R07: Grenzflächen des Ozeans



Wie beeinflussen kleinskalige Prozesse an den Grenzflächen des Ozeans den Austausch klimawirksamer Stoffe?

Im Forschungsfeld „Grenzflächen des Ozeans“ untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Biologie, Chemie, Biogeochemie, Geologie, Physikalischen Ozeanografie und Mathematik die Bildung, die Umwandlung und den Transport klimawirksamer Stoffe an verschiedenen Grenzflächen des Ozeans.

 

Das interdisziplinäre Forscherteam studiert - bildlich gesprochen - die Atmung des Ozeans über seine inneren und äußeren Häute. Ein Beispiel ist der CO2-Gastransfer. Der Ozean interagiert mit der Atmosphäre und Lithosphäre durch Austausch von Materie und Energie. Das Verständnis der zugrunde liegenden Austauschprozesse ist notwendig, um die komplexen Rückkopplungs-Mechanismen des Klimasystems besser zu verstehen. Diese sind durch das Zusammenwirken von vielfältigen physikalischen, chemischen und biologischen Teilschritten geprägt. Dabei sind sowohl auf kleinstem Raum wie Zellwänden als auch in großflächigen Meeresgebieten stattfindende Prozesse von Interesse. Sie können sehr schnell ablaufen, in Millisekunden oder noch schneller, aber auch viele Jahre dauern.

Sowohl an den großen Randzonen der Ozeane, als auch in der nur wenig Mikrometer dicken organischen Schicht an der Oberfläche des Ozeans sammeln sich organische und anorganische Substanzen an. In Kombination mit einer starken biologischen Aktivität entstehen so direkt an den Grenzflächen einzigartige Umgebungen mit speziellen physikalisch-chemischen und biologischen Eigenschaften. Diese Grenzflächensysteme unterscheiden sich dabei hinsichtlich der ablaufenden photochemischen oder mikrobiellen Prozesse deutlich vom umgebenden Wasser.

Zukünftige Veränderungen könnten dazu führen, dass es zur Verstärkung oder auch Verringerung von Austauschprozessen an den Grenzflächen des Ozeans kommt. Im Forschungsfeld „Grenzflächen des Ozeans“ haben sich die Forschenden daher zum Ziel gesetzt, mit modernen molekularen, mikrobiologischen, biogeochemischen und laserspektroskopischen Analysetechniken gezielt ausgewählte Prozesse möglichst detailliert zu charakterisieren. Hinzu kommen Felduntersuchung und klein- bis großräumige Mesokosmos-Experimente. Diese sollen helfen, die in natürlichen Umgebungen ablaufenden Kernprozesse zu identifizieren – ein wichtiger Schritt, um diese in Modelle zu implementieren, die die Wirklichkeit besser als zuvor widergeben sollen.

Zentrale Themen sind:

  • Bildung, Verbleib und Emission von klimawirksamen Gasen an der Grenzfläche „Meerwasser-Meeresboden“.
  • Die Akkumulation und intensive mikrobiologische Transformation organischer Stoffe an der Grenzfläche „Ozean-Atmosphäre“.
  • Chemische Aspekte des Ozeans als Hauptquelle und -senke klimawirksamer Gase; insbesondere die Untersuchung der besonderen Rolle der nur wenige Mikrometer dünnen organischen Schicht an der Grenzfläche „Wasser-Luft“.

 




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