ALBERT

Description: Der 3. Fahrtabschnitt der 1. Reise des neuesten deutschen Forschungsschiffes Maria S. Merian führt in die Schlammvulkanprovinz des Golf von Cadiz. Hier sollen Untersuchungen von biogeochemischen Stoffumsätzen, Fluid- und Gas-Flüssen an spezifischen Ökosystemen wie anoxischen Lebensgemeinschaften und azooxanthellaten Steinkorallen durchgeführt werden. Die Fahrt, die in 2 Unterabschnitte geteilt ist, beginnt in Kiel gefolgt von einem Zwischenstopp in Cadiz (Spanien) und endet in Lissabon (Portugal). MSM- 1/3 ist eine multidisziplinäre Expedition mit biologischen, geologischen und hydrographischen Fragestellungen. Ein Teil der Untersuchungen wird im Rahmen des „Geotechnologien” Programms des BMBF und der DFG für den Schwerpunkt „Methan im Geo-/Biosystem” durch das am IFM-GEOMAR koordinierte und für das ebenfalls hier schwerpunktmäßig angesiedelte Programm COMET (Controls on methane fluxes and their climatic relevance in marine gas hydrate-bearing environments) durchgeführt. Ein weiterer Teil der Ausfahrt dient den Untersuchungen im Rahmen des FP-6 Programms der EU HERMES (Hotspot Ecosystem Research on the Margins of European Seas). Aus dem HERMES-Programm nehmen 6 Partner teil. Beide Forschungsvorhaben sind sehr umfangreich und in ihrer Thematik komplex. Es gibt neben der geographischen Orientierung auf das Gebiet des Golf von Cadiz eine Vielzahl von inhaltlichen, personellen und logistischen Verbindungen zwischen beiden Programmen. Golf von Cadiz: Geologischer Hintergrund Die Region des Golf von Cadiz hat eine sehr komplexe geologische Geschichte. Sie ist seit der Trias durch mehrere tektonische Phasen mit Extension, Kompression und Lateralverschiebungen gekennzeichnet. Während des Mesozoikums und frühen Känozoikums bildeten sich in diesem Gebiet Bruchzonen mit Halbgraben-Strukturen und Karbonatplattformen. Im Torton verlagerte sich der Gibraltar-Bogen nach Westen. Dadurch wurde der Golf von Cadiz zu einem Forearc-Becken, in das Olistostrome (Rutschmassen) hineinglitten. In diesem Ablagerungsmilieu, das sonst für Akkretionskeile charakteristisch ist, wurden die Sedimente des südiberischen und nordafrikanischen Kontinentalrandes der damaligen Tethys stark deformiert. Die Olistostrom-Bildung war im oberen Miozän beendet. Gleichzeitig nahm die Subsidenz des Gebietes zu, und es kam zur Ausbildung von mächtigen Abfolgen progradierender und aggradierender Vorschüttfächer. Die geodynamische Interpretation dieser tektonisch sehr komplexen Region ist bis heute kontrovers. Der Gibraltarbogen liegt am östlichen Ausläufer der Azoren-Gibraltar Transformstörung, die als transpressionelle Grenze der iberischen und afrikanischen Platte gesehen wird. Die NW-SE gerichtete Konvergenz dieser beiden Platten zeigt sehr langsame Relativbewegungen von nur 4 mm pro Jahr. Die Ergebnisse neuester geophysikalischer Untersuchungen weisen jedoch darauf hin, dass auch eine ostwärtige Subduktion unter den Gibraltar-Bogen die gegensätzlichen Beobachtungen tektonischer Phänomene aus dem Riffgebirge und der Bethischen Kordillere erklären kann. Eine westwärts gerichtete Gegenrotation erzeugt Krustendehnung und damit Subsidenz in der Alboran See, während die damit verbundene westwärtige Verlagerung des Gibraltar-Bogens eine kompressionelle Deformation des Atlantis-Akkretionskeiles bewirkt. Es ist zu erwarten, dass die aktive Subduktion im Golf von Cadiz einen starken Einfluss auf das natürliche Gefahrenpotential dieser Region ausübt. Sie muss beispielsweise als Ursache für das große Erdbeben von 1755 gesehen werden (Stärke 8.5), durch das und den nachfolgenden Tsunami schwere Schäden in Lissabon und im angrenzenden Küstengebiet des Golf von Cadiz verursacht wurden. Diese historischen Ereignisse sind ein gewichtiger Grund dafür, dass der Golf von Cadiz eine Schlüsselregion für Europäische Forschungsaktivitäten und instrumenteller Langzeitbeobachtungen im Rahmen der EU-Programme ESONET, HERMES und EuroSEIZE bildet. Aus den Ergebnissen verschiedener Expeditionen ergeben sich viele Hinweise auf weit verbreitete Fluidaustritte, Karbonatmounds mit Tiefwasserkorallen (Lophelia-Skelette), Kohlenwasserstoff-Gasaustritte und Schlammdiapirismus am portugiesischen, spanischen und marokkanischen Kontinentalrand des Golf von Cadiz. Diese Phänomene wurden als Indikatoren für die weit verbreitete Existenz von gasübersättigten Sedimenten und der Migration von Fluiden diffusiv durch die Sedimente oder advektiv entlang von tektonischen Störungen interpretiert.

Description: Increased knowledge of the present global carbon cycle is important for our ability to understand and to predict the future carbon cycle and global climate. Approximately half of the anthropogenic carbon released to the atmosphere from fossil fuel burning is stored in the ocean, although distribution and regional fluxes of the ocean sink are debated. Estimates of anthropogenic carbon (C ant) in the oceans remain prone to error arising from (i) a need to estimate preindustrial reference concentrations of carbon for different oceanic regions, and (ii) differing behavior of transient ocean tracers used to infer C ant. We introduce an empirical approach to estimate C ant that circumvents both problems by using measurement of the decadal change of ocean carbon concentrations and the exponential nature of the atmospheric C ant increase. In contrast to prior approaches, the results are independent of tracer data but are shown to be qualitatively and quantitatively consistent with tracer-derived estimates. The approach reveals more C ant in the deep ocean than prior studies; with possible implications for future carbon uptake and deep ocean carbonate dissolution. Our results suggest that this approachs applied on the unprecedented global data archive provides a means of estimating the C ant for large parts of the world's ocean.

Description: Throughout Earth's history, the oceans have played a dominant role in the climate system through the storage and transport of heat and the exchange of water and climate-relevant gases with the atmosphere. The ocean's heat capacity is ≈1,000 times larger than that of the atmosphere, its content of reactive carbon more than 60 times larger. Through a variety of physical, chemical, and biological processes, the ocean acts as a driver of climate variability on time scales ranging from seasonal to interannual to decadal to glacial–interglacial. The same processes will also be involved in future responses of the ocean to global change. Here we assess the responses of the seawater carbonate system and of the ocean's physical and biological carbon pumps to (i) ocean warming and the associated changes in vertical mixing and overturning circulation, and (ii) ocean acidification and carbonation. Our analysis underscores that many of these responses have the potential for significant feedback to the climate system. Because several of the underlying processes are interlinked and nonlinear, the sign and magnitude of the ocean's carbon cycle feedback to climate change is yet unknown. Understanding these processes and their sensitivities to global change will be crucial to our ability to project future climate change.

Description: Ammonia-oxidizing archaea are ubiquitous in marine and terrestrial environments and now thought to be significant contributors to carbon and nitrogen cycling. The isolation of Candidatus “Nitrosopumilus maritimus” strain SCM1 provided the opportunity for linking its chemolithotrophic physiology with a genomic inventory of the globally distributed archaea. Here we report the 1,645,259-bp closed genome of strain SCM1, revealing highly copper-dependent systems for ammonia oxidation and electron transport that are distinctly different from known ammonia-oxidizing bacteria. Consistent with in situ isotopic studies of marine archaea, the genome sequence indicates N. maritimus grows autotrophically using a variant of the 3-hydroxypropionate/4-hydroxybutryrate pathway for carbon assimilation, while maintaining limited capacity for assimilation of organic carbon. This unique instance of archaeal biosynthesis of the osmoprotectant ectoine and an unprecedented enrichment of multicopper oxidases, thioredoxin-like proteins, and transcriptional regulators points to an organism responsive to environmental cues and adapted to handling reactive copper and nitrogen species that likely derive from its distinctive biochemistry. The conservation of N. maritimus gene content and organization within marine metagenomes indicates that the unique physiology of these specialized oligophiles may play a significant role in the biogeochemical cycles of carbon and nitrogen.