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Der Einfluss von bodennaher Turbulenz auf den Transport von Tracern in marinen Becken (ROBOTRACE)

Antragsteller Dr. Peter Holtermann
Fachliche Zuordnung Physik, Chemie und Biologie des Meeres
Förderung Förderung von 2016 bis 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322366882
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Laufe der Zeit hat die Anoxie (Sauerstoffmangel) in den Meeren stark zugenommen, wobei die Ostsee ein prominentes Beispiel für diesen weltweiten Trend ist. Der Grund für den Sauerstoffmangel ist ein Ungleichgewicht zwischen dem Sauerstoffbedarf und der Fähigkeit des Meeres, Sauerstoff aus der gut mit Sauerstoff angereicherten oberen Wassersäule in die Tiefe zu transportieren. Während die allgemeinen Prozesse dieses Ungleichgewichts gut verstanden sind, sind viele Details dieser Transportprozesse noch bis zu einem gewissen Grad unklar, so auch die in welcher Grösse turbulente Transportprozesse von Sauerstoff innerhalb der Wassersäule und an der Wasser-Sediment-Grenzfläche eine Rolle spielen. Diese Fragen wurden im Rahmen des ROBOTRACE-Projekts durch einen seegehenden, messenden, Teil, bei dem die Sauerstoffkonzentrationen zusammen mit der Turbulenz in der Wassersäule gemessen wurden, und einen Modellierungsteil, der darauf abzielte, die Sediment-Wasser-Austauschprozesse auf der Grundlage der Turbulenztheorie zu formulieren, behandelt. Der messende Teil des Projekts bestand aus drei Expeditionen in die zentrale Ostsee im Herbst 2017, Winter 2018 und Sommer 2019. Die Hauptziele der Expeditionen waren eine saisonale Beprobung der Sauerstoffflüsse durch die Halokline der Ostsee und in das Sediment. Um die Sauerstoffflüsse innerhalb der Wassersäule zuverlässig zu erfassen, ist aufgrund der starken vertikalen Gradienten ein schneller Sauerstoffsensor erforderlich. Dieses Problem wurde durch den Einsatz eines neu entwickelten Sauerstoffloggers gelöst, der ursprünglich für ein Eddy-Kovarianzsystem entworfen wurde, aber nun in Kombination mit einer Schermikrostruktursonde benutzt wurde, die die Dissipationsrate der turbulenten kinetischen Energie innerhalb der Wassersäule misst. Im Laufe des Projekts wurde das externe Gerät in Zusammenarbeit mit dem Hersteller in die Scherungssonde integriert und ist als ein kommerzielles Produkt erhältlich. Dieser Teil der Arbeit ist in einem Peer-Review Journal publiziert worden. Zusätzliche Informationen wurden durch mehrere Verankerungen gewonnen, die mit Geschwindigkeitsmessern, Temperatur-, Salzgehalts- und Sauerstoffloggern ausgestattet waren. Die Flüsse zwischen dem Sediment und der Wassersäule wurden mit drei verschiedenen Techniken gemessen: mit einem Mikroprofilersystem, einem Eddy-Kovarianz-System und einem Kammerlander. Die Ergebnisse dieser Geräte werden derzeit im Rahmen einer Masterarbeit ausgewertet und sind noch nicht veröffentlicht. Der zweite Teil, der die numerische Modellierung von Sediment-Wasserflüssen beinhaltete, konzentrierte sich auf eine Implementierung der Sediment-Wasser-Flüsse in kohäsiven Sedimenten. Während der Entwicklung des Modells stellte sich heraus, dass eine Implementierung, die sowohl die Erhaltungsgleichungen der Tracer als auch die Anforderungen eines vollständigen biogeochemischen Modells mit beliebig komplexen Reaktionen zwischen den Tracern erfüllt, deutlich mehr Zeit als ursprünglich geplant benötigt. Diese zusätzliche Zeit wurde auf Kosten von einigen Workpackages des Projektplans erkauft und so dass erfolgreich eine eine Erweiterung des General Turbulence Ocean Model (GOTM) entwickelt, getestet und veröffentlicht werden konnte. Diese Erweiterung ermöglicht es GOTM, ein vertikal aufgelöstes Sediment unterhalb der Wassersäule in Kombination mit einem vom Benutzer zu konfigurierenden biogeochemischen Modell erstellen zu können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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