Marine Biogeochemistry

OASIS

OASIS: OrgAnische sehr kurzlebige Substanzen und ihr Luft-Wasser-Austausch vom Indischen Ozean bis in die Stratosphäre

Projektträger: BMBF/ PTJ FKZ:03G0235A

Projektlaufzeit: 01.04.2014 bis 31.07.2016

Der tropische Indik stellt vermutlich eine starke marine Quelle für sehr kurzlebige halogenierte und schwefelhaltige Substanzen (Englisch: very short lived substances, VSLS) dar. Bisher existieren für die halogenierten VSLS keine und für die schwefelhaltigen VSLS sehr wenige Messungen aus dieser Region. Während des Südwestmonsun (JJA) werden die bodennahen Luftmassen Richtung Indien und den Golf von Bengalen transportiert, wo sie in den Einfluss starker Konvektion und effektiven Transport durch die Tropische Tropopausenschicht (Englisch: tropical tropopause layer, TTL) in die Stratosphäre geraten. Die Rolle biogener Emissionen aus dem tropischen Indik und ihr Eintrag in die Stratosphäre über Indien und den Golf von Bengalen im Südwestmonsun ist bisher noch nicht untersucht worden.

Im Sommer 2014 wurden mit den Forschungsfahrten SO235 und SO234_2 erstmalig Messungen im tropischen Indik durchgeführt, die mit Hilfe von Transportmodellierung der marinen Substanzen einmalig mit den GLOBAL HAWK Flugzeug Messungen in der Stratosphäre der ATTREX Mission verknüpft werden können. Die folgenden Fragenstellungen sind bisher ungeklärt und sollen in dem OASIS SONNE Antrag beantwortet werden: Welcher Anteil des beobachteten Halogen- und Schwefelgehalts in der Stratosphäre hat eine natürliche, ozeanische Quelle als Ursprung? Im speziellen welche Rolle spielen die ozeanischen Emissionen sehr kurzlebiger halogenierter und schwefelhaltiger Substanzen aus dem tropischen Indik für die Stratosphäre während Südwestmonsun? Was sind ihre Quellen und Quellstärken für die Troposphäre und wie stark ist der Luftmassenaustausch mit der Stratosphäre?

Die SO235 Fahrtroute vom Starthafen Port Louis/ Mauritius zum Endhafen Malé/ Malediven (23.07.-07.08.2014) führte entlang von Gebieten mit erhöhter biologischer Produktivität im tiefen Ozean und entlang von tropischen Inselgruppen, Korallenriffen und Upwelling Regionen, die verstärkte Quellen der kurzlebigen Verbindungen zeigten.

 

 

SO235 Fahrtroute von Port Louis/Mauritius bis Male/ Malediven vom 23.07.-07.08.14.

Während SO235 befanden wir uns überwiegend in starken SE Windregimen, die vermutlich erhöhte VSLS Flüsse verursachten und optimale Bedingungen für die Eddy Kovarianz Messungen lieferten. Mit Hilfe dieser Messungen wurden die Flüsse klimarelevanter Gase, sowie der Transferkoeffizient K, der für die Flussberechnungen aller Gase genutzt werden kann, direkt bestimmt. Desweiteren wurden vier Tagesstationen und 22 Profilerprobungen durchgeführt, um die tageszeitlichen Variationen und kurzfristigen Fluktuationen, die Quellen, sowie den Spurengaskreislauf im tieferen Ozean zu untersuchen. 66 Radiosonden und 4 Ozonsondenstarts erkundeten die Struktur der Atmosphäre und ihren Spurengashaushalt  bis in 30 km Höhe. Die Messungen geben Aufschluss über die physikalischen und chemischen Prozesse in Ozean und Atmosphäre, die einen Einfluss auf die tageszeitlich variablen Emissionen haben. Die beobachteten Emissionen und die meteorologischen Messungen sind die Grundlage für geplante Transportchemiemodellierung, mit der die Beiträge der ozeanischen Quellen zum stratosphärischen Halogen- und Schwefelgehalt bestimmt werden.

Neben den Konzentrationen und Flüssen halogenierter und schwefelhaltiger Verbindungen in Luft und Meerwasser wurden auch Informationen über den Halogengehalt in Aerosolen, den anorganischen Zersetzungsprodukten der Halogenverbindungen und die Chemie der Atmosphäre gewonnen. Untersucht wurden außerdem OVOCs (Oxygenated Volatile Organic Compounds), Isopren, CO2- und N2O-Flüsse, u.a. um Unterschiede zwischen den direkt gemessenen Eddy Kovarianz Flüssen von verschiedenen Substanzen zu detektieren. Die Bestimmung des Phytoplanktongehalts des Meerwassers und dessen Zusammensetzung, sowie die Bestimmung der Nettoproduktion und -respiration werden genutzt, um die biologischen Quellen im Meer näher zu bestimmen .

An der SO234-2 SPACES (Science Partnerships for the Assessment of Complex Earth System Processes) Ausbildungs- und Austauschfahrt zwischen Studenten des südlichen Afrikas und Deutschlands nahmen 15 Studierende aus Südafrika, Namibia und Deutschland teil, dazu 9 Wissenschaftler und ein madagassischer Beobachter. Das Ziel dieser SONNE Fahrt umfasste ebenfalls den Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Meerwasser sowie die Produktion und den Transport ozeanischer Spurengase vom subtropischen Indischen Ozean bis in die Stratosphäre während Südwestmonsun, im Besonderen die Vermittlung des Hintergrundwissens und praktische Kenntnisse an die SPACES Studenten. 

SO234-2 Fahrtroute von Durban/ Südafrika bis Port Louis/ Mauritius vom 06.-20.07.14.

Referenzen

RV SONNE Fahrtbericht / Cruise Report SO234-2 GEOMAR Report, N.Ser. 020. GEOMAR, Kiel, Germany.

RV SONNE Fahrtbericht / Cruise Report SO235 GEOMAR Report, N.Ser. 021 . GEOMAR, Kiel, Germany.

Projektpartner (in alphabetischer Reihenfolge) 

Dr. Helmke Hepach (Ozeanische Quellen halogenorgansichern Verbindungen, GEOMAR)

Alina Fiehn (FLEXPART Modellierung des Transportes der Spurengase in die Stratosphäre, Doktorandin

Prof. Dr. Kirstin Krüger (Initiator und Ratgeber des Projektes: nun an der Universität Oslo)

Prof. Dr. Christa Marandino (Ozeanische Schwefelemissionen: Wissenschaftlerin, GEOMAR)

Dr. Birgit Quack (Ozeanische Halogenemissionen:  Projektkoordinator, GEOMAR)

 

Kontakt 

Dr. Birgit Quack

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Email: bquack(at)geomar.de