Américo Montiel San Martín SO-182, Project AISTEK-I, 4 April to 18 May 2005“, Heft 506/2005 – „Arctic Coastal Dynamics: Report of ed. by Gabriele Uenzelmann-Neben

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1275Abs1275 005.04.20065.04.2006 11:56:4311:56:43 UhrUhr 276 14.1 / 2 Veröffentlichungen des Instituts /der Mitarbeiter Publications of the Institute / by members of staff

Heft 516/2005 – „Kontinental-Verschiebungen“, Origi- zur Einweihung der Bibliothek im Eis im Rahmen nalnotizen und Literaturauszüge von Alfred Wege- des Neujahrsempfangs am 19. Januar 2005 ner, hrsg. von Reinhard Krause und Jörn Thiede 2004: 8 pp. Heft 517/2005 – „Scientific cruise report of the Arctic Expedition ARK-XX/3 of RV ‚Polarstern’ in 2004: 78°56’N 11°56’E: Die Deutsch-Französische Forschungs- Fram Strait, Yermak Plateau and Eastern Greenland basis; Ny-Ålesund, Spitzbergen Continental Margin“, ed. by Ruediger Stein Text- und Bildrecherche: B. Saier (Halifax) Heft 518/2005 – „Exploring the neogene sedimentation Text- und Bildredaktion: J. Kube, C. Pichler, M. of the eastern South Atlantic with reflection seismic Pauls (verantwortlich), A. Hormes, R. Neuber data“, by Etienne Wildeboer Schut Hrsg.: Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Mee- resforschung; Institut Polaire Francaise, Plouzané, 2005: 29 pp. Presse- und Öffentlichkeitsarbeit: Das AWI in den Jahren 2002 und 2003 Eis, Weiß: 1980 - 2005, Jahre voller Entdeckungen Report 2002/2003 2005: 87 pp. 2004: 308 pp. Redaktion: F. Poppe, T. Fischer, M. Pauls (verant- Redaktion: M. Pauls, C. Pichler wortlich) Ice, White: 1980 – 2005, years of discovery Beispiele aus unserer Forschung 2003 2005: 87 pp. Research Highlights 2003 2004: 84 pp. Der Arktis-Klima-Report: Die Auswirkungen der Erwärmung / Deutsche Ausgabe Wattenmeerstation Sylt: Ökologie der Küsten; Convent Verlag GmbH, Hamburg und Alfred-Wege- Coastal Ecology ner-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bremer- 2004: 72 pp. haven. Übersetzung aus dem Englischen: M. Benthack Redaktion: M. Pauls (verantwortlich), C. Pichler, und M. Klostermann. L. Wöhlke, C. Antrick, K. Reise 2005: 140 pp. Originaltitel: Impacts of warming Arctic, Cambridge Alfred-Wegener-Institut – der Neubau in Bremerhaven University Press, Cambridge 2004: 24 pp. Redaktion: Steidle + Partner, München Wegener, Alfred: Die Entstehung der Kontinente und Ozeane: Fritsch, Lutz: Bibliothek im Eis: Library in ice, Nachdruck der 1. Auflage 1915; mit handschriftli- Antarctic 70°39’S 08°15’W. chen Bemerkungen von Alfred Wegener, Notizen Editor/Hrsg.: Alfred-Wegener-Institut für Polar- und und Briefen sowie neu erstelltem Index; Nachdruck Meeresforschung der 4. umgearbeiteten Auflage 1929; mit neu erstell- For the opening of the Library in Ice: during the tem Index./ hrsg. vom Alfred-Wegener-Institut für New Years’s Reception on 19. January 2005 at the Polar- und Meeresforschung. – Berlin; Stuttgart: Bremer Rathaus; Borntraeger, 2005: 481 pp.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1276Abs1276 005.04.20065.04.2006 11:56:4311:56:43 UhrUhr 277 14.2 Veröffentlichungen der Mitarbeiter Publications by members of staff

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2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1277Abs1277 005.04.20065.04.2006 11:56:4411:56:44 UhrUhr 278 14.2 Veröffentlichungen der Mitarbeiter Publications by members of staff

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2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1278Abs1278 005.04.20065.04.2006 11:56:4411:56:44 UhrUhr 279

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2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1336Abs1336 005.04.20065.04.2006 11:57:1511:57:15 UhrUhr 337

Wuttke, S., Seckmeyer, G., Schrems, O., König-Langlo, Schutzrechtsanmeldungen (Patente) G. (2005). Radiation Measurements at the German AWI 2004 und 2005 Antarctic Neumayer Station, Proceedings of SPIE, 5886, 588608-1 - 588608-10. Intellectual Property Rights AWI ﬁ led in 2004 and 2005

Ahammer, H., König-Langlo, G., Janneck, J. (2004). Verfahren zum Bau eines in Dauerschnee eingelas- senen Nutzbauwerks und höhenverstellbare Flach- dachkonstruktion zur Durchführung des Verfahrens mit Kletterschalung, Patent DE10 2004 003 594.6. Ahammer, H., Sulzbach, F. (2004). Neigungseinstellbare Treppe zum variablen Ausgleich unterschiedlicher Niveaudifferenzen mit selbsttätiger Arretierung durch Selbsthaltung, Patent DE10 2004 010 651.7-25. Baum, C., Haugland, T. (2004). Viscoelastic coating paste for protecting against macrofouling and method for producing a coating Patents AU 2004211443, CA 2516121, US 10/545.596, NO 2005 4054, EP 04710337.9, AO 8675, HG 075/04. Bringmann, G., Hentschel, U., Ziebur, W., Kozitskaya, S., Lang, G., Schaumann, K., Steffens, S., Müller, W. (2004). Tajixanthone hydrate and tajixanthone hydrate derivates, biological activities thereof, and use thereof, PCT/EP2004/007238. Buck, B. H., Buchholz, C. M. (2004). Support device for the cultivation of macro organisms in marine waters, Patents PCT/DE2005/000234. Buck, B. H., Buchholz, C. M. (2004). Trägervorrichtung zur Kultur von Makroorganismen in marinen Gewässern, Patent DE10 2004 010 652.5. Buck, B. H., Wunsch, M. (2005). Inspektionseinrichtung für Unterwasserstrukturen mit einer Positioniervor- richtung, Patent DE10 2005 020 070. 2-52. Dick, D., Dunker, E., Kriews, M., Littmann, M., Rein- hardt, H. (2004). Vorrichtung zum mechanischen Abtragen der obersten Schicht einer Festkörper- probe, Gebrauchsmuster DE 20 2004 010 599.3.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1337Abs1337 005.04.20065.04.2006 11:57:1611:57:16 UhrUhr 338 14.2 Veröffentlichungen der Mitarbeiter/Patente Publications by members of staff/Patents

Dunker, E. (2004). Method for heat drilling holes in ice lung und Anwendung, Patent DE 10 2005 045 642.1. and device for carrying out said method, Patent Köhler, A. (2005). OVOHARD, Trade Mark EP004726758. PCT/DE2004/001382. Köhler, A. (2005). Verfahren zur Aufbereitung der unbe- Dunker, E. (2005). Bodenstechrohr mit oberseitigem, fruchteten Eier von Wassertieren zu Delikatess-Nah- federbelastetem Dichtverschluss, Gebrauchsmuster rungsmitteln und mit dem Verfahren aufbereitete DE20 2005 013 917.3. Eier, Patent DE10 2005 050 723.9-41. Geisen, M. (2005). Lamp shade, Design Patent EP 0003 König-Langlo, G., Ahammer, H. (2004). Abdeckung für 96759. eine Zufahrtsrampe zu einem im Schnee eingelasse- Geisen, M. (2005). Lampenschirm, Gebrauchsmuster nen Nutzbauwerk in einem Dauerschneegebiet, DE20 2005 015 631.0. Patent DE10 2004 024 246.1-09. Grobe, H. (2005). PANGAEA Marke DE 305 68 142.7-35. Kriews, M., Reinhardt, H., Dunker, E.; Beninga, I., Grobe, H. (2005). PANGAEA, Bild-Gemeinschaftsmarke Ruhe,W. (2004). Vorrichtung zur Durchführung eines DE 004751384. Analyseverfahrens zur Detektion von räumlichen Grobe, H. (2005). PANGAEA, Bildmarke DE 305 68 Spurenelement-Verteilungsmustern in einer gefrore- 144.3-35. nen Probe, Gebrauchsmuster DE 20 2004 005 991.6. Grobe, H. (2005). PANGEA, Marke DE 305 68 143.5-35. Kriews, M., Reinhardt, H., Dunker, E. (2004). CryoLAC, Hamm, C. (2004). Leichtbaufelge für ein Kraftfahrzeug cryogenic laserablation chamber for frozen materi- mit einem tragenden Speichenaufbau, Gebrauchs- als, Trade Mark US 76/517.059. muster DE 20 2004 015 816.7. Kriews, M., Dunker, E., Reinhardt, H., Beninga, I., Hoff- Hamm, C. (2004). Method for determining constructio- mann, E., Lüdke, C. (2005). Analysis Method for nal prototype data for a technical lightweight struc- detecting three-dimensional trace element distribu- ture, applications of said method and prototype pro- tion patterns and corresponding device for carrying duced with said method, Patent out this method, Patents EP-BE, CH/LI, DE, DK, FR, PCT/EP2004/011483. GB, NL, SE 1 348 123. Hamm, C. (2004). Radfelge für ein Fahrzeug in Anleh- Loeff, R. v.d., Vöge, I., Lilienthal, H. (2004). Automati- nung an die Diatomee Arachnoidiscus, Gemein- siertes Filtrationsverfahren und Filtrationssystem mit schafts-Geschmacksmuster EP 000241179-0001. Filtermagazin zur Verfahrensdurchführung, Patent Hamm, C. (2005). Five wheel rims, Design Patent EP DE 10 2004 040 248.5. 000445556. Loeff, R. v.d., Vöge, I., Lilienthal, H. (2005). Automated Hamm, C. (2005). Fünf Felgen, Gebrauchsmuster DE 20 filtration method and filtration system for applica- 2005 019 376.3. tion of said method, Patent PCT/DE2005/000955. Hamm, C. (2005). Light weight wheel rim, Design Medlin Crawford L., Kerkmann (Metfies), K., Lange, M. patents US29/227,674, JP 1254666. (2004). Detection of toxic algae, Patent EP Hamm, C. (2005). Verfahren zur Ermittlung von kon- 03760574.8-1222. struktiven Erstmodelldaten für eine technische Mock, T., Valentin, K. (2004). Nucleic and sequence Leichtbaustruktur, Patent PCT/DE2005/001543. coding for enzyme delta-12-desaturase and origina- Hamm, C., Kirmeier, R. (2005). Anorganische Markie- ting from fragilariopsis cylindrus, associated poly- rungspartikel zur Kennzeichnung von Produkten zu peptide, and use of this nucleic acid sequence and deren Originalitätsnachweis, Verfahren zur Herstel- polypeptide, Patent EP 03764904.3-2405.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1338Abs1338 005.04.20065.04.2006 11:57:1611:57:16 UhrUhr 339

Mock, T., Valentin, K. (2005). Nucleic and sequence Seeberg-Elverfeldt, J., Schlüter, M. (2004). Probennah- coding for enzyme delta-12-desaturase and origina- megerät zur simultanen Sammlung von Porenwasser ting from fragilariopsis cylindrus, associated poly- aus benachbarten aquatischen Sedimentbereichen peptide, and use of this nucleic acid sequence and und Anwendung davon, Patent DE 10 2004 053 polypeptide, Patent US 10/520.437. 111.0-24. Mock, T., Valentin, K. (2005). Nucleic and sequences Seeberg-Elverfeldt, J., Schlüter, M. (2005). Apparatus for coding for proteolytic enzymes in the form of speci- the simultaneous collection of pore water specific proteases, corresponding polypeptides and use mens from adjacent areas of aquatic sediment, of the same, Patents EP 03773452.2-1212, US Patent US 11/262,034. 10/528.708. Wegner, J. (2004). Antrieb für eine Arbeitsmaschine im Ohm, K. (2005). Method for determining the salt con- Unterwassereinsatz, Patent EP 04738827.7. tent of liquids and device for practicing the method, Wegner, J. (2004). Drive for a working machine to be Patent CA 2 370 154. applied under water, Patent PCT/DE2004/001381. Rohardt, G. (2004). PERPLEX, Marke DE 304 37 Wilhelms, F. (2004). Zahnradgetriebe für hohe Umset- 725.2/09. zungen als Kombination aus Umkehr- und Differen- Rohardt, G. (2004). PERPLEX, Program for an Expedition tialgetriebe, Patent DE 10 2004 058 032.4-12. Route PLanning and Execution, Trade Marks EP 00 Wilhelms, F. (2005). Gear transmission for high transla- 421 2262, US 76/626.065. tions, Patent PCT/DE2005/001952. Rohardt, G. (2004). Verfahren für eine rechnergestützte Wolff, M., Ruhe, W. (2004). Unbemannte Vorrichtung Reiseplanung mit Durchführungsüberwachung, zur Erfassung von Messdaten in der Erdatmosphäre, Patent DE 10 2004 031 933.2-53. Gebrauchsmuster DE 20 2004 005 530.9. Rohardt, G. (2005). Rechnergestütztes Planungsverfah- ren für einen Reiseplan, Patent PCT/ DE2005/001149. Rohardt, G., Schütt, E. (2005). Sliphaken, Gebrauchs- muster DE 20 2005 013 918.1. Ruholl, C. (2005). Alfred-Wegener-Institut, Trade Mark, EP 004311072. Ruholl, C. (2005). AWI, Trade Mark EP 004311064. Sauter, E. (2004) Bed water sampling device, Patent EP 03764902.7-2209. Schulz, J. (2005). Reflektorleuchte, Gebrauchsmuster DE 20 2005 009 814.0. Schulz, J. (2005). Ringleuchte zur Ausleuchtung eines begrenzten Volumens und deren Verwendung, Patent DE 1020050507220. Schulz, J. (2005). Vorrichtung zur Partikeldetektion in einer tiefenbegrenzten Lichtscheibe, Patent DE 10 2005 028 893.6-52.

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1339Abs1339 005.04.20065.04.2006 11:57:1711:57:17 UhrUhr 2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1340Abs1340 005.04.20065.04.2006 11:57:1711:57:17 UhrUhr 341

Anhang Annex

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1341Abs1341 005.04.20065.04.2006 11:57:3611:57:36 UhrUhr 342 Personal Personnel I. Personal Personnel Stand: 31. Dezember 2005 Anhang I / Annex I

Direktorium Birnbaum, Dr. Gerit Kegel, Jessica Sidorenko, Dr. Dmitry Thiede, Prof. Dr. Jörn Bleyer, Andrea Kindermann, Dr. Lars Steffens, Petra Paulenz, Dr. Rainer Bluszcz, Thaddäus Klatt, Dr. Olaf Strass, Dr. Volker Biebow, Dr. Nicole Boebel, Dr. Olaf Köberle, Cornelia Taguchi, Dr. Eifu Gatti, Dr. Susanne Böning, Carmen König-Langlo, Dr. Gert Timmermann, Dr. Ralph Kottsieper, Anja Bornemann, Dr. Horst Kubatzki, Dr. Claudia Trumm, Florian Krause, Dr. Reinhard Budéus, Dr. Gereon Laepple, Thomas Wacker, Dr. Ulrike Kunz-Pirrung, Dr. Martina Burkhardt, Elke Lemke, Professor Dr. Peter Wang, Qiang Mahnkopf, Sigrid Busche, Thomas E. Lieser, Dr. Jan-Leonhard Weigelt-McGlone, Marietta Rainey, Sabine Chiaventone, Birgit Lohmann, Professor Dr. Gerrit Wenzel Dr. Manfred Reinke, Dr. Manfred Cohrs, Wolfgang Loose, Bernd Wisotzki, Andreas Ruholl, Jan-Christoph Danilov, Dr. Sergey Losch, Dr. Martin Witte, Hannelore Siegel, Daniel (FöJ) Dierking, Dr. Wolfgang Loza, Dr. Svetlana Wolff, Mareile Tschertkowa, Elena Fahrbach, Dr. Eberhard Lüpkes, Dr. Christof Wuttke, Dr. Sigrid Fieg, Dr. Kerstin Martin, Torge Presse- und Öffentlich- Fritzsch, Dr. Bernadette Nehrke, Gernot Biowissenschaften keitsarbeit Gerdes, Dr. Rüdiger Nuñez-Riboni, Dr. lsmael (Pelagische Ökosysteme) Cieluch, Dr. Ude Göbell, Sibylle Diego Allhusen, Erika Diederich, Susanne Gryanik, Dr. Vladimir Olbers, Professor Dr. Dirk Alpermann, Tilman Dummermuth, Dr. Angelika Haas, Dr. Christian Plugge, Rainer Assmy, Dr. Philipp Grobe, Magret Hacker, Filip David Ries, Hinnerk Bathmann, Professor Dr. Kube, Dr. Jens Hartmann, Dr. Jörg Rimbu, Dr. Norel Ulrich Martin, Jacqueline Heide, Anna Barbara Rocha, Dr. Christina de la Benner, Ina Pauls, Margarete Hellmer, Dr. Hartmut Rohardt, Gerd Benthien, Dr. Albert Pichler, Claudia Hendricks, Stefan Rollenhagen, Katja Beszteri, Sára Voß-Diestelkamp, Jutta Herber, Dr. Andreas Ronski, Dr. Stephanie Bijma, Professor Dr. Jelle Wohltmann, Dr. Andreas Heyen, Sönke Saldern, Carola von Brenner, Matthias Hohn, Sönke Schauer, Dr. Ursula Buck, Dr. Bela Wissenschaftlicher Bereich Hoppema, Dr. Jan J. M. Schodlok, Dr. Michael Burhop, Dörte Klimawissenschaften Immler, Dr. Franz Schrems, Professor Dr. Otto Cembella, Professor Dr. Allan Absy, Joao Marcelo Janjic Pfander, Dr. Tijana Schröder, Dr. Michael Crawford, Dr. Richard Akimova, Anna Jansen, Daniela Schröter, Dr. Jens David, Gabriele Baranski, Stanislawa Kaiser, David Schütt, Ekkehard Dieckmann, Dr. Gerhard Beszczynska-Möller, Dr. Karcher, Dr. Michael Schwarz, Dr. Jill Diercks, Sonja Agnieszka Kauker, Dr. Frank Sein, Dmitry Dissard, Delphine

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1342Abs1342 005.04.20065.04.2006 11:57:4111:57:41 UhrUhr 343

Drebing, Wolfgang Liebert, Ursula Völker, Dr. Christoph Gutowska, Magdalena Engel, Dr. Anja Loës, Peter Wolff, Martha Maria Gutt, Dr. Julian Fach, Dr. Bettina Lorenzen, Christiane Wolf-Gladrow, Professor Dr. Heilmayer, Dr. Olaf Gäbler, Steffi Ludwichowski, Kai-Uwe Dieter Heise, Katja Geisen, Dr. Markus Medlin, Dr. Linda Zondervan, Dr. Ingrid Held, Dr. Christoph Gerdes, Birte Mehl, Helga Hirche, Dr. Hans-Jürgen Gescher, Christine Metfies, Dr. Katja Biowissenschaften Hirse, Timo Graeve, Dr. Martin Meyer, Dr. Bettina (Benthische Ökosysteme) Hoge, Ulrich Grube, Achim Meyer, Dr. Sven Abele, Dr. Doris Holtz, Ulrike Gutow, Dr. Lars Michler, Tanja Alheit, Ruth Joschko, Tanja Händel, Nicole Müller, Annegret Arntz, Professor Dr. Wolf Kanzog, Corinna Hamm-Dubischar, Dr. Nöthig, Dr. Eva-Maria Bäurle, Andrea Keller, Martina Christian Pape, Dr. Carsten Bahns, Sieglinde Klages, Dr. Michael Harbou, Lena von Pappert, Anja Bartsch, Dr. Inka Klein, Boris Helmke, Dr. Elisabeth Passow, Dr. Uta Barwich, Elke Klinck, Holger Henjes, Dr. Joachim Piontek, Judith Bartz, Michael (Kiel) Knust, Dr. Rainer Hinz, Friedel Philipp, Eva Baum, Dr. Christof Köhler-Günther, Professor Hoch, Nikolai Reuter, Kristine Bergmann, Dr. Melanie Dr. Angela Hoffmann, Christel Richter, Klaus-Uwe Beyer, Kerstin Koschnick, Nils Jansen, Sandra Rocha, Régine da Bock, Dr. Christian Kreibich, Tobias Janssen, Dietrich Rost, Dr. Björn Bock, Ute Krieten, Guido John, Dr. Uwe Sailley, Sévrine Brey, Dr. Thomas Kuchta, Renate Jürgens, Jutta Schreiber, Karolin Brey, Lena Lannig, Dr. Gisela Jung, Ines Smetacek, Professor Dr. Brög, Dr. Katja Laudien, Dr. Jürgen Kattner, Professor Dr. Gerhard Victor Burhop, Dörte Leese, Florian Klaas, Dr. Christine Spahic, Susanne Buschmann, Alexander Lucassen, Dr. Magnus Klöpper, Sascha Steigenberger, Sebastian Cornils, Dr. Astrid Lurman, Glenn Koch, Dr. Boris Strieben, Sabine Daniel, Claudia Marx, Ute Kodeih, Silvia Terbrüggen, Anja Dannheim, Jennifer Melzner, Frank Köck, Dr. Matthias Teschke, Mathias Einsporn, Sonja Mengedoht, Dirk Krägefsky, Sören Thoms, Dr. Silke Fischer, Sönke Meyer, Stefanie Krell, Andreas Tillmann, Dr. Urban Fredersdorf, Jana (Kiel) Michels, Jan Krock, Dr. Bernd Töbe, Dr. Kerstin Gentsch, Eike Mizdalski, Elke Langer, Gerald Trimborn, Scarlett Gerdes, Dr. Dieter Müller, Ruth Lichte, Ellen Valentin, Dr. Klaus Gusky, Manuela Niehoff, Dr. Barbara

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1343Abs1343 005.04.20065.04.2006 11:57:4111:57:41 UhrUhr 344 Personal Personnel

Plötz, Dr. Joachim Geowissenschaften Grobe, Dr. Hannes Niessen, Dr. Frank Pörtner, Professor Dr. Abelmann-Gersonde, Dr. Grobys, Jan Oerter, Dr. Hans Hans-Otto Andrea Gütz, Sonja Parsiegla, Nicole Rachor, Dr. Eike Anschütz, Helgard Hanfland, Dr. Claudia Penshorn, Dietmar Renz, Jasmin Bardenhagen, Janine Hefter, Dr. Jens Rack, Dr. Wolfgang Sablotny, Burkhard Bartsch, Stefan Helm, Veit Riedel, Sven Sachs, Oliver Baumann, Ludmila Hinze, Dr. Heinrich Rutgers van der Loeff, Dr. Sartoris, Dr. Franz Josef Bayer, Bettina Hollmann, Beate Michiel Sauter, Dr. Eberhard Behrens, Melanie Huybrechts, Dr. Philippe Ruth, Dr. Urs Schewe, Ingo Berger, Daniela Jacobi, Dr. Hans-Werner Rybak, Dr. Oleg Schiel, Professor Dr. Sigrid Beyer, Andreas Jacot des Combes, Dr. Salzer, Ulrike Schneider, Alice (Kiel) Breitzke, Dr. Monika Hélène Sander, Henrik Schönfeld, Jutta Cordelair, Ruth Jerosch, Kerstin Schenke, Dr. Hans-Werner Schröder, Dr. Alexander Cortese, Dr. Giuseppe Jokat, Dr. Wilfried Schlindwein, Dr. Vera Schröer, Mareike Damm, Dr. Ellen Karakas, Dr. Gökay Schlitzer, Professor Dr. Reiner Schulz, Jan Damm, Michael Kasten, Dr. Sabine Schlomann, York Schumacher, Regine Dick, Dorothee Kipfstuhl, Dr. Josef Schlüter, Professor Dr. Michael Schwamborn, Dr. Ralf Eagles, Dr. Graeme Köhler, Dr. Peter Schlüter, Philip Siegel, Daniel Eckstaller, Dr. Alfons König, Matthias Schmidt-Aursch, Dr. Mechita Soltwedel, Dr. Thomas Ehlers, Birte-Marie Kohno, Dr. Mika Schneider, Dr. Judit Steinmetz, Richard Eisen, Dr. Olaf Kriews, Dr. Michael Schulte, Daniel Steinhoff, Dennis Esper, Dr. Oliver Krocker, Ralf Seebeck, Michael Storch, Dr. Daniela (halbtags) Fahl, Dr. Kirsten Kuhn, Dr. Gerhard Seggern, Beeke von Vélez Rodriguez, Dr. Jose Fischer, Dr. Hubertus Lensch, Norbert Sieger, Dr. Rainer Alberto Freitag, Dr. Johannes Luttmer, Walter Stein, Dr. Rüdiger Waldthausen, Constanze von Frenzel, Andreas Mackensen, Professor Dr. Steinhage, Dr. Daniel Wegner, Jan Friedrich, Dr. Jana Andreas Stölting, llsetraut Weihe, Ellen Fritsche, Ulrich Martens, Hartmut Tiedemann, Professor Dr. Ralf Wesche, Anne Fröhlking, Rita Matthießen, Dr. Jens Twarloh, Birthe Wiegemann, Dr. Maja Fundel, Felix Meyer, Günter Uenzelmann-Neben, Dr. Wiencke, Professor Dr. Gebhardt, Dr. Catalina Miller, Professor Dr. Heinrich Gabriele Christian Geibert, Dr. Walter Mollenhauer, Dr. Gesine Valero-Delgado, Fernando Wittig, Rolf-Marcus Gersonde, Dr. Rainer Morchner, Christina Voß, Max Zacher, Katharina Gohl, Dr. Karsten Niederjasper, Fred Vöge, Ingrid Zimmer, Ilka Graffe , Dorothea Niemann, Helge (MPI,Bremen) Wanke, Renate

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1344Abs1344 005.04.20065.04.2006 11:57:4211:57:42 UhrUhr 345

Wegner, Anna Kalina, Marion Technische Dienste Makedanz, Siegfried Weigelt, Dr. Estella Kappmeier, Angela Bütecke, Uwe Nixdorf, Heike Weller, Petra Karic-Fazlic, Vesna Dunker, Erich Onken, Bastian WeIler, Dr. Rolf Kohnke, Christina Ferber, Thorsten Pfeiffenberger, Dr. Hans Wesche, Christine Krämer, Alexandra Hegemann, Wolfram Schäfer-Neth, Dr. Christian Wiebe, Susanne Kück, Liane Krüger, Maik Schlüter, Jens-Michael Wilhelms, Dr. Frank Lange, Susanne Littmann, Matthias Schröter, Dr. Michael Winkelmann, Daniel Lehn, Sylvia Marold, Peter Schulze, Dietmar Wollenburg, Dr. Jutta Meinardus, Beate Müller, Ralf Sommerfeld, Jacqueline Zarrieß, Michelle Mudersbach, Helga Neumann, Wolfgang Thiele-Wolff, Frauke Zweck, Dr. Christopher Mühlstädt, Dorothee Pollakowski, Florian Wilts, Van Khanh Müller, Heino Pollnick, Lothar Wübber, Dr. Chresten Otto-Schmidt-Labor Müller, Renate Rastedt, Günter Hölemann, Dr. Jens Alfons Neumann, Klaus-Dieter Renke, Volker Bibliothek Niess, Barbara Sibberns, Reinhard Brannemann, Marcel Allgemeiner Bereich Onken, Heike Zasowski, Bärbel Gomez, Michael-John Verwaltung Ottmers, Hans-Jörg Laetsch, Brigitte Audebert, Catherine Paul, Sabine Rechenzentrum und Leiding, Karin Bahr, Barbara Plenge, Helmut Datenbanken Lüdke, Antje Bohling, Michaela Praß, Antje Backhaus, Christoph Sassen, Ina Bolhöfer, Bianca Prusseit, Nadine Best, Meike Schröder, Horst Bong, Matthias Rehder, Jörg Böttcher, Ines Soll, Stephani Breyer, Petra Ritsch, Elke Bräuer, Benny Buggel, Nadja Schmekel, Yvonne Braune, Dr. Stephan Logistik Davidis, Edith Schreiber, Frauke Bunne, Sibylla Bochert, Sanne Dowolnia, Jennifer Schwarz, Berit Cogan, Dr. Christopher Drücker, Cord Feuster, Astrid Siegmund, Ralf Dieck, Wolfgang El Naggar, Dr. Saad El Dine Fröhlich, Kirsten Spencer, Susan Fritzsch, Dr. Bernadette Gernandt, Dr. Hartwig Gerken, Birgit Stern, Martina Harig, Dr. Sven Janneck, Jürgen Gruberbauer-Kaschek, Sündermann, Marika Hiller, Professor Dr. Wolfgang Kleffel, Guido Monika Viehoff, Eva Kosinski, Jörg Kuhlmann-Treu, Beate Hebold-Heitz, Winfried Wand, Dr. Ulrich Krause-Babst, Hans Malitz, Gerhard Henkel, Silke Witt, Silke Lange, Christian Matz, Thomas Hornke, Rudolf Wittke, Erich Liegmahl-Pieper, Dr. Herbert Meyer, Mathias Janßen, Jürgen Macario, Dr. Ana Nixdorf, Dr. Uwe

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1345Abs1345 005.04.20065.04.2006 11:57:4211:57:42 UhrUhr 346 Personal Personnel

Nolting, Michael Überwinterer Beurlaubte Mitarbeiter/ Standort Potsdam Stoof, Günter Antarktis-Station Neumayer innen Baschek, Heiko Weippert, Ewald 2004-2006 Ahammer, Heinz Bastian, Ute Weynand, Markus Brüggemann, Marc Berg, Dr. Gry Mine Boike, Dr. Julia Witt, Ralf Giedke, Kolja Benjamin Berger, Claudia Boucsein, Dr. Bettina Wohltmann, Holger Meyer, Wolfgang Böge, Richard Brand, Sascha Woriescheck, Klaus Wellmann, Jan Florian Deigweiher, Katrin Debatin, Siegrid Ziffer, Albert Zöllner, Mathias Dubischar, Dr. Corinna Deckelmann, Holger Frickenhaus, Prof. Dr. Stephan Dethloff, Professor Dr. Klaus Auszubildende Überwinterer Fuhrmann, Evelin Diekmann, Dr. Bernhard Bein, Jan Torben Antarktis-Station Neumayer Gerchow, Peter Dorn, Dr. Wolfgang Buchholz, Martin (Potsdam) 2005-2007 Harbou , Lena von Eggert, Uwe Dworatzek, Christina Anastou, Anja Hamann, Ilka Erxleben, Sabine Fleischer, Sabrina Bock, Dr. Michael Herr, Nicole Eulenburg, Antje Geiß, Annika Möller, Dr. Andreas Janjic Pfander, Dr. Tijana Frieler, Katja Karels, Martin (Potsdam) Müller-Wrana, Tobias Jansen , Daniela Fritzsche, Dr. Diedrich Klassen, Niko Petzel, Maja Klages, Claudia Gathen, Dr. Peter von der Knobel, Tina (Potsdam) Beiersdorf, Hans Krüner, Günter Gericke, Heiko Kropf, Florian (Kohnen-Station) Lauritzen, Bjarne Gloushak, Ksenya Lawrenz, Kim Lüder, Dr. Ulrike Gräning, Sigrun Liebehentschel, Meike Nachrichtlich: Michler, Tanja Graeser, Jürgen Prey, Stefan Überwinterer (Reederei Mock, Dr. Thomas Handorf, Dr. Dörthe Qualek, Sascha Laeisz) Müller, Norbert Hebestadt, Ines Ritter, Kevin Hänle, Mike Nerger, Dr. Lars Hermichen, Dr. Wolf-Dieter Schröer, Annika Müller, Ulf Postel, Dr. Ute Herzschuh, Professor Dr. Schütze, Alexander Riess, Felix Reiter, Anne-Katrin Ulrike Stelljes, André Ramson, Wolfgang Röben, Heike Holm, Dirk Suhr, Selina Sahling, Gerrit Hubberten, Prof. Dr. Hans- Wantje, Lars Eric Arktisstation Spitzbergen Schlindwein, Dr. Vera Wolfgang Wischnewski, Laura Hormes, Dr. Anne Suchoples-Stachura, Dr. Kienast, Dr. Frank Wygasch, Ulrike (Potsdam) Marholdt, Kai Katarzyna Kiewitt, Doreen Schmid, Joann Thiele, Julia Kleppek, Sabine Vockenroth, Rainer Treffeisen, Dr. Renate Kopsch, Conrad Westernhagen, Dr. Hein von Kramer, Annette Zeebe, Dr. Richard Läuter, Dr. Matthias

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1346Abs1346 005.04.20065.04.2006 11:57:4311:57:43 UhrUhr 347

Lantuit, Hughes Anger, Dr. Klaus Piorek, Johann Kraack-Mumm, Petra Lehmann, Dr. Ralph Bickmeyer, Karin Piorek, Regina Krakau, Manuela Leutert, Beate Bickmeyer, Dr. Ulf-Georg Rauch, Brigitte Löbl, Martina Liebner, Susanne Block, Helgo Reichenberger, Kristina Ludwig-Schweikert, Margit Litz, Christine Böhmer, Kathrin Reichert, Katharina Lüning, Professor Dr. Klaus Maturilli, Dr. Marion Boersma, Dr. Maarten Saborowski, Dr. Reinhard Lützen, Erk Meyer, Dr. Hanno Buchholz, Professor Dr. Schmalenbach, Isabel Magens, Reimer Morozova, Daria Friedrich Schütt, Dr. Wolf-Christian Martens, Dr. Peter Müller, Gerald Carstens, Kristine Schwaderer, Anne Mumm, Cornelia Neuber, Dr. Roland Denker, Helgo Tönnies, Niels Reise, Professor Dr. Karsten Opel, Thomas Döpke, Hilke Voss, Robert Romanova, Tatyana Päpke, Jürgen Franke, Professor Dr. Heinz- Wagner, Andreas Strasser, Dr. Matthias Rachold, Dr. Volker Dieter Wanke, Carsten Thieltges, David Rex, Dr. Markus Frier, Detlef Wichels, Dr. Antje Rinke, Dr. Annette Gerdts, Dr. Gunnar Wiltshire, Dr. Karen Geschäftsstelle des Wis- Ritter, Dr. Christoph Haas, Andrea Zinser, Thomas senschaftlichen Beirats der Sachs, Torsten Jachmann, Anja Bundesregierung Globale Saha, Subodh Kumar Janisch, Silvia Standort Sylt Umweltveränderung (WBGU) Schirrmeister, Dr. Lutz Janke, Michael Antrick, Christiane Deke, Oliver Schlaffer, Gabriela Juretschke, Gunda Armonies, Dr. Werner Hasler, Tim Schneider, Waldemar Klings, Dieter Asmus, Dr. Harald Kempmann, Lena Schönicke, Lutz Klings, Karl-Walter Asmus, Dr. Ragnhild Loose, Dr. Carsten Schütt, Dr. Rainer (BHV) Knefelkamp, Britta Bardt, Gerda Michaelis, Dr. Nina Veronique Siegert, Dr. Christine Knoll, Ulrich Beusekom, Dr. Justus van Pilardeaux, Dr. Benno Sokolova, Elena Köllen, Melanie Blankenhorn, Sven Schneider-Kremer, Martina Stachlewska, Iwona Krüß, Margret Buschbaum, Dr. Christian Schulz, Dr. Astrid Struschka, Birgit Langer, Anne-Kathrin Dolch, Tobias Schulz-Baldes, Professor Dr. Tegtmeier, Susann Leusmann, Stefan Halliger, Hannelore Meinh. Wagner, Dr. Dirk Liedtke, Marcel Hass, Dr. Christian Weiß, Margot Wetterich, Sebastian Lorenzen, Werner Hedtkamp, Stefanie Wille, Christian Lührs, Hans-Carl Herre, Elisabeth Persönliche Assistenten der Maike, Andreas Hussel, Birgit Beiratsmitlieder der Bundes- Standort Helgoland Molis, Dr. Markus Jacobsen, Dr. Sabine regierung Globale Umwelt- Alexander, Ulrich Nettelmann, Uwe Kadel, Petra veränderung (WBGU) Alexander, Ute Peters, Heino Kessenich, Kristin zurzeit keine

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1347Abs1347 005.04.20065.04.2006 11:57:4311:57:43 UhrUhr 348 Wissenschaftliche Veranstaltungen Scientific events II. Wissenschaftliche Veranstaltungen Scientific events Anhang II / Annex II

14.-18.03.2004 Symposium “Temperature depen- (Siehe auch: http://www.awi-bre- dent biogeography of aquatic ecto- merhaven.de/Workshops/Amsel/ therms: from genes to the effects of allgemein.html) climate change“ Symposium. DZG 14.06.2004 Statusseminar des BMBF-Verbund- annual meeting, Rostock 2004 projektes Climate Variability and (L. Tomanek und Prof. Dr. H.O. Predictability: CLIVAR/marin-2 in Pörtner) Bremerhaven 05.-06. 04. 2004 7th Nederlands Aardwetenschappe- (Dr. E. Fahrbach) lijk Congres, Veldhoven, Die Nie- 30.06.-03.07.2004 Southern Ocean Theory Workshop derlande (Prof. Dr. J. Bijma) in Bremerhaven 25.-30.04.2004 EGU, Nizza, Frankreich (Prof. Dr. D. Olbers) (Prof. Dr. J. Bijma) 01.07.2004 40-jähriges Jubiläum des Friedrich 25.-30.04.2004 1st EGU General Assembly Nice, Hustedt Zentrums für Diatomenfor- France, Dr. R. Gersonde, Co-Con- schung (Dr. R. Crawford) venor von Session CL28 “Antarctic 06.-09.07.2004 Paleoclimate: reducing the uncer- cryosphere and Southern Ocean tainties; The carboncycle in the climate evolution“ (Cenozoic- past. EU-conference, hosted by the Holocene) Utrecht Centre of Geosciences, Die 25.-30.04.2004 EGS meeting 2004, “European Pro- Niederlande (Prof. Dr. J. Bijma) ject for Ice Coring in Antarctica”, 10.07.-15.07.2004 Symposium „Mechanisms of ther- Nice, France (Dr. H. Fischer, Co- mal limitation and adaptation: Convenor) from molecule to ecosystem“, 10.-12.05.2004 Committee member: SCOR/IOC Society for Experimental Biology, sponsored conference: “Oceans in Barcelona (Prof. Dr. H.O. Pörtner

a high CO2 world“, Paris (Cice- und A. Rogers, BAS) rone, R., J. Orr, P. Brewer, P. Hau- 25.-31.07.2004 „XXVIII SCAR & COMNAP XVI gan, L. Merlivat, T. Ohsumi, S. Meeting“, Bremen (Dr. M. Kunz- Pantoja, Prof. Dr. H.O. Pörtner) Pirrung, Dr. M. Reinke) 07.-08.06.2004 A.M.S.El. (Arbeitskreis für Mikro- 07.-13.08.2004 Symposium “Thermal physiology: und Spurenanalyse der Elemente molecular to environmental stu- und Elementspezies) Workshop: dies“ Symposium. 3rd International „Analytik als Werkzeug für die Conference Comp. Physiol. Bio- Klima- und Geoforschung“, Alfred- chem. in Africa: Animals and Envi- Wegener-Institut, Bremerhaven (Dr. ronments, Ithala, Süd-Afrika M. Kriews, Dr. H. Reinhardt, D. Dick) (Prof. Dr. H.O. Pörtner)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1348Abs1348 005.04.20065.04.2006 11:57:4411:57:44 UhrUhr 349

15.-19.09.2004 Co-joint drillers meeting of ongo- 18.-19.04.2005 Seminar der Friedrich Ebert Stif- ing deep ice core drilling projects, tung: Das globale Klimasystem Schneefernerhaus, Zugspitze, (Prof. Dr. G. Lohmann) Germany (Dr. F. Wilhelms) 18.-20.04.2005 Workshop on the impact of increa-

05.-10.09.2004 ICP 8, Biarritz, Frankreich sing Atmospheric CO2 on Coral (Prof. Dr. J. Bijma) Reefs and other Marine Calcifiers, 11.-13.09.2004 “6C” (EU-Project) annual meeting, St. Petersburg, Florida Blagnac, Frankreich (Prof. Dr. J. Bijma) (Prof. Dr. J. Bijma) 24.-29.04.2005 EGU Wien 03.-09.10.2004 „XXVIII SCAR Delegates Meeting“, (Prof. Dr. G. Lohmann) Bremerhaven (Dr. M. Kunz-Pirrung, 24.-29.04.2005 EGU Wien (Prof. Dr. J. Bijma) Dr. M. Reinke) 24.-29.04.2005 EGU General Assembly, Vienna, 05.-07.10.2004 18th International FRISP Workshop Austria Dr. R. Gersonde, Co-Con- auf Helgoland venor von Session CL28 “Antarctic (Dr. H. Hellmer) cryosphere and Southern Ocean 07.-08.10.2004 DEKLIM Paläoklima Workshop climate evolution (Cenozoic- Bremerhaven Holocene)“ (Prof. Dr. G. Lohmann) 24.-29.04.2005 EGS meeting 2005, “European Pro- 21.10.2004 PEP Kickoff Meeting ject for Ice Coring in Antarctica” (Prof. Dr. K. Dethloff) (Dr. H. Fischer, Co-Convenor), 06.12.2004 Arctic-Subarctic Ocean Flux Vienna, Austria Array for European Climate: 09.-11.05.2005 Seminar On Airborne Operations North (ASOF-N )Statusseminar In Polar Regions, Status And Future in Bremerhaven Prospects (AWI) (Dr. E. Fahrbach) 10.-12.05.2005 DEKLIM Symposium Leipzig 11.01.2005 Workshop „Paleoprox” (Deutsch- (Prof. Dr. G. Lohmann) Holländisches-Projekt), Texel, Die 20.05.2005 Empfang auf dem Traditionsschiff Niederlande (Prof. Dr. J. Bijma) „Grönland“ „Clusters of Excel- 12.-13.01.2005 “6C” (EU-Project) annual meeting, lence“ im Bereich Geo- und Astro- Texel, Die Niederlande wissenschaften (Prof. Dr. J. Bijma) (Prof. Dr. K. Dethloff) 02.02.2005 Deutscher ACSYS Workshop 30.-31.05.2005 PEP Meeting (Prof. Dr. K. Dethloff) (Prof. Dr. K. Dethloff) 01.-02.06.2005 Landesausschuss SCAR/IASC,, Dr. 01.-02.03.2005 DEKLIM Projekttreffen H. Oerter, Sekretär LaSCAR/IASC (Dr. D. Handorf) 12.-16.06.2005 2nd European Conference on Per- 07.-10.03.2005 DEKLIM-PAGES Konferenz Mainz mafrost (EUCOP II), Potsdam, Ger- (Prof. Dr. G. Lohmann) many (Prof. Dr. H.-W. Hubberten)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1349Abs1349 005.04.20065.04.2006 11:57:4411:57:44 UhrUhr 350 Wissenschaftliche Veranstaltungen Scientific events

29.06.-01.07.2005 „Census of Marine Zooplankton“ 01.11.2005 „Festveranstaltung zum 125. Steering Group Meeting am AWI, Geburtstag des Polarforschers (Prof. Dr. S. Schiel) Alfred Wegener (1880-1930)“, 01.-03.07.2005 Tagung der Deutschen Sektion der Stadttheater Bremerhaven Internationalen Gesellschaft für (Dr. M. Kunz-Pirrung) Endocytobiologie (IESG) am AWI 03.12.2005 International Antarctic Buoy Pro- (Dr. K. Valentin, Organizer) gram meeting in Duneedin, Neu- 15.07.2005 Festveranstaltung „25 Jahre Alfred- seeland (Dr. C. Haas) Arctic- Wegener-Institut für Polar- und Subarctic Ocean Flux Array for Meeresforschung“, Bremerhaven European Climate: North (ASOF-N) (Dr. R. Paulenz, Dr. M. Kunz- 08.-09.12.2005 Abschluss-Seminar in Bremerhaven Pirrung) (Dr. E. Fahrbach) 24.-27.07.2005 AGU Chapman Conference on the 14.12.2005 Laptewsee-Tag (Dr. U. Schauer) Role of Marine Organic Carbon and Calcite Fluxes in Driving Glo- bal Climate Change, Past and Fu- ture. Woods Hole, Massachusetts (Prof. Dr. J. Bijma) 05.-07.09.2005 “ESF Conference Polar Regions and Quaternary Climate“ committee, Acquafredda di Maratea, Italy, Dr. R. Gersonde (member) 24.-29.09.2005 Arctic Climate Workshop GLIMPSE - ARCMIP - AOMIP (Prof. Dr. K. Dethloff, Dr. A. Rinke) 24.-29.09.2005 Polar Regions and Quaternary Cli- mate, EuroConference on the comparison of ice core records with marine sediments and climate models (Dr. H. Fischer, member of the Organising Committee), Acquafredda, Italy 30.10.-02.11.2005 „2nd International Alfred Wegener Symposium“, Bremerhaven (Koor- dinatorin Dr. M. Kunz-Pirrung)

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1350Abs1350 005.04.20065.04.2006 11:57:4511:57:45 UhrUhr 351

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1351Abs1351 005.04.20065.04.2006 11:57:4511:57:45 UhrUhr 352 Abgeschlossene Examensarbeiten Completed Theses and Dissertations III. Abgeschlossene Examensarbeiten Completed Theses and Dissertations Anhang III / Annex III

Diplomarbeiten/Masterarbeiten des Jan L. Lieser A numerical model for short-term Fachbereichs Klimasystem 2004 sea ice forecasting in the Arctic, Thompson Annor Investigation of the photochemi- Berichte zur Polar- und Meeres- 2004 cal decomposition of hydrogen forschung, 485, 93pp, Universität

peroxide (H2O2) and Formalde- Bremen hyde (HCHO) in artificial snow. Matthias Läuter Großräumige Zirkulationsstruktu- Master‘s Thesis, Universität Bremen 2004 ren in einem nichtlinearen adapti- Betreuer (Jacobi & Schrems) ven Atmosphärenmodell, 134 pp., Dennis Otto Validierung von Bodenradar-Mes- Universität Potsdam 2004 sungen der Eis- und Schneedicke Lars Nerger Parallel Filter Algorithms for Data auf ein- und mehrjährigem Meereis 2004 Assimilation in Oceanography, in Arktis und Antarktis. TU Clausthal PhD Thesis, Reports on Polar and Emmanuel Quansah Photochemical decomposition of Marine Research, 487, 174pp.,

2004 nitrate (NO3-) in artificial snow. Universität Bremen Master‘s Thesis, Universität Bremen. Vanya Romanova Stability of the Climate System and Betreuer (Jacobi & Schrems) 2004 Extreme Climates in Model Expe- Sönke Hohn Entwicklung und Analyse eines riments, Ber. Polarforsch. Meeres- 2005 Ökosystemmodells für die Sylt- forsch. 510, 137 pp., Universität Rømø-Bucht. Universität Bremen. Bremen Valerij Cysko Konzipierung und Implementierung Gregor Knorr Collapse and Resumption of the 2005 eines Programms zur Übernahme 2005 Thermohaline Circulation during und Extrahierung von unterschied- Deglaciation: Insights by Models of lich strukturierten Forschungsdaten Different Complexity“ Tag der Ver- in eine Forschungsdatenbank. teidigung: 30.6.2005, Arbeit und Hochschule Bremerhaven Verteidigung mit Auszeichnung (summa cum laude), Universität Dissertationen des Fachbereichs Hamburg Klimasystem Ismael Nunez- Lagrangian circulation and trans- Karen Aßmann Variability of the ice-ocean system Riboni ports of the Antarctic Intermediate 2004 in the Pacific Sector of the Southern 2005 Water in the south and tropical Ocean: Numerical model studies, Atlantic, Universität Bremen 158 pp., Universität Bremen Subodh Kumar Saha Einfluss der Landoberflächen- und Sven Harig Aspects of Ocean Circulation with 2005 Bodenprozesse auf die Energiebilanz 2004 Finite Element Modelling, auf der Erdoberfläche und das Klima Universität Bremen in der Arktis, Universität Potsdam

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1352Abs1352 005.04.20065.04.2006 11:57:4511:57:45 UhrUhr 353

Dimitry Sidorenko The North Atlantic circulation (Eubalaena glacialis), Diplomar- 2005 derived from inverse models, beit, Universität Bremen Universität Bremen Sönke Hohn Entwicklung und Analyse eines Mario Sempf Nichtlineare Dynamik atmosphäri- 2005 Ökosystemmodells für die Sylt- 2005 scher Zirkulationsregime in einem Rømø-Bucht, Universität Bremen. idealisierten Modell, Institut für Miriam Karmrodt Ursachen für das Stranden von Physik der Universität Potsdam 2005 Walen und Delfinen und daraus Martin Streibel Bestimmung von Ozonabbauraten resultierende Schutzmaßnahmen, 2005 in Arktis und Antarktis mittels Son- Universität Bremen den- und Satellitendaten, Svenja Kruse Auswirkungen einer induzierten Universität Potsdam 2005 Phytoplanktonblüte auf die Nah- Mareile Wolff Development of a novel balloon- rungsaufnahme antarktischer 2005 borne optical sonde for the measu- Copepoden während des europä- rement of ozone and other strato- ischen Eisendüngungsexperimentes spheric trace gases, Universität (EIFEX), Universität Bremen Bremen Britta Wend Entwicklung von Oithona similis 2005 (Copepoda: Cyclopoida) während Diplomarbeiten des Fachbereichs EisenEx, Universität Bremen Biowissenschaften/Sektion Biologische Ozeanographie Dissertationen des Fachbereichs Nikolai Hoch Temperature acclimation of photo- Biowissenschaften/Sektion Biologische 2004 synthesis in the sea ice diatom Fra- Ozeanographie gilariopsis Cylindrus, Universität Philipp Assmy Temporal development and vertical Hamburg 2004 distribution of major components Ines Jung A Phylogeny of Selected Araphid of the plankton assemblage during 2004 Diatoms based on Molecular Data, an iron fertilization experiment in Universität Bonn the Antarctic Polar Frontal Zone, Henrik Lange Investigations on changes in fatty Universität Bremen 2004 acid composition and gene expres- Bela Buck Farming in a High Energy Environ- sion after cold shock treatment in 2004 ment: Potentials and Constraints of two marine diatoms, Technische Sustainable Offshore Aquaculture Universität Braunschweig in the German Bight (North Sea), M. Grau Interindividual differences in the Universität Bremen 2004 effects of hexavalent chromium on Joachim Herjes Response of the proto- and small the North Atlantic right whale 2004 metazooplankton assemblage

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1353Abs1353 005.04.20065.04.2006 11:57:4611:57:46 UhrUhr 354 Abgeschlossene Examensarbeiten Completed Theses and Dissertations

during an iron fertilization experi- Diplomarbeiten des Fachbereichs ment in the Polar Frontal Zone of Geosystem the Southern Ocean, Universität Annett Büttner Untersuchungen zur Festlegung der Bremen 2004 Begrenzung des Festlandsockels Stefanie Moorthi Mixotrophic flagellates in coastal mit CARIS LOTS am Beispiel der 2004 marine sediments: quantitative role Ostküste Grönlands, HAW Hamburg. and ecological significance, J. Hofmann Rekonstruktion der Paläoozeanogra- Christian-Albrechts-Universität Kiel 2004 phie des Kuroshio und der Umwelt- Eva Friis Møller Roles of arctic marine copepods in entwicklung an ODP-Site 1202 (NE‘ 2004 the pelagic carbon turnover, Taiwan) im Spätquartär: Hinweise University of Aarhus, Denmark aus Sedimentologie, Geochemie und Sabine Schultes The role of mesozooplankton gra- Mineralogie, Universität Leipzig 2004 zing in the biogeochemical cycle Alexander Iffland Aufarbeitung und Visualisierung of silicon in the Southern Ocean, 2004 einer bathymetrischen Vermessung Universität Bremen in Verbindung mit Seismogrammen Bank Beszteri Morphometric and molecular der Sedimentechographie, HAW 2005 investigations of species limits in Hamburg Cyclotella meneghiniana (Bacil- Anett Medow Die Sedimentstruktur des nördli- lariophyceae) and closely related 2004 chen Yermak Plateaus (N-Svalbard), species, Universität Bremen Universität Kiel Uli Micksch Sedimentary Structure, subsidence Dissertationen der Sektion 2004 history and roughness analysis of Marine Biogeologie Mar1 Nansen and Amundsen Basin, Arc- Uta Schneider Influence of carbonate chemistry tic Ocean, Universität Karlsruhe 2004 and light intensity on natural Stefanie Müller Spätpleistozäne und Frühholozäne phytoplankton assemblages with 2004 Vegetationsentwicklung im Verk- emphasis on species composition, hoyansker Gebirge (Zentral Yaku- Universität Bremen tien) - Eine Rekonstruktion anhand Gerald Langer Aspekte der Kalzifizierung in aus- von Pollendaten, Universität 2005 gewählten Coccolithophoriden, Potsdam Universität Bremen Thomas Opel Paläoklimatische Untersuchungen Kai Schulz Cellular inorganic carbon fluxes 2004 an einem Eisbohrkern von der Eis- 2005 in the coccolithophore Emiliania kappe Akademii Nauk (Severnaya huxleyi and is relevance for marine Zemlya), Humboldt-Universität zu ccarbon cycling, Universität Bremen Berlin, Geographisches Institut

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1354Abs1354 005.04.20065.04.2006 11:57:4611:57:46 UhrUhr 355

Markéta Pokorná EM 2000 Microbathymetric and Bettina Platten Das nördliche Polarmeer - Eine geo- 2004 HYDROSWEEP DS-2 Bathymetric 2005 morphologische Interpretation von Surveying – a Comparison of Fallstudien auf der Grundlage Bathy- Seafloor Topography at Porcupine metrischer Karten, Universität Köln Bank, west of Ireland, Czech Tech- Christoph Schäfer Untersuchungen zu Menge und nical University in Prague 2005 Zusammensetzung des organischen Rike Rathlau Untersuchungen zur Verbesserung Kohlenstoffs in spätquartären Sedi- 2004 der Navigation eines Remotely menten des Yermak-Plateaus (Ark- Operated Vehicle anhand von tischer Ozean) und Umweltbedin- Mikro-Bathymetriedaten, HAW gungen, Universität Trier Hamburg Imke Schramm Hydrologic modeling of an arctic Sebastian Röber Aufbau einer GIS-Lösung zum 2005 watershed, Alaska, Universität 2004 Nachweis von Daten der bathy- Potsdam metrischen Forschung am Alfred- Sebastian Wetterich Die rezente Ostracodenfauna des Wegener-Institut, HTW Dresden 2005 Lenadeltas (Nordostsibirien), Daniela Berger Sedimentstruktur der nördlichen Universität Potsdam 2005 Grönlandsee und der Grönland- Andreas Winkler Analyse der physikalischen Eigen- Fracture Zone, Universität Leipzig 2005 schaften von Multicorer-Sediment- Andreas Borchers Meeresbodenkartierung im Zentra- proben aus dem Gebiet der Porcu- 2005 len Scotiameer mit Hilfe von Para- pine Bucht und deren Einfluss auf sound (Diplomkartierung), IGG die akustische Rückstreuung, HfT Universität Leipzig Stuttgart Tanja Kohls Anwendung und Optimierung der Janina Wöltjen Untersuchung zur zeitlichen Varia- 2005 Delaunay-Triangulation auf bathy- 2005 bilität der Elementzusammenset- metrische Datensätze, zung des antarktischen Aerosols an FH Oldenburg der Neumayerstation, Fachhoch- Diana Magens Late Quaternary climate and envi- schule Weihenstephan 2005 ronmental history of the Siberian Arctic – Permafrost Records from Cape Mamontovy Klyk, Laptev Sea, Universität Kiel Anne Morgenstern GIS-basierte Analyse der Mor- 2005 phometrie und räumlichen Vertei- lung von Seen im Lena-Delta, NO- Sibirien, Universität Potsdam

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1355Abs1355 005.04.20065.04.2006 11:57:4711:57:47 UhrUhr 356 Abgeschlossene Examensarbeiten Completed Theses and Dissertations

Dissertationen des Fachbereichs Natascha Riedinger Preservation and diagenetic over- Geosystem 2005 print of geochemical and geo- Laetitia Licari Ecological preferences of benthic physical signals in ocean margin 2004 foraminifera in the eastern South sediments related to depositional Atlantic: Distribution patterns, dynamics, Universität Bremen stable carbon isotopic composition Miriam Rudolph Benthische Foraminiferenverge- and paleoceanographic implicati- 2005 sellschaftungen als Anzeiger für ons, Universität Bremen spätquartäre Positionsänderungen Birgit Mieding Rekonstruktion tausendjähriger der Fronten des Antarktischen Zir- 2004 aerosolchemischer Eiskernrekords kumpolarstroms im Südatlantik, aus Nordostgrönland: Quantifizie- Universität Bremen rung zeitlicher Veränderungen in Marie-Louise Analysis of soluble ions from dust Atmosphärenzirkulation, Emission Siggard-Andersen and sea salt over the last glacial und Deposition, Universität Bremen 2005 cycles in polar deep ice cores, Klaus Dittmers Late Weichselian to Holocene se- Universität Bremen 2005 dimentation in the inner Kara Sea: Qualification and quantification of Habilitation des Fachbereichs processes, Universität Bremen Geosystem Long-term variability in biogenic Dr. Hubertus Fischer The paleoaerosol archive in polar sulfur aerosol from the Southern 2005 ice cores: Sources, transport, depo- Ocean, Universität Bremen sition, Universität Bremen Guido Große Characterisation and evolution of 2005 periglacial landscapes in Northern Siberia during the Late Quaternary – Remote sensing and GIS studies, Universität Potsdam Svenja Kobabe Characterisierung der mikrobiellen 2005 Lebensgemeinschaft eines sibirischen Permafrostbodens, Universität Potsdam Matthias König Processing of shipborne magne- 2005 tometer data and revision of the timing and geometry of the Meso- zoic break-up of Gondwana, Universität Bremen

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1356Abs1356 005.04.20065.04.2006 11:57:4711:57:47 UhrUhr 357

Diplomarbeiten des Rechenzentrums Benny Bräuer Konzeptionierung und Proto- 2005 typenentwicklung eines auf der Web Services-Architektur basierenden Portals zur Suche von Publikationen und Daten der Meteorologie in einer wissenschaftlichen Großfor- schungseinrichtung, 209 pp., Hochschule Bremerhaven Ronny von Garrel Analyse und Implementierung 2005 einer Proxylösung zur Eta- blierung Autorisierter Virtual Network Computing (VNC) Verbindungen in Wide Area Networks, 88 pp., Fachhoch- schule Oldenburg Ostfriesland Wilhelmshaven Bastian Onken Prototypenentwicklung und 2005 ökonomischer Leistungsver- gleich von OAI- und Web Ser- vice-orientierten Architekturen zur Realisierung von Reposito- ries für Publikationen in einer wissenschaftlichen Großfor- schungseinrichtung, 211 pp., Hochschule Bremerhaven

2240519-1_Inhalt_rz40519-1_Inhalt_rz Abs1357Abs1357 005.04.20065.04.2006 11:57:4711:57:47 UhrUhr 358 Impressum

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft Am Handelshafen 12 D-27570 Bremerhaven

Telefon +49(0)471/48 31-0 Telefax +49(0)471/48 31-11 49 Telex 238695 polar d e-mail: [email protected] http://www.awi-bremerhaven.de

Bearbeitung der Texte: Gestaltung: Dr. Ude Cieluch Klemm Werbeagentur, Susanne Diederich Bremen Dr. Angelika Dummermuth Dr. Jens Kube Jutta Voß-Diestelkamp Fotografie: Dr. Andreas Wohltmann Umschlag und Kapitelseiten Ingo Arndt

Redaktion: Claudia Pichler Druck: Margarete Pauls (verantwortlich) Weserdruckerei Grassé GmbH, Bremerhaven

ISSN 1618-3703

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