ALBERT

Description: Although ~20% of global carbonate occurs on extra-tropical shelves, our understanding of these depositional environments still lags far behind that of tropical carbonate platforms. The Maltese shelf in the central Mediterranean offers an opportunity to study in situ facies distribution in a light-dominated extra-tropical carbonate platform and the factors controlling them. The Maltese shelf visually exhibits three main facies: seagrass meadows; sand flats/bedforms and maerl. While visually distinctive, the allochem composition of the sediment does not offer a clear differentiation of all three but rather a gradient. This gradient is marked by increasing grain size with depth, a transition from green to red calcareous algae and an increase in the fraction of low Mg calcite. While some of these features could be explained by changes in light availability, other factors are also in play. Internal waves, currents and baffling by seafloor vegetation appear to play important roles in governing the sedimentary texture and composition across the Maltese shelf. The role of vegetated substrate is of greater importance in Mediterranean C-type carbonate factories and could be an important marker to identify them in the geological record.

Description: In dieser Arbeit wird der Einfluss atmosphärischer Antriebsparameter auf ein Ozean Ökologiemodell für den Nordatlantik betrachtet, und mit Fernerkundungsdaten verglichen, wobei ein Fokus auf den Einfluß des Windes und der damit verbundenen Prosesse in der ozeanischen Deckschicht gesetzt wird. Anhand der Monatsmittel der Chlorophyllkonzentrationen aus dem Jahr 1998 wird gezeigt, dass die Entwicklung einer intensiven Phytoplanktonblüte im nördlichen Teil des Nordatlantiks den Verlauf des Jahresgangs der Chlorophyllkonzentration dominiert, und sich die Chlorophyllkonzentrationen in den Sea WiFS- und Modelldaten im Nordatlantik sowohl räumlich als auch zeitlich unterscheiden. In drei ausgesuchten Regionen werden die Unterschiede der Phytoplanktonentwicklung, sowie der Einfluß des Windes auf die Chlorophyllkonzentrationen, und die Tiefe der Deckschicht betrachtet. Ein Vergleich der vom Modell simulierten Deckschichttiefen mit klimatologischen Daten der Deckschichttiefe zeigt, das die aus dem Modell errechneten Deckschichttiefen, gut mit den Deckschichttiefen der klimatologischen Daten übereinstimmen. Die Betrachtungen der zeitlichen Variabilität der Tagesmittelwerte des Windes und der Chlorophyllkonzentrationen aus Sea WiFS und Modell zeigen regionale wie auch saisonale Unterschiede auf. Im Subtropenbereich reagiert das Phytoplankton eher auf die Variabilität des Windes auf kurzen Zeitskalen, während in den mittleren und hohen Breiten die Entwicklung der Phytoplanktonblüte eher von den längerperiodischen Schwankungen der Windgeschwindigkeit, und der Variabilität der Deckschichttiefe abhängt. Bei der Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Windgeschwindigkeit und Chlorophyllkonzentrationen stellt sich herraus, dass das Modell die Abhängigkeit der Phytoplanktonkonzentration vom Wind gut nachbilden kann. Allerdings zeigen sich noch Unterschiede im zeitlichen Einsetzen der Frühjahrs- und Herbstblüte.

Description: Sediment sampling is a prevalent approach for ex- ploring and understanding the ocean and its change over time. Unfortunately, the sampling process can be very costly due to the logistics that involve the transportation and deployment of the Remotely Operative Vehicle (ROV), specifically designed for this task. In a collaboration of marine scientists and engineers, this work focuses on developing a lightweight, modular and cost efficient actuation system for deep-sea suction-sampling. We propose a binary actuation system to manipulate the sampling tube directly instead of the tube being guided by a traditional manipulator. The core of the actuation system are bistable actuators that combine origami-inspired soft actuators with a bistable mechanism to form a lightweight but still robust system. This concept aims to lower the cost of deep-sea sediment sampling by offering the option to replace the currently used hydraulic titanium manipulator, that is traditionally used for deep-sea research. We present the design, manufacturing and proof of concept for the combination of a origami-inspired soft actuator with a bistable mechanism.

Description: The Mariana Trough is the youngest back-arc basin in a series of basins and arcs that developed behind the Mariana subduction zone in the western Pacific. Active seafloor spreading is ongoing at a spreading axis close the Mariana Arc resulting in a pronounced asymmetric configuration (double rate to the west 2:1) at 17° N. The formation of back-arc basins is controlled by the subducting slab, which regulates the temporal development of mantle flow, entrainment of fluids and hydrous melts together with the magma generation. To better understand the formation process of back-arc basins and the asymmetry of the central Mariana Trough, we combined 2-D P-wave traveltime tomography results together with high-resolution bathymetric data. Here, we show that the crust in the central Mariana Trough is 6.5-9.5 km thick, which is unusual for oceanic crust. The lower crust exhibits average seismic velocities of 6.5-7.2 km/s. High-velocity anomalies (7.4-7.9 km/s) in the lower crust at the margins of the Mariana Trough indicate that magmatic accretion process was affected by hydrous melting during rifting. While the Mariana Trough developed from a rather symmetric rifting (0.89:1) to a strongly asymmetric seafloor spreading stage (5.33:1), the contribution of hydrous melts declined and the opening direction changed. The asymmetric plate motions and the temporal change of the slab component influenced strongly the formation of the back-arc basin.

Description: The Skagerrak basin represents the main sink area for fine-grained sediment in the North Sea region and constitutes a natural deposition centre for sediments that are supplied from the Atlantic, the Baltic Sea and the surrounding continental margins and coasts. However, the exact sources and their proportional contributions to the North Sea sediments and to the Skagerrak deposits are not well understood.To trace the predominant sources of the sediment and to gain a better understanding of the sedimentary processes in the North Sea and the Skagerrak basin, radiogenic Sr, Nd, and Hf isotope signatures and clay mineral compositions of the detrital clay fraction of surface sediment samples from the North Sea, the Scandinavian margins and the Baltic Sea were measured.The results indicate that the major source for Skagerrak clay-size sediments is the northern North Sea but Scandinavia as well as the southern North Sea including the southern England coast also contribute material. Seabed and coastal erosion in the northern North Sea are enhanced by the inflowing Atlantic Currents, which provide the Skagerrak with high amounts of clay size sediments. In contrast, the southern North Sea, the Baltic Sea and mid-European rivers such as Weser, Elbe and Ems are only minor contributors. As Skagerrak deposits are dominated by clay sized material (up to 60%), the reconstructed sediment processes related to this study deviate from findings in previous sediment budget studies, which were based on both clay and silt fraction and indicated predominant influences from the southern North Sea. These results highlight that coastal and seabed erosion in the North Sea is a previously underestimated source of fine-grained sediments for depocenters in the entire North Sea.With regard to climate change, the global sea-level rise will likely enhance erosional processes and can therefore significantly influence the sediment budget of the entire North Sea.

Description: Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des EU-Projektes BARENE LIFE natura '99 angefertigt. Ziel der Arbeit war die Untersuchung des Einflusses der H6hlenbauaktivitäten durch Zosterisessor ophiocephalus (Familie Gobiidae) auf die Dynamik der Salzwiesenufer in der Lagune von Venedig. Es sollte ermittelt werden, ob sich der mit dem Reproduktionshöhlenbau einhergehende Sedimentverlust destabilisierend bzw. erodierend auf die den Salzwiesen vorgelagerten Vorsalzwiesenwattflächen auswirkt. Da diese eine Auslaufzone für Wellen darstellen, hatte ihre Erosion eine stärkere Exposition und somit einen stärkeren Rückgang der Uferlinie zur Folge. Durch Sedimentanalysen bezüglich der Korngrößenverteilung und des Kalkgehaltes sowie Messungen der Scherfestigkeiten des Sedimentes sollte ermittelt werden, inwiefern diese Parameter mit der Abundanz und dem Volumen der Reproduktionshöhlen in Zusammenhang stehen. Mit Hilfe einer Volumenerfassung der Reproduktionshöhlen sollten Ruckschlüsse auf den Sedimentverlust und eine mögliche Destabilisierung der Vorsalzwiesenwattflächen gezogen werden. Die Ergebnisse der Korngrößenanalyse des Sedimentes ergaben, dass die Sedimente an zwei der drei beprobten Standorte mit Feinsandanteilen zwischen 49 und 63% nach Malavasi (2002) gute Bedingungen fur die Höhlenbauaktivitäten von Z. ophiocephalus boten. Nach Analyse der Kalkgehalte der Sedimente erwiesen sich diese als carbonatreich bis sehr carbonatreich. Es konnte ein möglicher Zusammenhang zwischen Höhlengröße und Carbonatgehalt aufgezeigt werden. Bei einem höheren Carbonatgehalt des Sedimentes war das mediane Höhlenvolumen größer als bei niedrigem Carbonatgehalt. Der Vergleich der Scherfestigkeiten mit der Anzahl der Höhlen zeigte den Trend zu größeren Höhlenanzahlen bei niedrigen Scherfestigkeiten des Bodens auf. Die Ermittlung des Sedimentverlustes der beprobten Standortflächen durch Höhlenbauaktivitäten von Z. ophiocephalus ergaben, dass die im Rahmen der vorliegenden Arbeit ermittelten Größenordnungen der Höhlenanzahlen, die mit einer geringen Abundanz des Fisches zum Zeitpunkt der Untersuchungen in Zusammenhang stehen, keine oder allenfalls geringe destabilisierenden Auswirkungen auf die die Salzwiesenufer schuützenden Vorsalzwiesenwattflächen haben. Unter diesen Umständen ließ sich kein Einfluss von Z. ophiocephalus auf die Dynamik der Salzwiesenufer in der Lagune von Venedig feststellen. Allerdings bleibt die geringe lndividuenanzahl des Fisches im Untersuchungszeitraum und -gebiet zu berücksichtigen. Da die beprobten Standorte potenziell die Vorraussetzung fur eine größere Höhlendichte pro m2 bieten, wäre ein nachzuweisender Einfluss van Z. ophiocephalus auf die Erosion der Salzwiesenufer in Jahren mit hohen Abundanzen des Fisches durchaus denkbar.

Description: Auf einem West-Ost Transekt von Curacao (niederländische Antillen) nach Douala (Kamerun) bei 10°N und einem kurzen Nord-Süd Transekt bei 25°W zum Äquator wurde die Phytoplanktonzusammensetzung in Bezug auf ihre Verteilung in der Wassersäule untersucht. Dabei wurden die Methoden Flow Cytometrie (FCM) und High Performance Liquid Chromatography (HPLC) verwendet. Der West-Ost Transekt wurde aufgrund abiotischer Faktoren in die Regionen Amazonasgebiet, offener Atlantik und afrikanische Küste eingeteilt. Alle Regionen waren durch niedrige Oberflächenchlorophyllkonzentrationen und ein Tiefen-Chlorophyllmaximum gekennzeichnet. Prochlorophyceen dominierten das Phytoplankton in allen Gebieten mit Zellzahlen von bis zu 2,5*105 Zellen m-1 gefolgt von Synechococcen (4*104 Zellen m-1) und Picoeukaryoten (9*103 Zellen m-1). Der Anteil der Prochlorophyceen am Gesamtchlorophyll war in der Oberfläche am höchsten, betrug aber insgesamt nur maximal 36,7%. Der Chlorophyllgehalt pro Zelle stieg mit der Tiefe um den Faktor 15, der Divinyl Chlorophyllgehalt pro Zelle um den Faktor 6. Anhand der Markerpigmente wurden durch CHEMTAX Prochlorophyceen, Synechococcen, Prymnesiophyceen E. hux Typ und Chrysophyceen als die in Chlorophylleinheiten dominantesten Gruppen in der Oberfläche bestimmt. Prochlorophyceen, Chrysophyceen und Prasinophyceen hatten im Chlorophyllmaximum den größten Anteil am Gesamtchlorophyll. Eine Diskriminanzanalyse ergab signifikante Unterschiede in der Phytoplanktonzusammensetzung zwischen den vier Regionen für die Oberfläche und das Chlorophyllmaximum. Zusätzlich wurden Experimente durchgeführt, die die Reaktionen der Phytoplanktonorganismen auf veränderte Lichtbedingungen allein oder in Kombination mit Nähstoffzugabe testen sollten. Eine Erniedrigung der Lichtintensität ergab in den meisten Fällen einen signifikanten Rückgang der Primärproduktion, Zellzahlen und Pigmentkonzentrationen von Prochlorophyceen, Synechococcen und Picoeukaryoten. Der gegenteilige Effekt wurde bei einer Erhöhung der Lichtintensität beobachtet. Dort stieg die Primärproduktion um den Faktor 1O bzw. 100 und die Zellzahlen um das bis zu 5,5 fache. Eine weitere Nährstoffzugabe zeigte darüber hinaus keine Wirkung.