Calibration of alkenones and foraminiferal Mg/Ca

paleotemperature proxies in high latitudes 121 11. Quantification of higher trophic levels 126 12. Beteiligte Institute / Participating Institutes 129

13. Fahrtteilnehmer / Participants 130

14. Schiffsbesatzung / Ship's Crew 132

ANNEX

A.1 Station List 133

Eberhard Fahrbach und Peter Lemke Alfred-Wegener-Institut

Am 13. August 2005 verließ dass Forschungsschiff Polarstern Longyearbyen. Aus dem Isfjord steuerten wir nach Süden zum Storfjord. An Bord waren 45 wissenschaftliche Fahrtteilnehmer und 44 Besatzungsmitglieder. Die Wissenschaftler, die einen weiten Bereich an Disziplinen abdeckten, stammten aus 11 Nationen und 10 Institutionen oder Organisationen. Ein Teil von ihnen war bereits während des vorhergehenden Fahrtabschnitts an Bord gewesen und setzte die Arbeiten im neuen Fahrtgebiet fort. Auf diesem Fahrtabschnitt konzentrierten sich die Arbeiten auf drei Gebiete: den Storfjord, die Framstraße und das Yermak-Plateau.

Die Arbeiten im Storfjord hatten den Schwerpunkt in der Biogeochemie. Die Messungen dienten dazu, Prozesse zu verstehen, die die Rolle des Ozeans bei der Freisetzung des Treibhausgases Methan in die Atmosphäre bestimmen. In diesem Zusammenhang wurden die mikrobielle in-situ-Erzeugung von Methan im oberflächennahen Ozean und die mikrobielle Oxidation in der gesamten Wassersäule gemessen. Während einer Winter-Expedition in den Storfjord, die 2003 stattgefunden hatte, war eine ausgedehnte Methan-Anomalie mit Konzentrationen gefunden worden, die deutlich die normalen Hintergrundswerte von <5 nM überschritten. Der Anstieg der Konzentrationen von der Meeresoberfläche zum Boden legt nahe, dass Methan am Meeresboden durch Resuspensionsereignisse aus dem Sediment freigesetzt wurde. Jedoch die Konzentration des Kohlenstoffisotops ¹³C im Methan wies darauf hin, dass es kürzlich durch bakterielle Aktivitäten in der Wassersäule erzeugt worden war. Mit dieser Reise wurde gezeigt, dass die Methananomalie im Storfjord auch im Sommer besteht. Allerdings wurde das Maximum im Gegensatz zum Winter in der oberen Wassersäule beobachtet, was bestätigt, dass das Methan durch bakterielle Aktivität in der Wassersäule entsteht. Die Arbeiten im Storfjord wurden in der Nacht vom 15. zum 16. August beendet und Polarstern dampfte in die Framstraße.

Auf dem Weg nach Norden trafen wir das Segelschiff Lovis. An Bord war eine Schülergruppe des AWI-Schulprojekts HIGHSEA. Der Besuch auf der Polarstern war ein weiterer Höhepunkt ihrer spannenden Reise. Nach dem Treffen mit Polarstern führten sie ebenfalls Messungen im Storfjord aus und segelten anschließend nach Tromsø.

In der Framstraße wurden Messungen im Rahmen eines Langzeitprogramms der physikalischen Ozeanographie fortgesetzt. Verankerungen wurden ausgetauscht, die dazu dienen, den Wärmetransport aus dem Nordatlantik in den Arktischen Ozean auf einem ozeanographischen Schnitt entlang von 78°50’N zu erfassen. Sieben Verankerungen mit Strömungsmessern sowie Temperatur- und Salzgehaltssensoren wurden aufgenommen und wieder ausgelegt. Die Instrumente haben ausgezeichnet

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funktioniert. Die Daten wurden aus den Speichern ausgelesen und sind inzwischen aufgearbeitet. Zwei nach oben gerichtete Echolote mit Drucksensoren (PIES) wurden ebenfalls aufgenommen und wieder ausgelegt. Sie zeichnen den Druck am Meeresboden und die Laufzeit von Schallsignalen zur Meeresoberfläche und zurück auf. Diese Daten sollen es ermöglichen, die Veränderungen des Volumen- und des Wärmetransports durch die Framstraße abzuschätzen. Temperaturmessungen mit der CTD-Sonde (conductivity, temperature, depth) ergaben, dass sich die oberen Schichten des Westspitzbergenstroms wie bereits in den Vorjahren weiter erwärmt haben. Dagegen haben sich die Schichten in mittleren Tiefen wieder abgekühlt. Die Arbeiten der physikalischen Ozeanographie dauerten bis zum 19. August. Dann verließen wir den Schnitt bei 78°50’N und setzten die Arbeiten im Hausgarten der Tiefseebiologie fort.

Der Hausgarten liegt in der Framstraße und wird jedes Jahr besucht, um eine lange Zeitreihe fortzusetzen, die es ermöglichen soll, die Auswirkungen von Langzeit-änderungen der ozeanischen Bedingungen auf die Tiefseefauna zu erkennen. In schneller Folge wurden Wasserproben mit der CTD/Rosette und Bodenproben mit dem Multicorer genommen sowie Hols mit dem Agassiz-Trawl ausgeführt. Alle Proben mussten sorgfältig aufbereitet werden. Drei Verankerungen mit Sinkstoff-fallen wurden aufgenommen und wieder ausgelegt. Lander, die mit Fallen, Kolonisationsexperimenten and simulierten “foodfalls” versehen waren, wurden ebenfalls aufgenommen und wieder ausgelegt. Ein neu ausgelegter Foodfall-Lander, der im September durch Tiefseebiologen, die auf dem französischen Forschungs-schiff Atalante mitfahren werden, aufgenommen werden sollte, kam vorzeitig an die Oberfläche zurück und musste erneut ausgelegt werden. Nur eine Verankerung, die in der Nähe eines Strömungsexperiments ausgelegt worden war, konnte nicht ausgelöst werden. Das ROV (remotely operating vehicle) Victor6000 an Bord der Atalante wird es ermöglichen, den Grund für das Versagen des Auslösers zu erfahren. Nach dem Abschluss der Arbeiten im Hausgarten am 26. August, konnten noch einige weitere ozeanographische Stationen ausgeführt werden, bevor Polarstern nach Longyearbyen ablief.

Das im Allgemeinen milde und ruhige Wetter war für den Fortschritt der Arbeiten sehr günstig. Nur am 27. August auf dem Weg zum und im Isfjord war es stürmisch. In der Nacht vom 20. zum 21. August, durchquerten wir einige offene Felder mit driftenden Eisschollen, die von einer üppigen Robbenpopulation bevölkert waren. Dies blieb die einzige Begegnung mit dem Meereis während dieses Teils der Reise.

In der Nacht zum 27. August wurden die wissenschaftlichen Arbeiten vorerst eingestellt und Polarstern kehrte nach Longyearbyen zurück. Am Abend des 27.

August kamen drei zusätzliche Fahrtteilnehmer mit dem Helikopter an Bord. Teile der Ausrüstung der Tiefseebiologen wurden nach Longyearbyen geflogen. Am frühen Morgen des 28. August verließen 12 Wissenschaftler das Schiff. Die Tiefseebiologen stiegen auf das französische Forschungsschiff Atalante um, das den Unterwasserroboter Victor6000 an Bord hatte. Die Fahrtleitung wechselte von Eberhard Fahrbach, der ausstieg und nach Bremerhaven zurückkehrte zu Peter Lemke, der an Bord kam. Dieser Wechsel war nötig, da die ursprünglich geplante Fahrtleiterin Ursula Schauer einen Unfall hatte und kurzfristig ersetzt werden musste.

Am 28. August dampfte Polarstern zurück ins Verankerungsgebiet in der Framstraße und nahm 12 weitere Verankerungen auf und legte sie wieder aus. Der Verankerungsaustausch verlief Dank des guten Wetters und der ausgezeichneten Zusammenarbeit zwischen Besatzung und Wissenschaft optimal. Die Rate von 97 % an aufgenommenen Geräten und registrierten Daten ist das beste Ergebnis seit 1997, dem Beginn der Verankerungsarbeiten in der Framstraße.

Nach dem Abschluss der Verankerungsarbeiten dampfte Polarstern bis auf 81°36’N durch dickes Packeis nach Norden, um an zwei geologischen Stationen Sedimentproben zu nehmen. Das Ziel dieses Teils der Reise war es, Meeresbodenproben mit dem Kastengreifer und dem Schwerelot zu gewinnen, um die Klimageschichte des Arktischen Ozeans zu erkunden. Die Anfahrt war schwierig, da auf dieser Breite der Winter bereits begonnen hatte. Bei Temperaturen von -9° C konnten die verschiedenen Stadien der Meereisbildung in allen Einzelheiten verfolgt werden. Trotzdem wurden die geologischen Arbeiten erfolgreich abgeschlossen und Polarstern dampfte zurück nach Süden, um den hydrographischen Schnitt zur Küste Grönlands fertig zu stellen. Wie auf dem Weg nach Norden, wurde ein CTD-Schnitt über den Hang des Yermak-Plateaus und durch den Eisrand ausgeführt. Die Analyse der Wasserproben zeigte eine erhöhte in-situ-Methanproduktion am Eisrand, wo die biologische Produktion höher als im offenen Ozean und in den Meereisgebieten war.

In diesem Jahr konnte der 79°N-Schnitt bis nach 17°30’W ausgeführt werden.

Verglichen mit dem letzten Jahr hatten die Ozeanoberflächentemperaturen im Osten der Framstraße zugenommen und in der Mitte und im Westen abgenommen. Auch wurde auf dem Weg nach Grönland mehr Eis als im Vorjahr angetroffen. In mittleren Tiefen (50 - 500 m) setzte sich die Erwärmung in der gesamten Framstraße fort. Im Zentrum reichte die Erwärmung bis in eine Tiefe von mehr als 2000 Metern.

Zusätzlich zu den bisher aufgeführten Arbeiten wurden biogeochemische und bio-optische Untersuchungen ausgeführt. Ferner wurden in Fortsetzung zum vorhergehenden Abschnitt Vögel und Meeressäuger gezählt. Es wurden Wasserproben genommen, um die Verteilung von Plutoniumisotopen zu bestimmen, die auch als Tracer für die Pfade des Wassermassentransports zwischen dem Arktischen Ozean und dem Europäischen Nordmeer genutzt werden können.

Planktonorganismen wurden aus den Wasserproben gefiltert, um Proxydaten für paläoozeanographische Untersuchungen der Temperaturverteilung in der Vergangenheit zu gewinnen.

An Hand von Bodenproben wurden die bio-geographischen Verteilungsmuster von Tiefsee-Foraminiferen untersucht. Sie werden mit ähnlichen Arten aus der Antarktis verglichen, um durch das Studium ihrer DNA zu erkennen, ob sie genetisch identisch sind. Diese Untersuchungen werden dazu beitragen, die Eigenschaften der Biodiversität und die Prozesse der Evolution des Lebens zu verstehen.

Nach dem Abschluss des hydrographischen Schnitts durch die Framstraße dampfte Polarstern nach Südosten, um den letzten Teil des Arbeitsprogramms zu erfüllen.

Dies erfolgte am Håkon-Mosby-Schlamm-Vulkan, der 145 Seemeilen nordwestlich der nördlichen Spitze Norwegens liegt. Über dem Vulkan wurden Temperatur- und

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Salzgehaltsprofile gemessen und Sedimentproben genommen. In der Nähe des Zentrums des Schlammvulkans wurde eine Temperaturlanze ausgebracht, um über längere Zeit die Temperatur im Boden zu messen. Sie wird ein Jahr lang im Sediment bleiben und während einer Expedition des französischen Forschungsschiffs Pourquoi Pas? im Sommer 2006 aufgenommen werden. Während dieser Zeit wird die Lanze Temperaturen im Sediment aufzeichnen, um tiefere Einsichten in die Aktivität des Schlammvulkans und die damit verbundenen Schlamm- und Flüssigkeitsströme zu erhalten.

Mit diesen Arbeiten wurde das wissenschaftliche Programm des Fahrtabschnitts ARK-XXI/1b abgeschlossen und Polarstern dampfte zurück nach Bremerhaven, wo sie am 18. September 2005 die Reise beendete.

Fig. 1: Cruise track during ARK-XXI/1b