Project

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Southern Ocean Paleoceanography and glacial-interglacial changes in the efficiency of the biological pump

Applicant Thöle Lena
Number 168625
Funding scheme Doc.Mobility
Research institution Max-Planck-Institut für Chemie Otto-Hahn-Institut
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Oceanography
Start/End 01.10.2016 - 31.03.2017
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All Disciplines (2)

Discipline
Oceanography
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy

Keywords (5)

Carbon cycle ; Biological Pump; Paleoclimatology; Glacial-Interglacial Cycles; Paleoceanography

Lay Summary (German)

Lead
Im Hinblick auf Warm-/Eiszeitwechsel und damit einhergehende Veränderungen des CO2-Gehalts in der Atmosphäre spielen die Meere eine zentrale Rolle: Aufgrund ihrer Größe sind sie in der Lage spürbar in den Kohlenstoffkreislauf einzugreifen. Bei diesen langen Zeiträumen beeinflussen vor allem zwei gegensätzliche Prozesse den atmosphärischen CO2-Gehalt: Atmosphärisches Kohlendioxid steht im Austausch mit dem Oberflächenwasser und wird dort von Algen zur Produktion von organischem Material aufgenommen. Beim Absterben sinken diese in den Tiefenozean. Dort wird schlussendlich das CO2 aus der Atmosphäre gespeichert. Die Schichtung im Meer wird in Richtung der Pole schwächer. Somit kann um die Antarktis CO2-reiches Tiefenwasser an die Oberfläche gelangen und CO2 wieder an die Atmosphäre abgegeben werden. Je nach Ausprägung dieser beiden Prozesse spricht man von einer effizienten (CO2-Speicherung im Meer) oder ineffizienten (Abgabe von CO2 an die Atmosphäre) biologischen Pumpe.
Lay summary

Paläoozeanographie des Südozeans und glazial-interglaziale Schwankungen in der Effizienz der biologischen Pumpe

Inhalt und Ziel dieses Forschungsprojektes

Wir wollen in diesem Projekt die Dynamik und Stärke der biologischen Pumpe bis zur vorletzten Eiszeit vor ca. 130.000 Jahren rekonstruieren, um ein besseres Verständnis für die Rolle des Südozeans zu gewinnen und Einflüsse und Abhängigkeiten der biologischen Pumpe von anderen Prozessen zu erkennen. Dazu führen wir verschiedene Analysen an insgesamt vier Sedimentkernen durch. Neben der Produktivität der verschiedenen Algengruppen besonders wichtige Prozesse, die wir rekonstruieren wollen, sind zum einen die Verbreitung von Meereis zu verschiedenen Zeitpunkten diese könnte den Wasser-Luft-Austausch blockieren. Zum anderen wird der Staubeintrag rekonstruiert, mit dem der Mikronährstoff Eisen in die Meeresoberfläche gelangt, da dieser beispielsweise das Algenwachstum limitiert.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Die Ergebnisse des Projektes werden neue Informationen zur Klima- und Ozeanvergangenheit liefern und Einblicke in die Dynamiken und Prozesse im Ozean geben. Diese Erkenntnisse sind angesichts des voranschreitenden Klimawandels von enormer Bedeutung, um die momentanen Entwicklungen besser einordnen und langfristige Prognosen stellen zu können.

 

Keywords

Paleoclimate, Paleoceanography, carbon cycle, biological pump, glacial-interglacial cycles.

Direct link to Lay Summary Last update: 05.07.2016

Responsible applicant and co-applicants

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
PAGES OSM Conference Poster Reconstructing dust input and its influence on the efficiency of the biological pump in the Southern Indian Ocean over glacial-interglacial time scales 09.05.2017 Zaragoza, Spain Thöle Lena;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
144811 SeaO2 - Past changes in Southern Ocean overturning circulation - implications for the partitioning of carbon and oxygen between the ocean and the atmosphere 01.10.2013 SNSF Professorships

Abstract

When looking at glacial-interglacial time scales, the Southern Ocean plays a key role in modulating atmospheric CO2 concentrations, and hence temperature changes. Water masses with previously stored carbon from the deep ocean outcrop to the surface, allowing gases and CO2 to exchange with the atmosphere. This CO2-exchange is mainly controlled by the efficiency of the so-called biological pump. First CO2 is taken up by photosynthesis, sinks down and is remineralized in the abyss. Secondly, the strength of ocean circulation and the stability of the vertical water column control how much of this CO2 is brought back to the surface. This ratio makes the efficiency of the biological pump. Reconstructions of paleofluxes of export production, oxygenation state and nutrient upwelling can give insight into these past ocean dynamics and lead to better understanding of ocean behavior, a very important matter considering today's ongoing climate change.New sediment cores from the Southern Indian Ocean increase the temporal and spatial resolution of existing records, which until now mainly focus on the Atlantic sector of the Southern Ocean. Our highly resolved sediment cores are analyzed for thorium and uranium isotopes to correct for sediment redistribution, opal and carbonate fluxes as proxies for productivity and redox sensitive trace metals for oxygenation states. Additionally, organic biomarkers help to improve our understanding of these processes tremendously, serving as proxies for terrestrial input, sea surface temperatures and productivity.We hope to investigate our cores in order to see whether the results from the Atlantic sector hold true and can be applied to all of the Southern Ocean. Our results allow for a direct comparison not only with previous marine studies but also with ice core data from Antarctica. This could lead to a better understanding of past atmospheric CO2-changes and a better prediction for future developments.
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