ALBERT

Description: In order to perform optimum interpolation ( OI), which is further used to present climatological maps or to implement network design, the covariance statistics of the field of interest have to be estimated. Subjective choices have to be included in the analysis, whether e.g. using the structure function or directly estimating the covariance or which analytical fit will be applied to the data correlation values. These subjective choices are evaluated in a test case forming a method to determine the covariance field and the resulting scales of decorrelation. Different data sets having individual premises are analyzed and partly compared. Previous analysis of this kind build on other data sources formed the network design for the ARGO project, which was started in year 2000 and is nearly fully established consisting of a global array of autonomous profilers. ARGO serves as the main data set for this analysis and the covariance field and the resulting scales can now be determined from the data provided by the project itself. Zero-crossing scales for temperature, salinity and the mixed-layer-depth are estimated, whereas temperature and salinity provide similar zero-crossing scales of up to 350 km, 8° latitude, 16° longitude and 23 months. Scales for the mixed-layer-depth are slightly smaller, but it is found, that the scales for the mixed-layer crucially depend on the criterion chosen to define the mixed-layer-depth out of temperature and salinity data. The N orth Atlantic Ocean, as defined here ( 45°N-81 °N, 70°W-20°0), has not been object to this kind of analysis before. As it is a region strongly influenced by topographic features, ideas are presented how the method could be modified taking the topographic influence into account.

Description: Aufgrund zahlreicher Studien zu Physiologie, Aufzucht und Verhalten erwies sich der Modellorganismus S. officinalis als ideal für die Durchführung der Experimente, welche den Einfluss der Nahrung auf die biochemische Zusammensetzung klären sollten. Die beiden Aufzuchtsexperimente wurden durchgeführt, um den Einfluss der Nahrung auf verschiedene Parameter wie Wachstum, Mortalität, Fettsäuresignatur sowie lsotopensignatur frisch geschlüpfter Sepien (Experiment 1) sowie juveniler Sepien (Experiment 2) zu untersuchen. Die umfangreichen Analysen wurden ausschließlich an Mantelgewebeproben der Tiere durchgeführt. In Experiment 1 wurde eine hohe Wachstumsrate (IGR) der Hatchlinge sowie eine geringe Mortalitätsrate beobachtet. Der Einfluss des Nahrungsorganismus Mysis auf die Fettsäure- bzw. stabile lsotopenzusammensetzung der Sepien konnte nachgewiesen werden. Die Wachstumsrate der Sepien aus Experiment 2 war bei den mit Garnelen gefütterten Sepien am höchsten und sank über eine niedrigere, aber immer noch positive Wachstumsrate bei den mit Fisch gefütterten Tieren bis zu einem negativen Wachstum bei der Hungergruppe. Diese Abstufung konnte ebenfalls bei der Betrachtung der Mortalität und zum Teil in der biochemischen Zusammensetzung beobachtet werden. Der Transfer der Fettsäuremuster sowie die Weitergabe des lsotopensignals konnte auch in diesem Experiment sichtbar gemacht werden. Die Kombination beider Methoden (Fettsäure- und lsotopenanalyse) erwies sich als ausgezeichneter lndikator, um den Einfluss der Nahrung umfangreich zu studieren. Die Fettsäure- bzw. stabile Isotopenzusammensetzung zeigte in der gesamten Studie einen Einfluss der biochemischen Zusammensetzung der Nahrung auf verschiedene Entwicklungsstadien der Konsumenten und bekräftige somit das Potenzial beider Methoden als Nahrungsnetzindikatoren und trophische Marker. Diese Methoden konnen zwar keine vollständige Beschreibung der Nahrungsnetzstruktur und dessen Funktion liefern, dennoch bieten gerade die Erkenntnisse aus Studien, die unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt wurden, einen wichtigen Beitrag, um die Funktion und Rolle des Konsumenten im Nahrungsnetz besser verstehen zu können. Zusätzlich konnte mit diesen Experimenten der starke Einfluss des Wachstums auf die biochemische Zusammensetzung der jungen Sepien nachgewiesen werden. Weitere Erkenntnisse im Verhalten und in der biochemischen Zusammensetzung, speziell der Hungertiere, konnten ebenfalls gewonnen werden. Trotzdem spielen noch viele weitere Faktoren wie zum Beispiel andere Nahrungskomponenten (u.a. Proteine, Carotenoide) oder andere Gewebetypen (z.B. Mitteldarmdrüse, Schnabel) bei der Interpretation der biochemischen Zusammensetzung eines Organismus eine Rolle. Um die hier gewonnenen Daten zur Nahrungsökologie des Konsumenten S. officinalis und die Information zu den von S. officinalis bevorzugten Beuteorganismen im komplexen Nahrungsnetz anwenden zu können, müssen weitere Untersuchungen im Labor sowie im Freiland vorgenommen werden. Dies würde es ermöglichen, präzisere Aussagen zum Wachstum von S. officinalis und zur Bedeutung der in dieser Studie untersuchten Nahrungsorganismen treffen zu können. Je mehr Daten aus zukünftigen ökologischen Studien gesammelt werden, umso größer sind die Möglichkeiten neue Einblicke in die Ernährungsstrategie und Lebensweise von S. officinalis und deren Rolle in marinen Nahrungsnetzen gewinnen zu können.

Description: NORP-SORP Workshop on Polar Fresh Water: Sources, Pathways and Impacts of Freshwater in Northern and Southern Polar Oceans and Seas (SPICE-UP)What: Up to 60 participants at a time and more than twice as many registrants in total from 20 nations and across experience levels met to discuss the current status of research on freshwater in both polar regions, future directions, and synergies between the Arctic and Southern Ocean research communitiesWhen: 19-21 September 2022 Where: Online

Description: Background: Sponges (phylum Porifera) constantly interact with microbes. They graze on microbes from the water column by filter-feeding and they harbor symbiotic partners within their bodies. In experimental setups, sponges take up symbionts at lower rates compared with seawater microbes. This suggests that sponges have the capacity to differentiate between microbes and preferentially graze in non-symbiotic microbes, although the underlying mechanisms of discrimination are still poorly understood. Genomic studies showed that, compared to other animal groups, sponges present an extended repertoire of immune receptors, in particular NLRs, SRCRs, and GPCRs, and a handful of experiments showed that sponges regulate the expression of these receptors upon encounter with microbial elicitors. We hypothesize that sponges may rely on differential expression of their diverse repertoire of poriferan immune receptors to sense different microbial consortia while filter-feeding. To test this, we characterized the transcriptomic response of two sponge species, Aplysina aerophoba and Dysidea avara, upon incubation with microbial consortia extracted from A. aerophoba in comparison with incubation with seawater microbes. The sponges were sampled after 1 h, 3 h, and 5 h for RNA-Seq differential gene expression analysis. Results: D. avara incubated with A. aerophoba-symbionts regulated the expression of genes related to immunity, ubiquitination, and signaling. Within the set of differentially-expressed immune genes we identified different families of Nucleotide Oligomerization Domain (NOD)-Like Receptors (NLRs). These results represent the first experimental evidence that different types of NLRs are involved in microbial discrimination in a sponge. In contrast, the transcriptomic response of A. aerophoba to its own symbionts involved comparatively fewer genes and lacked genes encoding for immune receptors. Conclusion: Our work suggests that: (i) the transcriptomic response of sponges upon microbial exposure may imply “fine-tuning” of baseline gene expression as a result of their interaction with microbes, (ii) the differential response of sponges to microbial encounters varied between the species, probably due to species-specific characteristics or related to host’s traits, and (iii) immune receptors belonging to different families of NLR-like genes played a role in the differential response to microbes, whether symbionts or food bacteria. The regulation of these receptors in sponges provides further evidence of the potential role of NLRs in invertebrate host-microbe interactions. The study of sponge responses to microbes exemplifies how investigating different animal groups broadens our knowledge of the evolution of immune specificity and symbiosis.

Description: Folgende Schlussfolgerungen lassen sich aus den vorgestellten Ergebnissen ziehen: – Der Vegleich zwischen den diskreten Messungen und der Equilibratormethode offenbart deutliche Unterschiede zwischen beiden Methoden. Verschiedene Fehlerquellen sind denkbar, aber es müssen noch weitere Messungen durchgeführt werden, um eine Korrektur für eine der beiden Methoden vornehmen zu können. – Das Mischungsverhältnis von Methan in der Atmosphäre zeigt für die Küstenregion vor Mauretanien eine große Variabilität. Ein Einfluss von hohen Methanemissionen aus dem Gebiet der angrenzenden flachen Banc d’Arguin ist wahrscheinlich. – Oberflächenmethankonzentrationen im Nordwestafrikanischen Auftrieb sind variabel und scheinen von der inkohärenten Wassermassenverteilung in diesem Gebiet beeinflusst zu werden. Es konnte keine einfache Beziehung zwischen der Oberflächenkonzentration von Methan und SST festgestellt werden. Das Methan in der Ozeanoberfläche stammt hauptsächlich aus dem SACW, das an der Schelfkante aus Wassertiefen um 100 m aufgetrieben wird. Die höchste Methankonzentration lag bei 5 nmol L-1, wohingegen Methankonzentrationen im offenen Ozean dem Gleichgewicht mit der Atmosphäre recht nah war (2.5 nmol L-1). – Die errechneten Gesamtemissionen von Methan aus dem mauretanischen Auftrieb während der Auftriebssaison lagen zwischen 7.56 und 12.6 Gg. Das beweist die Rolle des mauretanischen Auftriebsgebietes als „Hot-Spot“ für marine Methanemissionen. Im Vergleich zum Arabischen Meer sind die Emissionen aus dem mauretanischen Auftrieb jedoch um ein Vielfaches höher. – Die Verteilung von Methan in der Wassersäule ist in diesem Gebiet stark vom Auftrieb beeinflusst. Methan wird aus dem Auftriebsgebiet in den offenen Ozean verbreitet. An der Schelfkante konnte eine große sedimentäre Methanquelle ausgemacht werden, ansonsten war das Tiefenwasser aufgrund von Methanoxidationsprozessen CH4-untersättigt. – Winterkonvektion bis zu 1200 m Tiefe bestimmte die CH4-Verteilung in der Wassersäule der Labradorsee. Die Verteilung von Methan spiegelte Alter und Ursprung verschiedener Wassermassen wider. – Ein Vergleich der Methanmessungen entlang des AR7W-Abschnitts mit Messungen von Rehder et al. (1999) im August 1997 offenbart deutliche Unterschiede. Diese könnten eine Reaktion auf die sich verändernden Umweltbedingungen in der Labradorsee sein. Die Daten von 2007 zeigen, dass Methan aus der Oberfläche in geringere Tiefen transportiert wurde als zehn Jahre zuvor. Weiterhin waren die Methankonzentrationen während der 2007 durchgeführten Messungen im Allgemeinen höher als 1997. Eine Erwärmung der Labradorsee in den letzten 10 Jahren könnte zu verringerten Konvektionstiefen und zu erhöhten Methaneinträgen aus Flüssen und/oder von angrenzenden Schelfgebieten in die Labradorsee geführt haben.

Description: Die Parameter von einfachen konzeptionellen Modellen für die gekoppelte Dynamik von Ozean und Atmosphäre in den Tropen werden an Beobachtungsdaten angepasst. Es wird analysiert wie gut die Modelle, angetrieben von stochastischer Anregung, die das kurzzeitskalige "Wetter-Rauschen" darstellen soll, beobachtete statistische Eigenschaften des Systems reproduzieren. El Niño Southern Oscillation (ENSO) wird gut durch das lineare "recharge oscillator" Modell beschrieben. Im "recharge oscillator" Bild wird die Oszillation durch das Aufladen bzw. Entladen des äquatorialen Wärmeinhaltes während eines La Niña bzw. El Niño Ereignisses bedingt. Das "delayed action oscillator" Modell hingegen, bei dem die Oszillation durch die Propagationszeit äquatorialer Wellen bedingt ist, erweist sich als weniger sinnvolle Approximation. Die beobachtete Schiefe und Kurtosis der Ost-Pazifischen (Niño3) Meeresoberflächentemperatur (SST) Zeitreihe kann durch nichtlineare Kopplung der SST an Anomalien in der Tiefe der Thermokline und durch die Saisonabhängigkeit der Variabilität erklärt werden. Auch die beobachtete Dynamik im Gebiet des äquatorialen Atlantiks lässt sich gut durch das "recharge oscillator" Modell beschreiben. Ein gedämpft schwingender gekoppelter Ozean Dynamik-SST Mode existiert im borealen Frühling und Sommer, während das System in Herbst und Winter überdämpft ist. Im Indischen Ozean kann kein gekoppelter periodischer Mode gefunden werden. Stattdessen ist die SST des Indischen Ozeans gut beschrieben durch einen von ENSO angetriebenen "red-noise" Prozess. Mit Hilfe eines einfachen Modelles für die Wechselwirkung des tropischen Indischen beziehungsweise Atlantischen Ozeans mit ENSO wird gezeigt dass der Indische Ozean dämpfend auf ENSO wirkt und für eine erhöhte ENSO-Frequenz verantwortlich ist. Dennoch kann die Qualität von ENSO-Vorhersagen durch die explizite Berücksichti- gung des Indischen Ozeans kaum verbessert werden, da dieser selbst stark vom ENSO Signal dominiert ist. Die Wechselwirkungen zwischen dem Atlantik und ENSO sind allgemein schwächer als zwischen dem Indischen Ozean und ENSO. Jedoch scheint ein gewisser Einfluss des Atlantiks auf ENSO zu existieren, der die Vorhersagbarkeit von ENSO verbessern könnte.

Description: The Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC, 2019–2020), a year-long drift with the Arctic sea ice, has provided the scientific community with an unprecedented, multidisciplinary dataset from the Eurasian Arctic Ocean, covering high atmosphere to deep ocean across all seasons. However, the heterogeneity of data and the superposition of spatial and temporal variability, intrinsic to a drift campaign, complicate the interpretation of observations. In this study, we have compiled a quality-controlled physical hydrographic dataset with best spatio-temporal coverage and derived core parameters, including the mixed layer depth, heat fluxes over key layers, and friction velocity. We provide a comprehensive and accessible overview of the ocean conditions encountered along the MOSAiC drift, discuss their interdisciplinary implications, and compare common ocean climatologies to these new data. Our results indicate that, for the most part, ocean variability was dominated by regional rather than seasonal signals, carrying potentially strong implications for ocean biogeochemistry, ecology, sea ice, and even atmospheric conditions. Near-surface ocean properties were strongly influenced by the relative position of sampling, within or outside the river-water influenced Transpolar Drift, and seasonal warming and meltwater input. Ventilation down to the Atlantic Water layer in the Nansen Basin allowed for a stronger connectivity between subsurface heat and the sea ice and surface ocean via elevated upward heat fluxes. The Yermak Plateau and Fram Strait regions were characterized by heterogeneous water mass distributions, energetic ocean currents, and stronger lateral gradients in surface water properties in frontal regions. Together with the presented results and core parameters, we offer context for interdisciplinary research, fostering an improved understanding of the complex, coupled Arctic System.

Description: A often discussed topic in community ecology is the hypothesis that communities with a higher diversity are more stable against environmental changes. The study at hand addressed the question whether fouling communities with two different successional stages differ in their persistence against changed environmental parameters. Fouling communities consist of sessile marine macrobenthic organisms that settle on all surfaces that are submerged in seawater, including ship hulls. This is one reason why intercontinental ship traffic is regarded as the main vector for dispersal of non-indigenous species. The present study examined this ecological question by transplanting 4 and 2 months old fouling communities on artificial settlement substrata from one study site to a second site in the same coastal ecosystem on the island of Madeira. Their stability was measured as change in species composition compared to local reference communities from the recipient site. The diversity and the amount of available settlement substratum in the communities were regarded as function of their age. The results of this study show that younger communities were less persistent against the change in environmental parameters induced by the transplantation and therefore converged more rapidly towards the species composition of the local reference communities. The speed of convergence was found to correlate significantly with the initial taxonomic and functional diversity of the communities, while the role of unoccupied settlement substratum in the transplanted communities remained less clear. The most important factor controlling the convergence process was the species identity and the ecological role of dominant species. Older communities are more persistent against a change in environmental parameters. As a consequence, the longer fouling communities can establish on mobile substrata like ship hulls, the more likely they are to survive the transport and to reach new habitats where they have the chance to persist. Single species from these communities can pose a threat of bioinvasion in the new habitat if they are able to reproduce and to disperse. Regular cleaning of ship hulls is one recommended action to avoid long-distance dispersal of non-native species

Description: Scenarios to stabilize global climate and meet international climate agreements require rapid reductions in human carbon dioxide (CO2) emissions, often augmented by substantial carbon dioxide removal (CDR) from the atmosphere. While some ocean-based removal techniques show potential promise as part of a broader CDR and decarbonization portfolio, no marine approach is ready yet for deployment at scale because of gaps in both scientific and engineering knowledge. Marine CDR spans a wide range of biotic and abiotic methods, with both common and technique-specific limitations. Further targeted research is needed on CDR efficacy, permanence, and additionality as well as on robust validation methods—measurement, monitoring, reporting, and verification—that are essential to demonstrate the safe removal and long-term storage of CO 2 . Engineering studies are needed on constraints including scalability, costs, resource inputs, energy demands, and technical readiness. Research on possible co-benefits, ocean acidification effects, environmental and social impacts, and governance is also required.