Die polare Perspektive - Klimabüro für Polargebiete und ...

Klimaforschungam Alfred-Wegener-InstitutDie polare Perspektive1

Tafeleisberge sind eine typische Erscheinung im Südpolarmeer. Die Eiskalotte wächstin den hohen Bereichen im Inneren der Antarktis durch Schneefall, wobei die Eismassenganz langsam nach außen in die Schelfeisgebiete abfließen, die sich dabeivergrößern, instabil werden und als Folge große Tafeleisberge abstoßen. Der Zuwachsim Inneren der Antarktis und der Verlust durch Kalben von Eisbergen am Rand hältsich im Gleichgewichtszustand die Waage. Neuere Beobachtungen zeigen allerdings,dass die Eisverluste in der Antarktis größer werden, die Eiskalotte schrumpft und deswegender Meeresspiegel steigt. Dies gilt auch für den Grönländischen Eisschild.

InhaltVorwortEinleitung: Unser Klima aus der PolarperspektiveVerbessertes Verständnis arktischer Klimaänderungen durch Messungen und ModellierungPhysikalische Prozesse in der polaren AtmosphäreLangzeit-Messreihen zeigen: Ozonschicht über der Antarktis konnte sich noch nicht erholenArktischer MEEREisrückgang verursacht Anomalien in Ozean und AtmosphäreHAFOS erfasst längerfristige Veränderungen im OzeanMeeresspiegel im Nordatlantik in nur 15 Jahren um 6 cm gestiegenEis im KlimawandelErderwärmung gefährdet die Permafrost-Regionen und damit das globale KlimasystemMarine Klimaarchive – Aus der Vergangenheit lernen, um den Blick in die Zukunft zu schärfenPaläoklimamodelle: Zurück in die ZukunftMarines Plankton beeinflusst das globale KlimaDie regionalen Auswirkungen des Klimawandels rücken in den BlickpunktDas World Radiation Monitoring Center am AWI: weltweite Datenzentrale der ErdsystemforschungKlimaberatung: regionalspezifisch, verständlich, solide – das Helmholtz-Klimabüro am AWIDie stationären und mobilen Infrastrukturen des Alfred-Wegener-Instituts in Arktis und AntarktisAnsprechpartner im AWI, Impressum346810121416182022242628303234371

2Das Foto zeigt eine Wissenschaftlergruppe auf einer Meereisscholle, die physikalischeund biologische Untersuchungen im Meereis durchführt. Das Meereis istein poröses Medium, das in Hohlräumen verschiedener Größe ein reichhaltigesÖkosystem beherbergt. Wissenschaftlich interessant ist, wie sich das Ökosysteman die extremen physikalischen Bedingungen im Meereis angepasst hat und wie essich mit dem Klimawandel verändert.

VorwortDie Erde befindet sich in einem tiefgreifenden Klimawandel. Der letzte Bericht desWelt klimarates (IPCC) von 2007 zeigt zum einen, dass der Klimawandel extrem schnellvoranschreitet und zum anderen, dass die Erwärmung der vergangenen 50 Jahre mit großerWahrscheinlichkeit überwiegend durch den Menschen bedingt ist. Insbesondere die Polargebieteerweisen sich als sehr empfindlich gegenüber bereits geringen Klimaänderungen undspielen deshalb für das globale Klimageschehen eine besonders wichtige Rolle.Im Juli 1980 begann das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in derHelmholtz-Gemeinschaft (AWI) in Bremerhaven mit seiner Arbeit. Seither gehört es zu denweltweit führenden Einrichtungen der Polarforschung und liefert signifikante Beiträge zur internationalenErdsystem- und Klimaforschung in den Polarregionen und Küstengewässern. AlsHelmholtz-Zentrum unterstützt es die Mission der Helmholtz-Gemeinschaft, Lösungen fürgroße und drängende wissenschaftliche Herausforderungen mit gesellschaftlicher Relevanzzu erarbeiten. Die Beobachtungen der Temperaturveränderungen in den Polarregionen zeigeneine etwa doppelt so rasche Erwärmung in der Arktis und auf der Antarktischen Halbinselim Vergleich zum globalen Mittel. Diese rasche Erwärmung betrifft nicht nur die Polarregionen,sondern hat weltweite Auswirkungen. Das Schmelzen der Eisschilde in Grönland und inder Westantarktis beschleunigt den Meeresspiegelanstieg und damit Veränderungen an allenKüsten, die Verringerung des Meereises beeinflusst das globale Klima, der Verlust von Permafrostregionenändert ganze Landschaften und setzt Klimagase frei, und tiefgreifende Veränderungendes polaren Ökosystems sind als Folge zu erwarten.Den Klimawandel mit seinen weitreichenden und regional sehr unterschiedlichen Folgenfür Mensch und Natur aufzuhalten oder zumindest zu verlangsamen, ist eine der größtenHerausforderungen des 21. Jahrhunderts. Ob wir uns an die bevorstehenden Veränderungenrechtzeitig anpassen können, wird in einem hohen Maße davon abhängen, ob die Ergebnisseaus Forschung und Wissenschaft in ausreichendem Umfang kommuniziert werden.Einen Überblick über einige der am AWI bearbeiteten Themen aus dem Bereich der Klima -forschung in Polargebieten gibt Ihnen die vorliegende Broschüre. Ich wünsche Ihnen beimLesen viel Vergnügen.Prof. Dr. Karin LochteDirektorin3

Prof. Dr. Peter LemkeUnser Klima aus der PolarperspektiveKlimaschwankungen sind ein wesentlicher Teil der Entwicklungsgeschichteder Erde, und sie werden uns auchin Zukunft begleiten. In der Vergangenheit sind Klimaschwankungenausschließlich durch natürliche Prozesseentstanden. Sie waren eine Folge von externen Anregungen(Änderungen der Erdbahnparameter, Vulkanausbrücheund kleine Änderungen der solaren Strahlungsleistung)und von internen Wechselwirkungen im Klimasystem,das durch die Atmosphäre, die Eismassen, den Ozean, dieLandoberflächen und alle Lebensformen auf den Kontinentenund im Meer gebildet wird.Seit kurzer Zeit hat sich der Mensch durch die immensgestiegene Weltbevölkerung und die rasante technologischeEntwicklung in die Lage versetzt, aktiv und effektivdas Klimageschehen mitzugestalten. So ist die globaleErwärmung der vergangenen 50 Jahre zum größten Teildurch den Menschen verursacht, insbesondere durch diestetig steigenden Emissionen von Kohlendioxid aufgrundder intensiven Nutzung fossiler Energieträger und derÄnderungen der Landoberfläche durch Landwirtschaft,Industrie und Besiedlung. Durch diesen vom Menschenverursachten Klimawandel wird in den nächsten 100Jahren eine deutliche Erwärmung von global etwa 3 °Cerwartet. Detaillierte Untersuchungen über die physikalischenUrsachen von Klimaschwankungen und die Antwortdes Klimasystems auf menschliche Eingriffe sind zurzeitGegenstand der nationalen und internationalen Klimaforschung(World Climate Research Programme, http://www.wcrp-climate.org). Eine aktuelle Zusammenfassungdes gegenwärtigen Wissens über das Klimasystem ist imFourth Assessment Report des Intergovernmental Panel onClimate Change (http://www.ipcc.ch) dargestellt.Für Anpassungs- und Vermeidungsmaßnahmen ist unbedingtein verbessertes Verständnis des Klimasystemsnötig. Das Klimageschehen der Erde wird durch Wechselwirkungenzwischen Atmosphäre, Eis, Ozean und Landoberflächenbestimmt. Dabei wird die Erde in den Tropenaufgeheizt und an den Polen abgekühlt. Der Temperaturgegensatzzwischen den Polen und dem Äquator regt Windund Ozeanströmungen an, wobei die Erde als gigantischeWärmemaschine agiert, die Wärme von den Tropen zuden Polen transportiert. Dieser Transport wird durch eineVielzahl von Rückkopplungsschleifen gesteuert. Dabeispielen Prozesse in den Polargebieten eine entscheidendeRolle. Änderungen in den Polargebieten beeinflussen denEnergiehaushalt der Erde, die Gaszusammensetzung derAtmosphäre, Ozeanströmungen, Windsysteme und denMeeresspiegel.Aus diesen komplexen Zusammenhängen entsteht fürunseren Forschungszweig eine Reihe von Fragen:4Polarperspektive

Wie hängt die Entwicklung unseres Klimas von der Wechselwirkung zwischen Atmosphäre, Eis, Ozeanund Landoberflächen in den Polargebieten ab, und wie beeinflussen sich menschliche Einwirkungen undnatürliche Klimaschwankungen?Wie kommuniziert die Atmosphäre über einer durchbrochenen Meereisdecke mit dem Ozean?Welches sind die entscheidenden Prozesse beim starken Rückgang des Meereises in der Arktis, und was lässtsich über Veränderungen der Meereisdicke sagen?Wie beeinflussen die Polargebiete die Produktion und Ausbreitung von Tiefenwasser und damit die globaleOzeanzirkulation?Welches ist die optimale Modellierung der ozeanischen Zirkulation und ihrer Einwirkung auf dasKlima system?Wie groß sind die Verluste der kontinentalen Eismassen (insbesondere von Grönland), und wie reagiert derMeeresspiegel auf Schmelzwasser und Erwärmung?Wodurch werden die großen Änderungen im Permafrost der Arktis hervorgerufen und mit welchenNah- und Fernwirkungen sind sie verbunden?Welche Informationen aus biologisch-geologischen Klimaarchiven lassen sich für das Verständnis desKlimasystems nutzen?Wie kann man diese Daten zur Optimierung von Klimamodellen und zur Projektion der zukünftigenKlimaentwicklung gebrauchen?Welche Rolle spielt das Plankton des Ozeans im Klimasystem?Und schließlich: Welche Auswirkungen haben die Prozesse in den Polargebieten auf das Klima in Europa undauf andere Bereiche der Erde?Zur Beantwortung dieser für Klima – und Mensch – grundlegenden Fragen unternimmt das Alfred-Wegener-Institut Schiffsexpeditionen mit dem Forschungseisbrecher ‚Polarstern’ und führt Flugzeugmessprogramme sowieLandexpeditionen durch. Diese detaillierten Beobachtungen und Prozessstudien nutzen unsere Forscher,um optimierte gekoppelte Klimamodelle zu entwickeln, die aufzeigen, wie sich geänderte Bedingungen imKlimasystem regional und lokal auswirken. Und nicht zuletzt dienen wissenschaftlich fundierte Daten wieSzenarien des Alfred-Wegener-Instituts dazu, Politik, Wirtschaft, Behörden und die breite Öffentlichkeit beiEntscheidungen zur Regionalentwicklung beratend zu unterstützen.5

Abb 1: SchematischeDarstellung der Forschungsgebiete(Grafik: Klaus Dethloff, AWIPotsdam)Verbessertes Verständnis arktischer Klima -änderungen durch Messungen und ModellierungDie Arktis spielt im globalen Klimasystem eine entscheidende Rolle. Verantwortlich dafür sind unteranderem Schnee und Eis, mit denen die Arktis überwiegend bedeckt ist. Sie üben einen starkenEinfluss auf die Energiebilanz in Bodennähe aus und damit auch auf die globale Zirkulation derAtmosphäre und des Ozeans. Das arktische Klima hat wesentliche Änderungen erfahren. Die offensichtlichstedavon ist die Abnahme der Meereisbedeckung in den letzten Jahrzehnten.Hierzu haben sowohl der durch den Menschenverstärkte Treibhauseffekt als auch die natürlicheVariabilität der Prozesse in der Arktis beigetragen.Letztere resultiert unter anderem aus kompliziertenRückkopplungen im System Atmosphäre-Land-Eis-Ozean, an denen Eis, Wolken, Wasserdampf,Aerosole und Ozon beteiligt sind. Für deren Erforschungist eine Kombination von Messungenunter arktischen Bedingungen und Computer-Simulationen(Modelle) erforderlich.KlimadynamikSimulationen mit Erdsystemmodellen habennoch große Unsicherheiten bei der Abschätzungzukünftiger Klimaänderungen in der Arktis unddamit auch bei der Einschätzung, inwieweit arktischeProzesse zu globalen Klimaänderungenbeitragen.Das am AWI entwickelte regionale Klimamodellwird eingesetzt, um die Klimavariabilität undKlimaänderungen in der Arktis zu verstehen undzu quantifizieren. Dies geschieht in Verbindungmit der Analyse von Messdaten von Bodenstationen,Radiosonden, Flugzeugen und Satelliten.Darüber hinaus wurde ein solches regionalesKlimamodell verwendet, um atmosphärischeMessungen zu analysieren, die ein Mitarbeiterdes AWI Potsdam während der mehrmonatigenDrift der russischen Station NP-35 auf demarktischen Meereis durchführte. Auf Grund derMessergebnisse konnten die im Modell enthaltenenmathematisch-physikalischen Beschreibungenvon kleinräumigen Prozessen verbessertwerden. Ferner wurde ein regionales gekoppeltesAtmosphäre-Eis-Ozean-Klimamodell übermehrere Jahrzehnte integriert, um die arktischensommerlichen Meereisänderungen in den letzten60 Jahren zu verstehen. Um Meereis-Anomalienrealistisch zu simulieren, müssen die atmosphärischeund ozeanische Zirkulation, das winterlicheEiswachstum sowie die Eis-Albedo-Rückkopplungkorrekt beschrieben werden.Die regionalen Prozessstudien tragen dazubei, die globalen Erdsystemmodelle zu verbessern.Diese Ergebnisse fließen in den kommendenIPCC-Report ein und helfen der Gesellschaft, sichauf zukünftige Umweltveränderungen vorzubereiten.6 Messungen und Modellierung

Höhe (m)40.000Ozon (mPa)2530.0002020.00010.00001985 1990 1995 2000 2005 2010Ocean Data View151050Wie Abbildung 1 und 2 zeigen, beschränktsich der dramatische Ozonabbau auf bestimmteHöhen (15 bis 18 km) und Jahreszeiten. In denletzten 25 Jahren hat der Ozonpartialdruck im antarktischenFrühjahr (September bis November) imMittel abgenommen (Abb. 3). Lagen in den 80erJahren die mittleren Werte in der Ozonschichtnoch bei 6 mPa, wird in den letzten Jahren nurnoch die Hälfte davon gemessen. Im Gleichtaktzum Ozonpartialdruck hat sich auch die Temperaturin dieser Höhe und Jahreszeit verändert.Ein Großteil dieses Trends wird dem chemischenOzonabbau durch anthropogene FCKWzugesprochen. Doch auch dynamische Prozessesind sichtbar. So hat 1988 sowie 2002 ein Zusam-menbruch des stratosphärischen zirkumpolarenWirbels über der Antarktis dazu geführt, dass warmeund ozonreiche Luft aus den niederen Breitenin den Bereich über der Antarktis eindringenkonnte.Obwohl das Montrealer Protokoll sehr erfolgreichdie Produktion von FCKW unterbunden hat,zeigen die Messungen an der Neumayer-Stationnoch keine Erholung der Ozonschicht. Die Regenerationder Ozonschicht wird jedoch in dennächsten Dekaden erwartet. Neumayer wird auchbei der Erforschung dieses Prozesses weiterhineine wichtige Rolle spielen, denn mit dem 2009fertiggestellten Neubau der Station ist die Fortführungdieser Messungen gesichert.Abb 1: Zeit-Höhenschnittdes Ozonpartialdruckesüber den AntarktisstationenGeorg-Forster und Neumayer.In den Höhen zwischen10.000 und 25.000 mliegt die Ozonschicht,erkennbar an den gelb undrot dargestellten hohenOzonwerten. Im antarktischenFrühjahr zwischenSeptember und Novemberwird die Ozonschichtregelmäßig geschwächtund weist in einigen Jahrenlokale Minima (blau) stattMaxima (rot) auf.Grafik: Gert König-Langlo, AWIAbb 2: Ozon-HöhenprofileAbb 3: ZeitserienOzon-Höhenprofile, gemessen überder ,Neumayer-Station‘. Die dramatischeOzonzerstörung im antarktischenFrühjahr führte im Oktober 2006 zumvollständigen Schwund der Ozonschicht.Grafik: Gert König-Langlo, AWIZeitserien der über September bisNovember gemittelten Ozonpartialdrucke(rot) und Temperaturen (blau)15 bis 18 km über den StationenGeorg-Forster und Neumayer.Grafik: Gert König-Langlo, AWIHöhe (km)3530252015105. August 200623. August 20069. September 20065. Oktober 2006Ozonpartialdruck (mPa)1210864-50-55-60-65-70-75-80Temperatur (°C)52-8500 2 4 6 8 10 12 14 16 18Ozon Partialdruck (mPa)0-901984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012Jahr11

Abb 1: Schleppsonde zurBestimmung der Dicke vonMeereis am Rumpf desPolarforschungsflugzeugs,Polar 5‘ in Fairbanks,AlaskaFoto: Stefan Hendricks, AWIArktischer Meereisrückgang verursachtAnomalien in Ozean und AtmosphäreDie eisbedeckte Fläche im Nordpolarmeer variiert jahreszeitlich und erreicht imSeptember ihr Minimum. In diesem Monat nimmt die eisbedeckte Fläche seit Beginnder Satellitenmessungen im Mittel um 11 % pro Dekade ab. Während Anfang der1980er Jahre typischerweise noch 7.5 Millionen km 2 des Nordpolarmeers eisbedecktwaren, liegen die Werte in den letzten Jahren um 5 Millionen km 2 , nachdem es einendrastischen Rückgang im Jahr 2007 auf 4.3 Millionen km 2 gegeben hatte.Wegen seiner Schlüsselfunktion im Klimasystemals Mittler zwischen Ozean und Atmosphäresowie als Transportmedium für Süßwasser sinddiese Veränderungen bedenklich. Veränderungenim arktischen Meereis schlagen sich in der ozeanischenund atmosphärischen Zirkulation nieder.Darüber hinaus sind erhebliche Auswirkungenauf Ökosysteme der Arktis und menschliche Aktivitätendort zu erwarten.Die sommerliche Eisbedeckung geht nicht kontinuierlichzurück, dem Trend sind starke Schwankungenvon Jahr zu Jahr überlagert. Viele dieserSchwankungen sind durch den Wind bedingt.Langfristig sind aber die Eisdicke und die Prozesseentscheidend, die das Eisvolumen im Nordpolarmeerbestimmen. Solange die Eisdicke in weitenTeilen des Nordpolarmeers über einem kritischenWert liegt, wird das Eis im Sommer nicht vollständigschmelzen. Meereis geringer Dicke am Endedes Sommers reicht aus, um die ozeanische Deckschichtvon der Atmosphäre zu isolieren und diesolare Einstrahlung weitgehend zu reflektieren.Fällt die Eisdicke aber unter einen kritischen Wert,dann reichen die thermodynamischen Effekte aus,um große Teile des Nordpolarmeers gegen Endedes Sommers eisfrei zu machen.Arktisweite Eisdickenmessungen liegen bishernur in geringem Umfang vor. Bisherige Messungenvon U-Booten erfassen nicht das gesamteNordpolarmeer, und Abschätzungen der Eisvolumenänderungkönnen eventuell durch Umverteilungdes Eises in den nicht erfassten Teil verfälschtsein. Unstrittig ist aber ein erheblicher Rückgangdes Eisvolumens seit den 1960er Jahren. DasAWI hat mit elektromagnetischen (EM-)Messungenvom Hubschrauber und vom Flugzeug ausAufnahmen der Eisdicken in der Region nördlichder Framstraße und in der westlichen Arktis unternommen(Abb. 1 u. 2). Eine flächenhafte Beobachtungist damit zwar nicht erreichbar, dieseMessungen werden aber für die Kalibrierung undValidierung zukünftiger Dickenmessungen vomSatelliten eine große Rolle spielen.12 Meereisrückgang

HAFOS erfasst längerfristige Veränderungen im OzeanDie polaren Ozeane wirken in dreifacher Weise im Klimasystem: Sie stellen einen gewaltigenWärmespeicher dar, der Veränderungen in der Atmosphäre dämpft; über Absink- undAufquellprozesse kontrollieren sie die globale Umwälzbewegung, die mit einem Wärmetransportvon den niedrigen in die hohen Breiten verbunden ist, und über die Wechselwirkungmit dem Meereis beeinflussen sie den globalen Strahlungshaushalt.Tiefe (m)14 OzeanBiogeochemische und physikalische Prozesseüben umfassende Einflüsse auf das ÖkosystemOzean aus, dessen Zustand sich sowohl auf dieNutzung der lebenden Ressourcen als auch aufdie CO 2-Konzentration der Atmosphäre auswirkt.Die Untersuchung dieser Prozesse erfolgtdurch Messungen im Ozean. Dazu finden einerseitsrelativ kurze Prozessstudien statt, andererseitserfordert die Messung von Klimavorgängenlange Zeitreihen, die nur durch die Einrichtungvon Messsystemen erhalten werden können.Derartige Anstrengungen sind im HAFOS-Projekt(Hybrid Arctic/Antarctic Float Observing System)zusammengefasst. HAFOS ist ein Beitrag zumArktischen und zum Südlichen Ozean-Beobachtungssystem,die von den bestimmenden0 01000 1000inter-Tiefe (m)200030001992 − Temperatur 1992 − Temperatur (°C) (°C)1992 − Salzgehalt 1992 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)werden können, sind Modellvalidierung 00 und Verbesserungdurch langfristige Messungen unum-1000 10002000 20004000 40004000 400019925000 500019985000 500068 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56 68 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)Temperatur (°C)Salzgehalt (g/kg)Temperatur (°C)Salzgehalt (g/kg)1992 − Temperatur 1992 − (°C) Temperatur (°C)1992 − Salzgehalt 1992 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)1998 − Temperatur 1998 − Temperatur (°C) (°C)1998 − Salzgehalt 1998 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)0000 00068 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) 68 661998 − Temperatur 199864 − (°C) Temperatur62(°C)60 58 56000Tiefe (m)Abb 1: Die Erwärmungund die Zunahme desSalzgehalts im AtlantischenSektor des SüdlichenOzeans von 1992 bis 2008,gemessen entlang desMeridians von Greenwich.Rote Flächen sind wärmerund salzreicher als derDurchschnitt, blaue kälterund salzärmer. Über diesenZeitraum haben Temperaturund Salzgehalt deutlichzugenommen.Grafik: Gerd Rohardt, AWI0100020003000400050001000200030004000Tiefe0 m1000 m2000 m3000 m4000 m5000 mTiefe (m)Tiefe (m)100020003000400050001000200030004000Tiefe (m)Tiefe (m)100020003000400050001000200030004000Tiefe (m)10002000300040005000Tiefe (m)1000200030004000500068 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 68 58 66 68 56 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)68 66 64199862− Salzgehalt60 58(g/kg)56 682005 −66Temperatur 200564 − Temperatur (°C)62(°C)60 58 5600 00Tiefe (m)1000200030004000Tiefe (m)1000200030004000Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)20003000100020003000400050001000200030004000nationalen Organisationen wie dem Weltklima-Forschungsprogramm (WCRP) getragen werden.Ziel dieser internationalen Beobachtungssystemeist es, Messungen mit ausreichender zeitlicherund räumlicher Abdeckung zu ermöglichen, mitdenen längerfristige Veränderungen im Ozean erfasstwerden können.Dies ist notwendig, um zu analysieren, inwieweitdie erkennbaren Veränderungen durchnatürliche und/oder anthropogene Ursachen ausgelöstwerden. Dabei spielen biogeochemischeVeränderungen zunehmend eine Rolle und sollenmit erfasst werden. Da natürliche und anthropogeneUrsachen nur im Modell eindeutig getrenntTiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)3000100020003000400050001000200030004000Tiefe (m)Tiefe (m)30001000200030004000500068 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)2005 − Salzgehalt 2005 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)01998 − Salzgehalt (g/kg)68 66 64 62 60 58 56Tiefe (m)1000200030004000

2Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)01000200030004000500001000200030004000500001000200030004000500001000200030004000Tiefe (m)10002000300040005000gänglich, um dieses Ziel zu erreichen. HAFOS istein Beitrag, diese global gedachten Systeme auchin den polaren Ozeanen zu etablieren. Bei derUntersuchung der Wirkung des Ozeans als Wärmespeicherist von Bedeutung, ob und wie dieErwärmung die tieferen Wasserschichten erreicht(Abb. 1).Natürliche Systeme sind einer Vielzahl vonFluktuationen unterworfen, die nur bei ausreichenderAuflösung richtig erkannt werden können.Daher sind Schiffsmessungen mit variablenZeitabständen (bis zu mehreren Jahren) keineausreichende Grundlage, um längerfristige Veränderungenquantitativ zu diagnostizieren, sondernsie müssen durch quasi-kontinuierliche Messungenmit autonomen Systemen an Schlüsselpunktenvervollständigt werden (Abb. 3). Mehrjährigebis dekadische Veränderungen vollziehen sichin räumlich komplizierten Bewegungsverläufen.Lokale Messungen müssen daher durch einegroßräumige/flächendeckende Datenerfassungergänzt werden.Für lokale Messungen hoher Genauigkeit werdenverankerte Geräte eingesetzt, die unterschiedlicheSensoren tragen. Flächenmäßig erfassendeMessungen erfolgen durch so genannte Floats,d. h. frei treibende Plattformen, die im Ozean aufundabtauchen, um vertikale Profile zu messen.Die Daten werden über eine Satellitenverbindungübertragen. Unter dem Eis erfolgt die Positionsbestimmungmit Hilfe von Schallquellen, die sich inden Verankerungen befinden. In der Arktis werdenauf Grund der längeren Lebensdauer des MeereisesEisplattformen eingesetzt, die an einem Drahtvertikal profilierende Geräte tragen. Steuerbare01992 − Temperatur 1992 − (°C) Temperatur (°C)0Messplattformen, so genannte Gleiter, profilieren1000ebenfalls vertikal, aber sie bewegen sich dabei2000 2000gezielt horizontal auf einem vorgeschriebenen3000 3000Messkurs. Im Rahmen von HAFOS 4000 (Abb. 2) sindvom AWI Messungen vom Schiff 5000 aus, mit Verankerungen,Breite (° Süd) Floats, Breite (° Süd) Eisplattformen und Gleitern im68 66 64 62 60 58 561998 − Temperatur 1998 − (°C) Temperatur (°C)Südlichen Ozean, im Arktischen 0 Ozean und inder Framstraße geplant. 1000 100068 66 64 62 60 58 56Tiefe (m)0100020003000Tiefe (m)Temperaturabweichung (°C)Temperaturabweichung (°C)21.50110002000 0.530004000 02000-1.5 -1,53000Tiefe (m)Abb 3: Zeitreihe TemperaturenZeitreihe der Temperaturabweichungund des Wärme inhalts des atlantischenWassers (T>2 °C) relativ zumlangjährigen (1997–2009) Mittelwertaus der Framstraße gemessen imWest-Spitzbergen-Strom. Deutlich sinddie mehrjährigen Schwankungen zuerkennen, die einem möglichen Trendüberlagert sind.Grafik: Agnieszka Beszczynska-Möller, AWI0100020003000400050001992 − Temperatur 1992 − Temperatur (°C) (°C)-0.568 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)1992 − Salzgehalt 1992 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)1998 − Temperatur 1998 − Temperatur (°C) (°C)00-10010001000 10001000Tiefe (m)20003000Temperaturabweichung (°C) (°C)1.521.510.5 10.5 0-0.5 0-0.5 -1-1.5Abb 2: HAFOS besteht ausverankerten Geräten, freidriftenden Floats und Eisplattformen,die Daten vonSensoren unter dem Meereiserhalten. Die Daten werdenüber Satelliten an Landstationenübertragen.Grafik: Frauke Thiele-Wolff, AWI-1.5 -21997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2-2Jahre1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2Jahreganzjährige Messungen mit einemverankerten Gerät (Verankerung F2,Tiefe 250 m)hochauflösende Temperaturschnitte,gemittelt in 50–500 m (wiederholtjährlich in den Sommer-/Herbst monatenmit einer Sonde vom Schiff aus)68 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)1998 − Salzgehalt 1998 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)040004000 40004000 4000-250005000 50005000 50002004 68 66 68 64 66 62 64 60 62 58 601997 68 56 581998 66 68 561999 64 662000 62 64200160 62200258 60200356 58300456200568200666 68200764 66200862 642009 60 62201058 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)JahreBreite (° Süd) Breite (° Süd)1998 − Salzgehalt 1998 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)2005 − Temperatur 2005 − Temperatur (°C) (°C)2005 − Salzgehalt 2005 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)00000Tiefe (m)2000300040004000 40004000 40004000500020055000 50005000 50002008500068 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56 68 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 68 56 58 66 68 56 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)Temperatur (°C)Salzgehalt (g/kg)Temperatur (°C)2005 − Temperatur 2005 − (°C) Temperatur (°C)2005 − Salzgehalt 2005 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)2008 − Temperatur 2008 − Temperatur (°C) (°C)000000Tiefe (m)10002000300040005000Tiefe (m)10002000300040005000Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)500010002000300010002000300040005000Tiefe (m)Tiefe (m)10002000300010002000300040005000Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)010002000300040005000100020003000100020003000400050001992 − Salzgehalt 1992 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)68 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)2008 − Salzgehalt 2008 − (g/kg) Salzgehalt (g/kg)068 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56 68 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 68 56 58 66 68 56 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56 68 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 56Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)Breite (° Süd) Breite (° Süd)68 2008 − Temperatur 66 200864 − (°C) Temperatur 62 (°C) 60 58 56 68 66200864 − Salzgehalt 2008 62 − (g/kg) Salzgehalt 60 58 (g/kg) 56 68 66 64 62 60 58 56 68 66 64 62 60 58 56 Breite (° Süd)000Tiefe (m)1000200030004000Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)20003000100020003000400050001000200030004000Tiefe (m)1000200030004000Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)Tiefe (m)0100020003000400050002000300010002000300010002000300040005000Salzgehalt (g/kg)Tiefe (m)10002000300040005000Tiefe0 m1000 m2000 m3000 m4000 m5000 m15

Meeresspiegel im Nordatlantik in nur 15 Jahren um 6 cm gestiegenDas Klima in Europa wird stark durch den Golfstrom und seine Fortsetzung, denNordatlantikstrom, geprägt. Aus diesem Grund sind Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeitund der Wärmetransporte von großer Bedeutung für die Europäer. Mitverschiedenen Messsystemen wird daher der Nordatlantik durchgehend beobachtetund jeder Wechsel aufmerksam registriert.Das Alfred-Wegener-Institut nutzt Satellitenmessungenund Ergebnisse von Driftbojen undanalysiert Strömungen, Wärmeinhalte, Wärmetransporteund den Meeresspiegel über vieleJahre.Die meisten Daten beziehen sich auf regelmäßigeMessungen der Tiefenschichtung von Temperaturund Salzgehalt. Sie stammen von frei in derStrömung driftenden Bojen des ARGO-Programms(Array for Real-time Geostrophic Oceanography).Obwohl es weltweit über 3.000 Bojen gibt, bleibenimmer wieder wichtige Teile des Meeresunbeobachtet (Abb.1). Wir ergänzen daher diedirekten Messungen um Beobachtungen aus derSatelliten-Fernerkundung. Mit Radarhöhenmessernwerden der Meeresspiegel flächendeckendüberwacht und die Strömung im oberen Ozeangemessen. Die verschiedenen Informationen überden Nordatlantik assimilieren wir in ein Computermodell,so wie es auch in der Wettervorhersageüblich ist. Es zeigt, dass im ganzen NordatlantikTemperatur und Salzgehalt erheblich schwanken.Die Ergebnisse sind von Ort zu Ort sehr unterschiedlich.Über den ganzen Nordatlantik gemitteltbeobachten wir einen Anstieg des Meeresspiegelsvon 6 cm in den letzten 15 Jahren.Der Meeresspiegel steigt nicht nur im Nordatlantiklangsam an. An verschiedenen Wasserstandspegelnwerden sehr unterschiedliche Wertebeobachtet, aus denen erst ein weltweiter Mittelwertberechnet werden muss. Wir wenden dafürdie Methode der neuronalen Netze an, die unserlauben, Landbewegungen aus den Beobachtungenherauszukorrigieren. Demnach ist der Meeresspiegelim vergangenen Jahrhundert weltweitim Mittel um 1,7 Millimeter pro Jahr gestiegen(Abb. 2).16 Meeresspiegel

75°N560°N045°N–530°Ncmcm–1015°N100°W 75°W 50°W 25°W 0°–15–20andere Autoren:Church & White (2006)Jevrejeva et al (2006)1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000Jahr0 5 10 15 20 25 30[°C]Abb 1: Die Oberflächentemperatur im Nordatlantik im Jahr2005, abgeleitet aus direkten und Fernerkundungsmessungen.Die räumliche Verteilung der ARGO-Bojen für diesesJahr ist mit kleinen Kreisen dargestellt. Unsere Analyseenthält die Temperaturen und den jeweiligen Salzgehalt füralle Tiefen und für alle Jahre seit 1998 und schließt auchdie zugehörigen Meeresströmungen und die Wärmetransporteein.Grafik: Falk Richter, AWIAbb 2: Der Anstieg des globalen Meeresspiegels bezogenauf das Jahr 2000 (schwarze Linie). Der grau schattierteBereich stellt die Unsicherheit der Berechnung dar. Im Vergleichzu den Arbeiten von Church und White (grün) undJevrejeva et al. (rot) finden wir geringere zwischenjährlicheSchwankungen. Alle Arbeiten beruhen auf der Analyse vonWasserstandspegeln, die weltweit verteilt sind.Grafik: Manfred Wenzel, AWI68°NGrönland64°NIslandUnsere Motivation für die Entwicklung einesneuen OzeanmodellsSeit 1987 gibt der Intergovernmental Panelon Climate Change (IPCC) regelmäßig Berichteüber das heutige Klima heraus, die den Stand derWissenschaft zusammenfassen. Darüber hinauswerden Klimavorhersagen bis zum Jahr 2100 vorgestellt.Keine dieser Prognosen hat jedoch dendramatischen Rückgang des Meereises am Nordpolvorhergesagt. Diese und andere Schwächenberuhen meistens auf ungenügender Beschreibungwichtiger Prozesse. Kleinräumige Vorgänge,wie die Bildung von Tiefenwasser im Weddellmeerund die Überströmung der Dänemarkstraße,haben wichtige Einflüsse auf den globalen Ozean.Um diese Einflüsse besser zu berücksichtigen,verwenden wir ein unstrukturiertes Dreiecksgittermit variabler räumlicher Auflösung (Abb. 3). DasModell nutzt moderne Computerarchitekturenund kann auf hunderten von Prozessoren gleichzeitigausgeführt werden. So werden komplexeRechnungen in vertretbarer Rechenzeit möglich.60°N56°N45°W 36°W 27°W 18°W–4000 –3000 –2000 –1000 0mAbb 3: Ein Ausschnitt aus der Bodentopographie in einemglobalen Ozeanmodell. Die räumliche Auflösung des Modellsändert sich stark und konzentriert sich auf besonderswichtige Regionen wie die zwischen Grönland und Islandgelegene Dänemarkstraße. Dargestellt wird die Netzstrukturaus Dreiecken, die einen fließenden Übergang zwischenfeiner und grober Auflösung ohne Sprünge erlaubt.Die Dreiecksgröße variiert zwischen 100 km im offenenOzean und 10 km im Bereich der verbesserten Auflösung.Grafik: Dmitry Sidorenko, AWI17

Vor 21.000 JahrenVor 13.000 JahrenEis im KlimawandelHeuteDie polaren Eismassen sind die größten Süßwasserspeicher der Erde. Siesind eine wichtige Komponente im Klimasystem und reagieren sichtbar aufKlimaschwankungen. Verändert sich die Dynamik der Eisschilde durch Massenzuwachsoder -verlust, so hat dies Rückwirkungen auf das Klimasystem.0 800 1600 2400 3200 4000Eishöhe in mAbb 1: Modellierung derVereisung der Nordhemisphärevor 21.000Jahren, 13.000 Jahren undheute [Eishöhe in m].Daten: Philippe Huybrechts, AWIGrafik: Johannes Freitag, AWIDie Massenänderungen beeinflussen auchden globalen Meeresspiegel. Deshalb ist die Erforschungder glaziologischen Wirkungsprozessein hohem Maße gesellschaftlich relevant. Die polarenEismassen sind außerdem ein einzigartigesArchiv für die Zusammensetzung der Atmosphärein der Vergangenheit.Im Rahmen der Glaziologie konzentriert sichdas AWI darauf, die Massenbilanz und Dynamikder polaren Eisschilde zu bestimmen, um möglichezukünftige Änderungen modellieren zukönnen. Ferner arbeiten die Wissenschaftler desAWI kontinuierlich an verbesserten Interpretationenvon Klimazeitreihen aus polaren Eiskernen,indem sie die physikalischen Eigenschaften desEises detailliert untersuchen.Die aktuellen glaziologischen Arbeiten deckeneine große Bandbreite ab und reichen von derSatellitenfernerkundung über flugzeuggestützteRadarmessungen zur Bestimmung der Eisdickeund Ortung interner Schichtungen bis hin zur Mikrofokus-Röntgentomographieund Elektronrückstreuungan Eisproben, die nur wenige Millimetergroß sind.Im Rahmen der Satellitenmission CryoSat-2beobachten die Forscher über mehrere Jahrehinweg, in welchem Maße sich die Oberflächenhöheder Eisschilde verändert. Ergänzendeflugzeug- und bodengestützte Messungen dienendazu, auch kleinere räumliche Skalen zu erfassenund den Einfluss der Schnee- und Firnoberflächenauf das rückgestreute Radarsignal besser zu verstehen.In Verbindung mit anderen Satellitenmis-18 Eis im Klimawandel

Temperatur Temperatur (°C) (°C)-52 –52-56 –56-60 –60KohlendioxidTemperatur((EPICA Dome C, Antarktis) C, 280260240220200CO CO 2 2 (ppm)Abb 2: Lufteinschlüsse in einer2 cm breiten und einen halbencm hohen antarktischen Eisprobeaus 200 m Tiefe.Foto: Sepp Kipfstuhl, AWI-64 –640 200000 400000 600000 800000Alter (Jahre vor vor 1850 heute) AD)180Abb 3: Temperatur undCO 2-Gehaltsionen können sie dann Rückschlüsse auf eineMassenzu- oder -abnahme ziehen und auf einenkausalen Zusammenhang mit beobachteten Klimaänderungenhin untersuchen. Hierzu werdenaber nicht nur heutige Daten verwendet. KomplexeComputermodelle der Eisdynamik bilden dieheute beobachtete Eisschild- und Gletschergeometrieund -dynamik möglichst realistisch nach(Abb. 1). Liefert ein Modell für den heutigen Zustandein gutes Ergebnis, so kann dieses dazu benutztwerden, die Veränderungen der Eismassenin der Vergangenheit zu untersuchen.Die Rekonstruktion der Klimageschichte anhandvon Eiskernen verfolgt zum einen das Ziel,möglichst weit in die Vergangenheit zurückzublicken.Eine besondere Bedeutung hat hierbei diegroßskalige Ankopplung an andere Klimaarchive,wie z. B. marine Sedimentkerne, aber auch dieVerknüpfung von grönländischen mit antarktischenEiskernen. Zum anderen wird versucht,durch mehrere jüngere Eiskerne die Variabilitätdes Klimas nicht nur zeitlich, sondern auch räumlichauf kontinentaler bis regionaler Skala zu analysierenund zu verstehen. Ein flugzeuggestütztes,Eis durchdringendes Radarsystem erlaubt es, einzelneSchichten an einem Bohrkern zu identifizierenund in der Fläche weiter zu verfolgen. Aufdiese Weise konnten AWI-Wissenschaftler in einerFlugkampagne fünf tiefe antarktische Eisbohrkernemiteinander verbinden.Eine einzigartige Rolle bei der Analyse vonEiskernen spielt die im Eis eingeschlossene Luft(Abb. 2). Ihre Zusammensetzung in Blasen entsprichtim Wesentlichen derjenigen der Atmo-sphäre zum Zeitpunkt ihres Einschlusses. Überdie Analyse der Isotopenzusammensetzung desdie Luftblasen umgebenden Eises kann die Temperaturin der Vergangenheit rekonstruiert werden.Dies ist das so genannte Isotopenthermometer.Im Rahmen des europäischen Projektes EPICA(European Project for Ice Coring in Antarctica)wurde das mit 800.000 Jahren älteste Eis erbohrt,aus dem wir etwas über die Änderung der Luftzusammensetzungund gleichzeitig über Temperaturänderungenüber diesen Zeitraum erfahren(Abb. 3). Vergleicht man etwa die Schwankungenim Gehalt der Treibhausgase mit den Temperaturschwankungen,so kann man viel über die imKlimasystem ablaufenden Prozesse lernen. Darüberhinaus sind auch Einschlüsse im Eiskern, z. B.Staub oder andere Aerosole, wichtige Messgrößenzur Beschreibung des Paläoklimas. Die Analysesubglazialen Wassers kann ebenso wichtigeHinweise über die Zeit vor der Vereisung liefern,z. B. durch Pflanzenreste.Sowohl die Modellierung der Eisdynamik alsauch die Interpretation von Eiskernen basierenauf einem grundlegenden Verständnis der in einemEiskörper ablaufenden Prozesse und Wechselwirkungen.Deshalb ist es erforderlich, eineReihe von Eiseigenschaften in Grundlagenstudienzu untersuchen. Hierzu gehören u. a. die Prozesse,die bei der Verdichtung von Schnee undFirn zu Eis ablaufen. Denn die Veränderung derFirnstruktur beeinflusst den Einschluss des Klimasignalsim Eis sowie – auf der Mikroskala – dieEisdeformation.Aus Eiskernen rekonstruierteZeitreihen der Temperaturund des Kohlendioxidgehaltsder Atmosphäreüber die letzten 800.000Jahre. Der Nullpunktentspricht dem Jahr 1850.Gegenwärtig liegt der CO 2-Gehalt bei etwa 387 ppm.Der CO 2-Gehalt kann alsglobaler Wert verstandenwerden, während dieTemperatur nur die lokalenBedingungen am Ort derBohrung wiedergibt.Daten: EPICA, AWIGrafik: Johannes Freitag, AWI19

Eiskeile wachsen in Frostrissenim Boden. Wiederholtsich dieser Vorgangalljährlich, so durchziehendie Eiskeile den Permafrostbodenwie ein Netz.Erderwärmung gefährdet die Permafrost-Regionenund damit das globale KlimasystemPermafrost bildet sich in Gebieten mit einer sehr niedrigen Jahresmitteltemperaturund ist definiert als Untergrund (einschließlich Eis), der über mindestens zwei aufeinanderfolgende Jahre ständig unter 0 °C bleibt. In der Arktis und in den nicht vergletschertenGebieten der Antarktis ist Permafrost ein allgemein bekanntes Phänomen.In der nördlichen Hemisphäre sind 22,8 Millionenkm 2 und damit 24 % des Festlandes vonPermafrost unterlagert (Abb. 1). Die Mächtigkeitdes Permafrosts variiert weltweit zwischen wenigerals einem Meter und einigen hundert Meternund kann in Zentralsibirien sogar mehr als1.500 Meter erreichen. In vielen Regionen derArktis ist sogar unter den heutigen SchelfmeerenPermafrost anzutreffen. Während Zeiten mit Meeresspiegeltiefständen,also in den Glazialzeitender Eiszeiten, lagen weite Schelfgebiete der Arktistrocken und es bildete sich Permafrost, der auchheute – nach der Überflutung dieser Gebiete – alssubmariner Permafrost überdauert. Der Prozessdes Gefrierens führt dazu, dass Eis im Permafrostentsteht und dieser als Eiskeil oder massiver Eiskörperwachsen kann.Permafrost und der globale KlimawandelSeit den späten 1960er Jahren werden an vielenOrten in der Arktis Veränderungen des Permafrostsdurch Erwärmung beobachtet, die miteinem Permafrost-Abbau verbunden sind. NeuerPermafrost bildet sich dagegen nur minimal. Eineanfängliche Erwärmung der Permafrostoberflächeführt dazu, dass die untere Grenze der Auftauschicht(die durch das Auftauen der Oberflächeder Permafrostgebiete in den Sommermonatenentsteht) zunächst weiter nach unten wandert.Erst wenn die Erwärmung anhält, wirkt sie sichbis in tiefere Permafrostschichten aus.Eine nicht zu unterschätzende Konsequenzdurch tauenden Permafrost ist die Emission vonGasen, die aus mikrobiologischen Prozessenstammen, also vor allem Kohlendioxid und Methan.Schätzungen gehen davon aus, dass etwadie Hälfte des weltweit in Böden gespeichertenorganischen Kohlenstoffs im Permafrost gespeichertist und dass der arktische Permafrost doppeltso viel Kohlenstoff enthält wie die gesamteAtmosphäre.Veränderungen der arktischen Permafrostküste(die 34 % der globalen Küste umfasst) durch Erosionführen zum Beispiel zu erhöhten Einträgenan Sediment, Kohlenstoff und Schadstoffen in diearktischen Küstenmeere. Eine Vertiefung der ungefrorenenAuftauschicht oder das Verschwindenvon Permafrost führen zu Schäden an Gebäudenoder zerstören diese gar (Abb. 2). Die aktuelle Erwärmungbedroht mithin die gesamte auf Permafrostgebaute Infrastruktur.20 Permafrost

Pacific OceanBeringSeaOkhostkSeaHudsonBayInuvikResoluteNuukBeaufortSeaChukchi PevekSeaBarrowAlertEEastSiberianSeaArcticNORTH POLEOceanLaptevSeaKaraSeaDixonVorkutaLongyearbyenBarentsSeaNorwegianSeaMurmanskAtlanticOceanSubmarine PermafrostgrenzeKontinuierlicher PermafrostDiskontinuierlicher PermafrostSporadischer PermafrostIsolierter PermafrostAWI-HauptuntersuchungsgebieteAbb 1: Permafrost-Verbreitungin der nördlichenHemisphäre und AWI-HauptuntersuchungsgebieteKarte: Hugues Lantuit, AWI;Quelle: International PermafrostAssociationAbb 2: Aufgegebene Gebäudeim Hafen von Tiksi(Nordsibirien), die durchdas Tauen von Permafrostverformt wurden.Foto: Hugues Lantuit, AWIAWI-Projekte zur Permafrost-ForschungDas Alfred-Wegener-Institut deckt ein breitesSpektrum der Permafrost-Forschung ab und istdie größte Einrichtung für Permafrost-Forschungin Europa außerhalb Russlands. Der Präsident derInternational Permafrost Association (IPA) ist seit2008 Prof. Dr. Hans-Wolfgang Hubberten, Forschungsstellenleiterim AWI. Damit wurde erstmalsein IPA-Präsident aus einem Land ernannt,das nicht Anrainerstaat der Arktis ist.Das AWI beschäftigt sich mit vielen Facettender Permafrost-Forschung, darunter Geologie,Geomorphologie, Hydrologie, Geochemie, Mikrobiologie,Limnologie (Seenkunde), Kohlenstoffkreisläufe,Energieflüsse, Modellierung, Fernerkundung,Geophysik und Paläogeographie. Esbietet somit ein einzigartiges und multidisziplinäresUmfeld für Permafrost-Wissenschaft. DieseForschungsthemen sind in internationalen Beobachtungsprogrammenund internationalen Partnerschaftenstark integriert.Gemeinsam mit russischen Kollegen wurdenvom AWI mehrere Bohrungen im sibirischen Permafrostniedergebracht und mit Temperaturmessketteninstrumentiert. Diese Bohrungen liefernkontinuierlich Temperaturdaten, die in das GlobalTerrestrial Network for Permafrost (GTN-P) desGlobalen Landbeobachtungssystems GTOS unddes Globalen Klimabeobachtungssystems GCOSeinfließen.Wissenschaftler des AWI sind vor allem aktivin der Kohlenstoff-Kreislauf-Forschung. Sie untersuchendie Umwandlung von Kohlenstoff zuTreibhausgasen durch Mikroorganismen in denPermafrostgebieten Sibirien, Alaska, Spitzbergen,Kanada (Abb. 1) und der Antarktis. Durchmehrjährige Untersuchungen der Emissionenvon Treibhausgasen, Stoff- und Energieflüssen imPermafrost konnten sie feststellen, dass Treibhausgasetatsächlich von der oberen Schicht des Permafrostsim Sommer freigesetzt werden.In einem weiteren Tätigkeitsschwerpunkt untersuchtdas AWI die Veränderungen der arktischenKüsten und des submarinen Permafrosts. Mit dengewonnenen Ergebnissen lassen sich die Einträgean Sediment, Kohlenstoff und Schadstoffen in diearktischen Küstenmeere und den Ozean abschätzen.Das AWI leitet seit mehr als zehn Jahren dasinternationale Projekt „Arctic Coastal Dynamics“,das wesentlich zur Charakterisierung der Prozesse,die an den Küstenbereichen des ArktischenOzeans ablaufen, sowie zur Quantifizierung desKüstenabtrages beiträgt.Das AWI ist auch weltweit anerkannt auf demGebiet der Paläoumwelt-Rekonstruktion im Permafrost.Dadurch gelingt es, ein Bild der Permafrostdynamikwährend Klimaschwankungen inder Vergangenheit zu erhalten. Dies führt zu einembesseren Verständnis der gegenwärtigen undkünftigen Verbreitung des Permafrosts. Durch ihremehrjährigen Erfahrungen in der ganzen Arktishaben AWI-Forscher ein einzigartiges Archiv desPermafrosts erstellt.21

Marine Klimaarchive – Aus der Vergangenheit lernen,um den Blick in die Zukunft zu schärfenEs besteht Einigkeit darüber, dass die gegenwärtige und zukünftige Klimaentwicklungaufgrund des anthropogenen Treibhauseffekts einem deutlichen Wandel unterliegt.Umstritten ist allerdings, in welchem Umfang. Für eine verbesserte Abschätzung bedarfes einer genauen Kenntnis über die natürlichen Klimaschwankungen, also aus Zeiträumen,in denen der Einfluss durch den Menschen noch keine oder nur eine geringe Rolle spielte.Vorrangig benötigt die Klimaforschung Informationenüber Dauer, Geschwindigkeit, Frequenzund die regionalen Muster von lang- und kurzfristigenKlimaschwankungen und darüber, wiesich anthropogene Einwirkungen und natürlicheKlimaschwankungen beeinflussen. Eine besondereHerausforderung sind in diesem Zusammenhangso genannte Kipp-Punkte im Klimasystem.Dabei können selbst geringfügige, gleichmäßigeSchwankungen im Klimasystem zu möglicherweisedrastischen, unumkehrbaren und abrupten Klimaänderungenführen, die eine Herausforderungfür die Anpassungsmöglichkeiten der menschlichenGesellschaft darstellen würden.Leider reichen instrumentelle klimatologischeMessreihen nur maximal wenige Jahrhundertezurück, und das auch nur an wenigen Stellen aufder Erde. Um zu einem umfassenden Verständnisdes globalen Klimasystems und dessen zukünftigerEntwicklung zu gelangen, ist eine bedeutendweitreichendere zeitliche Perspektive notwendig.Deshalb beschäftigt sich die marine Geologieam AWI mit Paläoumweltrekonstruktionen aufverschiedensten Zeitskalen, schwerpunktmäßigin polaren Breiten, die besonders sensitiv auf geringfügigeglobale Klimaschwankungen reagieren.Bohrkerne aus dem antarktischen Raum undaus den arktischen Becken liefern Auskünfte überVeränderungen und Stabilität der Eisschilde. Einwichtiges Forschungsthema ist hierbei die Untersuchungvon erdgeschichtlichen Zeiten, die durchein ähnliches oder sogar wärmeres Klima als heutegekennzeichnet waren.Ein prominentes Beispiel ist das Pliozän, 3 bis5 Millionen Jahre vor heute (Abb. 1). Damals warendie globalen Mitteltemperaturen etwa 2-3 °Chöher und entsprechen etwa dem bis zum Endedes 21. Jahrhunderts zu erwartenden Temperaturanstieg.Im internationalen ForschungsprojektANDRILL (Antarctic Geological Drilling) rekon-22 Klimaarchive

Globales EisvolumenWarmzeiten EiszeitenkleinHeutegroßFieberkurve des ErdklimasLetztes Glaziales MaximumNordhemisphärenVereisungNordhemisphärenVereisung0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.00 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0Alter in Millionen Jahren vor heuteAlter in Jahren vor heuteWarmzeitenEiszeiten2.52.518O/16O -Verhältnis in ‰3.5 3.54.5 4.55.5 5.518 O/16 O-Verhältnis in ‰Abb 1: Fieberkurve desErdklimasKlimaentwicklung derletzten 5 Millionen Jahre.Die Sauerstoffisotopenwurden entlang einesSedimentkerns an fossilenKalkschalen von benthischenForaminiferen (amMeeresboden lebendeEinzeller) gemessen undsind ein Anzeiger fürSchwankungen im globalenEisvolumen.Grafik: Ralf Tiedemann, AWIstruieren Wissenschaftler vom AWI die pliozäneEntwicklungsgeschichte des WestantarktischenEisschildes, um dessen Empfindlichkeit gegenüberglobalen Temperaturerhöhungen abzuschätzen(Abb. 2). Die Ergebnisse weisen auf ein wiederholtesAbschmelzen der Westantarktis währenddes Pliozäns hin. Ein vollständiger Verlust derheutigen westantarktischen Eiskappe würde denglobalen Meeresspiegel um 2–3 m erhöhen. Obund wann ein solches Szenario im Rahmen derderzeitigen Klimaerwärmung eintreten könnte, istGegenstand der aktuellen Forschung.Neben den Eiskappen spielt die Meereisbedeckungeine besondere Rolle im globalen Klimasystem,da Meereis das Sonnenlicht im Vergleichzur Wasseroberfläche viel stärker reflektiert. Somitkönnen Änderungen in der Meereisverbreitungeinen Erwärmungs- oder Abkühlungstrend verstärken.Derzeit ist insbesondere der drastischesommerliche Meereisrückgang in der Arktis in denBlickpunkt der Wissenschaft gerückt. Über diehistorische Entwicklung der Meereisbedeckung,die über den Zeitraum der letzten 150 Jahre hinausgeht,ist hingegen nur wenig bekannt. Diesliegt vor allem daran, dass es für den arktischenBereich keine verlässlichen Rekonstruktionen ausSedimentkerndaten gibt.Abb 3: Probennahme vonMeereis von Bord derPolarstern. Die hellbrauneVerfärbung des Eises resultiertaus dem Bewuchs mitEisalgen.Foto: Juliane Müller, AWIEine neue und am AWI weiterentwickelteMethode verspricht nun erstmals genauere Erkenntnissezur Dynamik der Meereisverbreitung(Abb. 3). Mit Hilfe von fossilen organischen Molekülresten,die von im Meereis lebenden Algenproduziert werden, ist es AWI-Forschern erstmalsgelungen, für einen Teil der Arktis die Meereisbedeckungder letzten 30.000 Jahre an Sedimentkernenzu rekonstruieren. Demnach war die saisonaleAusdehnung des Meereises drastischenund kurzfristigen Veränderungen unterworfen.Weitergehende Untersuchungen sollen die räumlichenMuster der Meereisverbreitung erfassenund helfen, die zukünftige Entwicklung besserabzuschätzen.Marine Geologen am AWI organisieren Forschungsexpeditionenin die Nord- und Südpolarmeeremit einem beträchtlichen logistischenAufwand. Derzeit konzentrieren sich unsereExpeditionen auf die Gewinnung von marinenSedimentkernen aus dem Nord- und Südpazifik,um die letzten großen weißen Flecken auf derWeltkarte der Paläoklimatologie zu tilgen. Damitwird das die Pole umspannende Netzwerk vonSedimentkernen erstmals geschlossen. Diese Sedimentesollen unser Verständnis der zeitlichenVeränderungen der Ozeanzirkulation, der Meereisverbreitungund damit verbundener Schwankungender biologischen Produktivität sowieozeanisch-atmosphärischer Austauschprozessevon Kohlendioxid vervollständigen. Teilweise erlaubendiese Sedimente sogar Rekonstruktionenauf Zeitskalen von Jahreszeiten bis Dekaden. Einbesonderer Schwerpunkt unserer Untersuchungenliegt auf den warmzeitlichen Maxima der letzten500.000 Jahre, in denen die globalen Temperaturenund der Meeresspiegel geringfügig höher alsheute waren.BohrturmSediment(Kerngewinn 1285 m)Schelfeis (86 m)BohrstrangAbb 2: Im Rahmen desANDRILL- Programmswurden marine Sedi mentabfolgenvon einer auf demantarktischen Ross-Eisschelfverankerten Bohrplattformgewonnen.Grafik: Angie Fox, ANDRILL SMOOzean(850 mWassertiefe)23

90°N60°N30°NEQ30°S60°S90°S90°W 0° 90°OSedimentkernePaläoklimamodelle: Zurück in die ZukunftDie Klimaentwicklung während der letzten zehn- bis hunderttausend Jahre hatentscheidend zur Entwicklung der heutigen menschlichen Gesellschaft und Kulturbeigetragen. Dennoch ist bislang überraschend wenig über die Klimaentwicklungin diesen Zeiträumen bekannt.Dieses gilt insbesondere für das Zusammenspielexterner Antriebsmechanismen (Änderungder Sonneneinstrahlung, Ausdehnung der Eisschilde,variierende Treibhausgaskonzentrationen)mit internen Rückkopplungsprozessen imKlimasystem. Es hat sich gezeigt, dass ein besseresVerständnis dieser Wechselwirkungen nurdurch die Verknüpfung von Messdaten aus Klimaarchiven(z. B. Eisbohrkernen oder marinenSedimenten) mit neuen theoretischen Konzeptenund Klimasimulationen gelingen kann. InsbesondereSimulationen mit komplexen Klimamodellenermöglichen eine eindeutige Zuordnung von beobachtetenKlimaänderungen zu externen Antriebenund internen Rückkopplungsprozessen. Einederartige Analyse ist durch eine Auswertung vonKlimaarchiven allein nicht möglich.In Abbildung 1 werden rekonstruierte und modellierteTemperaturänderungen der letzten 7.000Jahre verglichen. Für diese Untersuchungen werdenauf Messungen basierende Rekonstruktionenvon Meeresoberflächentemperaturen statistischanalysiert (Abb. 1a). Als Muster sieht man eineAbkühlung in hohen Breiten (blau) und eine Erwärmungin niedrigen Breiten (rot). Simulationsrechnungenmit einem komplexen Klimamodellzeigen ein mit den Rekonstruktionen konsistentesMuster in den Temperaturtrends (Abb. 1b). Eszeigt sich weiterhin, dass ein Großteil der langfristigenKlimavariabilität über ein einfaches Modellkonzept,welches nur die direkten lokalenReaktionen auf höhere oder geringere externeEinstrahlung berücksichtigt, erklärt werden kann(Abb. 1c).Aktuelle Modelle des Erdsystems bilden nichtnur dessen physikalischen Teil ab, sondern integrierenauch die Biosphäre und biogeochemischeStoffkreisläufe. Neuerdings wird sogar versucht,Variationen, welche in den Klimaarchiven gemessenwerden können, direkt zu simulieren unddann mit den realen Daten zu vergleichen. EinBeispiel dafür ist die Simulation der Konzentrationenvon drei verschiedenen Kohlenstoffisotopen( 12 C, 13 C, 14 C) in Atmosphäre und Ozean. Das Verhältnisdes stabilen Isotops 13 C zum „normalen“Kohlenstoff 12 C erlaubt Rückschlüsse auf die vergangeneVerteilung von Wassermassen und diebiologische Produktivität im Ozean. Abbildung24 Paläoklimamodelle

60°N30°NEQ30°S60°S60N 60N 60°N30N 30N 30°NEQ EQ30S 30S 30°S60S 60S 60°S180° 90°W 0° 90°O 180° 180180° 90W90°W 0 0° 0 90E90°O 180180°3 32 21 10.7 0.70.5 0.50.3 0.30.2 0.20.1 0.10.05 0.05--0.05-0.05--0.1-0.1--0.2-0.2--0.3-0.3--0.5-0.5--0.7-0.7--11 -1--22 -2--33 -3Abb 1a-c: Temperaturtrendsfür die letzten 7.000 Jahre in °C2a zeigt die simulierte 13 C/ 12 C-Verteilung für dieletzte Eiszeit. Für den nördlichen Atlantik stimmtdie modellierte Verteilung gut mit den auf marinenSedimentkernen basierten Rekonstruktionenfür den Zustand vor 20.000 Jahren überein. Imsüdlichen Atlantik sind hingegen deutliche Abweichungenin der Simulation zu sehen, welcheauf ein Modelldefizit in dieser Region hinweisen.Aus dem Verhältnis des instabilen, radioaktivenIsotops 14 C zum normalen 12 C lässt sichu. a. das Alter mariner Sedimente bestimmen.Aufgrund natürlicher Ungleichgewichte im Kohlenstoffkreislaufist das 14 C-Alter einer marinenProbe allerdings immer größer als das 14 C-Altereiner atmosphärischen Probe aus derselben Zeit.Dieser Altersunterschied wird als Reservoiralterbezeichnet und bewirkt systematische Fehler beider Altersbestimmung mariner Proben. Für dienotwendigen Korrekturen derartiger Fehler liefernSimulationen des vergangenen 14 C/ 12 C-Verhältnissesan der Meeresoberfläche wichtige Informationen.So zeigt zum Beispiel Abbildung 2b, dassauf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit das marineReservoiralter insbesondere in den hohen Breitenum mehrere hundert Jahre höher war als heute,und bei einer 14 C-Altersbestimmung einer marinenProbe muss das errechnete Alter der Probenum diesen Wert korrigiert werden.Durch derartige neue Modellkonzepte undkomplexe Klimasimulationen, welche auch diebiogeochemischen Stoffkreisläufe berücksichtigen,ergeben sich somit ganz neue Möglichkeitenzum besseren Verständnis der Erdgeschichte. Geradeim Hinblick auf den bereits stattfindendenund den zukünftigen Klimawandel ist deshalb diemoderne Paläoklimaforschung in den Blickpunktdes Interesses gerückt.Tiefe [m]01000200030004000500060°Na links) Rekonstruktionen, basierendauf Alkenon-Daten(Rimbu et al., 2003),b Mitte) Simulationen mit einemkomplexen Klimamodell(Lorenz und Lohmann 2004),c rechts) abgeleitete Temperaturtrendsaus einem theoretisch-statistischenModellkonzept(Laepple und Lohmann, 2009)–0.5 0 0.5 1 1.5 260 o N60 o N40 o N40 o N40°N20°N20 o N20 o N0°0 o0 o20°S20 o S20 o S40°S40 o S40 o S60°S60 o S60 o S40°S 20°S EQ 20°N 40°N 60°N120 o W 60 o W 0 o 60 o E 120 o E120 o W 60 o W 0 o 60 o E 120 o E120°W 60°W 0° 60°O 120°O0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Abb 2a: Meridionale Verteilungder 13 C Konzentrationin Promille bezogen aufden Standardwert PDBim glazialen Atlantik vor20.000 Jahren: Modell(Konturen) und Rekonstruktionen(Kreise).(Hesse et al., in prep.)Abb 2b: ModellierteÄnderungen des 14 C-Altersvon Oberflächenwasser(in Jahren) zwischen derletzten Eiszeit vor 20.000Jahren und heute(Butzin et al., 2008)25

Marines Plankton beeinflusst das globale KlimaDie in den Polargebieten aktuell steigenden Wassertemperaturen lassen die Meereisbedeckungschrumpfen. Gleichzeitig versauern die global ansteigenden Konzentrationen des Klimagases Kohlendioxyd(CO 2) das Meerwasser. Diese Umweltveränderungen wirken auf die Biologie der Polarmeereein, welche wiederum mit Prozessen im Gesamtsystem Erde in Wechselwirkung stehen.CO 2-Gehalt in [ppmv]4003803603403201958 1970 1980 1990 2000 2010JahrAbb 1: AtmosphärischerCO 2-Gehalt Mauna Loa,Hawaii von 1958 bisSeptember 2010 (blaueKurve) und Trend (roteKurve). Neben dem Anstiegder CO 2-Konzentration istauch die jahreszeitlicheVariation, die durch dieVegetationsperioden aufder Nordhalbkugel verursachtwerden, zu erkennen.Allein innerhalb von nur50 Jahren ist der CO 2-Gehalt in der Atmosphäreum mehr als ein Viertelangestiegen.Daten: www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends;Grafik: Renate Treffeisen, AWIDas Wachstum mikroskopisch kleiner Algenund Tiere im Ozean, das so genannte Plankton, beeinflusstden Transport von Kohlenstoff und so dasglobale Klima. Diese Prozesse werden ihrerseitsvon Nährstoffen und Spurenstoffen gesteuert.Kurze Geschichte vom Leben, dem Eisen undSauerstoffDas Leben auf der Erde entfaltete sich anfangsin einer sauerstofffreien Atmosphäre. Die erstenLebensformen entwickelten eisenhaltige Enzymezur Regulation ihres Stoffwechsels. Die Sauerstoffproduktionder Pflanzen wandelte die anoxischein eine sauerstoffreiche oxidierende Atmosphäreum. Das Eisen rostet zu Eisen 3+ -Salzen, die sehrviel weniger wasserlöslich sind als Eisen 2+ -Salzeund absinken. Daher verarmt der Ozean an Eisen,wodurch das Algenwachstum in den landfernenRegionen behindert wird. In Warmzeiten dehntensich die eisen- und wachstumsarmen Ozeanwüstenweiter aus. In Eiszeiten dagegen trocknete dieLandoberfläche aus, und der vermehrt aufs Meergewehte Eisenstaub ließ das Phytoplankton ergrünen.Wechselwirkungen Ozean – AtmosphäreDie Konzentrationen von CO 2in Atmosphäreund Ozean gleichen sich durch Diffusion undLöslichkeit aus. Wenn warmes Oberflächenwasseraus den Subtropen mit dem Nordatlantikstrom(Golfstrom) in die Polargebiete transportiert wirdund sich dort abkühlt, nimmt es zusätzliches CO 2auf. Sobald sich CO 2im Wasser löst, beginnt eineKaskade chemischer Gleichgewichtsreaktionen,an denen u. a. Kohlensäure beteiligt ist. Als Konsequenzenthält der Ozean 50-mal mehr Kohlenstoffals die Atmosphäre. Seit ca. 200 Jahrennimmt die Konzentration von CO 2in der Atmosphäredrastisch zu (Abb. 1). Der Weltozean hatrund 30 % dieses neuen, „anthropogenen CO 2“aufgenommen; ohne den Ozean wäre die Konzentrationin der Atmosphäre entsprechend höher.Je mehr CO 2sich im Ozean löst, desto stärkersinkt der pH-Wert.Ozeanische KohlenstoffpumpenKohlenstoff wird über drei wichtige „OzeanischeKohlenstoffpumpen“ (Abb. 2) von der Ozeanoberflächein die Tiefsee transportiert.Die Löslichkeitspumpe transportiert gelösten,anorganischen Kohlenstoff (CO 2und dessen Ionen).CO 2-reiches Oberflächenwasser sinkt in denPolargebieten und strömt von dort in alle Tiefseebereicheder Erde. Da es erst nach mehr als 500Jahren wieder in den Subtropen auftaucht, ist dermitgeführte Kohlenstoff daher solange „zwischengelagert“.Organischer Kohlenstoff wird durch die „BiologischePumpe“ abtransportiert. Er entsteht ausCO 2, wenn mikroskopisch kleine Phytoplanktonalgendurch Photosynthese mit Hilfe von Sonnenlichtihre Biomasse aufbauen. Die fast ebenso kleinenTiere des Zooplanktons fressen Phytoplanktonund atmen CO 2aus. Bakterien geben zusätzlichgelösten, organischen Kohlenstoff als klebrigeSchleime ab. Auch Planktonzellen scheiden einedurchsichtige, kohlenstoffreiche Substanz aus,die kleine Planktonpartikel zu größeren Aggrega-26 Plankton

ten verklebt. Solcher Meeresschnee ist groß undschwer genug, um unterhalb 500 m Wassertiefezu sinken. Ungefähr 10 % des partikulären organischenKohlenstoffs der Deckschicht sinktin größere Meerestiefen. Nur 1 % der Jahresproduktionwird mit der „BiologischenPumpe“ aus den oberen Ozeanschichtenzum Tiefseeboden verfrachtet, der Rest wirdim tiefen Ozean gefressen. Die Tiefseefaunanutzt hiervon wiederum bis zu 90 %, sodass nur0,01 % der ursprünglichen Produktion in den Sedimenteneingelagert wird.Die Karbonat-Gegenpumpe setzt CO 2frei,wenn kalkhaltige marine Organismen wie Kalkalgenwachsen. Vermehren sie sich z. B. auf Kostenvon Kieselalgen, wie im Nordpolarmeer in denletzten Jahren, wird der Tiefentransport von Kohlenstofferheblich reduziert. Unsere Forschungsprogrammedienen der Quantifizierung dieserEffekte.Die Regulation der „Biologischen Kohlenstoffpumpe“Im AWI untersuchen wir die Effektivität der„Biologischen Kohlenstoffpumpe“ durch Experimentein den polaren Ozeanen während derExpeditionen mit FS ,Polarstern‘. Hierbei habenwir in Beobachtungen im Ozean und durchExperimente an Bord des Forschungsschiffesnachgewiesen, dass Zooplankton beim Abweidendes Phytoplanktons viel organischen Kohlenstoffzu CO 2nahe der Ozeanoberfläche veratmet. Beigutem Lichtangebot ist die Phytoplanktonproduktionhoch, wenn ausreichend Nährsalze vorhandensind. In weiten Gebieten des Südozeans wirddie Menge gelöster Nährsalze im Jahresverlaufnicht durch die Primärproduktion aufgezehrt. DieAlgen leiden allerdings oft an Eisenmangel. Kanndurch künstliche Eisendüngung die Produktivitätund damit die Aufnahmefähigkeit des Ozeansfür Kohlenstoff erhöht werden? Da den PflanzenEisen zum Wachstum fehlt, sollte in sonst optimalenGebieten schon eine geringe Eisen 2+ -Zugabezur Erhöhung der Algenproduktion und zur Anregungder „Biologischen Kohlenstoffpumpe“ führen(Abb. 3).Eisendüngung als CO 2-Senke?Der kontroverse Ansatz, mittels nachhaltigerEisendüngung dem Klimazyklus der Erde CO 2zuentziehen, ist unsicher. Unerwartete Algenartenkönnten profitieren, mit unbekannten Effektenim Nahrungsgefüge. Einige Phytoplankter produzierenstark klimarelevante Gase wie Methan.Eine intensive „Biologische Pumpe“ könnte zuverstärktem Abbau von Biomasse und erhöhtemSauerstoffverbrauch führen. Informationen zuReaktionen mariner Fische oder Säuger auf Eisendüngungfehlen. Die Entstehung schädlicheroder Klimagase produzierender Algen konntebisher weder bei natürlicher noch bei stimulierterEisendüngung beobachtet werden, ebenso wenigSchichten mit schwachem oder mangelndemSauerstoffgehalt in solchen Gebieten; allerdingsist ein schwacher Sauerstoffgehalt für Auftriebsgebietemit intensiver Algenproduktion typisch.Bathmann & Passow(2010) Biol unsererZeit 40: 304-313DOI: 10.1002/biuz.201010429:Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH& Co. KGaA.44°S46°S48°S50°S52°SKarbonat-GegenpumpeCO 2CO 2Karbonat -BildungKarbonat -AuflösungNahrungsnetzAbb 2: Die drei ozeanischenKohlenstoffpumpenGelöstes CO 2wird durch Auf- undAbtrieb des Wassers durch die Löslichkeitspumpetransportiert (rechts).Die „Biologische Pumpe“ basiert aufder Aufnahme von Kohlenstoff durchOrganismen und deren Absinken zumMeeresboden (Mitte). Bei Kalkbildungwird CO 2frei, daher spricht man voneiner Karbonat-Gegenpumpe (links).Satellitenbild (MODIS)vom 12. bis 14. Februar 200920°W 15°W 10°W 5°W 0°W0.01 0.030.1 0.3 1 3[mg m -3 ]PhytoplanktonZooplanktonBakterienZwischenwasser-BiologiePOCAußer schädlichen Nebenwirkungen im Ökosystembesteht die Gefahr, dass die CO 2-Verklappungim Ozean notwendige Strategien zur Vermeidungder CO 2-Freisetzung behindern würde.Andererseits könnte die Erhöhung der marinenProduktivität durch Eisendüngung dem Zooplanktonund somit Walen eine bessere Ernährungsgrundlageliefern. Wissenschaftliche Experimentesind die einzige Möglichkeit, Antworten auf solcheFragen zu finden. Die im AWI entwickeltenKlimamodelle berücksichtigen sowohl die physikalisch-chemischenProzesse als auch die wichtigstenbiologischen Reaktionen.„Biologische-Pumpe“gelöste anorganischeNährsalze, HCO 3-, CO 2LöslichkeitspumpeAggregateDOCOberflächenschichtCO 2TiefenwasserbildungBelüftung, AuftriebCO 2Tiefsee CO 2CO 2 BenthosbiologieTiefsee-SedimenteDie Algen und Tiere des Planktonsim oberen Bereich der „BiologischenPumpe“ setzen sehr vielmehr Kohlenstoff um, als in tiefereWasserschichten als gelöster (DOC)oder partikulärer (POC) organischerKohlenstoff aussinkt. Im tiefen Ozeanwird das absinkende Material weiterbiologisch abgebaut, und dabei wirdCO 2freigesetzt.Abb 3: Die durch das deutsch-indischeProjekt LOHAFEX erzeugte Planktonblüte(rote Fläche im Kreis) imSüdatlantik vom MODIS-Satelliten ausgesehen. Die Farbkodierung spiegeltdabei den Gehalt an Algen im Ozeanwider. Die anderen roten, gelben undgrünen Flächen weisen auf Gebietenatürlicher Algenkonzentrationengemessen als Chlorophyll hin. WeißeGebiete sind Wolkenflächen, durchdie der Satellit nicht aufs Wasserblicken kann. Das Rechteck im kleinenBild oben rechts zeigt die geographischeLage des LOHAFEX-Gebietesim Südatlantik. Grafik: abgewandelt nachChristine Klaas, AWI27

REKLIM untersucht regionaleKlimaänderungen mitHilfe von Beobachtungenund Modellierungen.(Ouelle: Helmholtz-VerbundRegionale Klimaänderungen,REKLIM, 2010)Die regionalen Auswirkungendes Klimawandels rücken in den BlickpunktSeit jeher bestimmen Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Eis, Ozean und Landoberflächendas Klimageschehen der Erde. Um die damit verbundenen Austauschprozesse und langzeitigenEntwicklungen im Klimasystem besser beschreiben zu können, haben in den vergangenenJahren globale Klimamodelle erfolgreich dazu beigetragen, ein erstes Verständnis großskaligernatürlicher Klimaschwankungen und des menschlichen Einflusses auf das Klima aufzubauen.Allerdings sind viele Prozesse, die das Klimaauf verschiedenen zeitlichen und räumlichenSkalen beeinflussen, noch nicht gut erforscht.Aktuell existiert in der Wissenschaft ein breiterKonsens, dass die gegenwärtige Erwärmungder Erde (Abb. 1) mit hoher Wahrscheinlichkeitüberwiegend auf erhöhte Konzentrationen vonTreibhausgasen und auf veränderte Landnutzungzurückzuführen ist. Die konkreten Auswirkungenauf einzelne Regionen sind jedoch bisher wenigverstanden. Ob der Klimawandel beispielsweisebedingt, dass in einer Region die Sommer trockeneroder die Winter feuchter werden, ist wissenschaftlichnicht ausreichend abgesichert. Für dielandwirtschaftliche Nutzung ist aber genau diesdie entscheidende Frage. Ebenso sind für politischeund wirtschaftliche Entscheidungsprozessezum Beispiel detaillierte Szenarien zum Anstiegdes Meeresspiegels wichtig, um die Küstenschutzmaßnahmenentsprechend anpassen zu können.Um diese und andere Themen zu erforschenund hierzu genauere Aussagen treffen zu können,haben sich acht Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaftzum Helmholtz-VerbundRegionale Klimaänderungen (REKLIM) zusammengeschlossen:das Alfred-Wegener-Institut fürPolar- und Meeresforschung in Bremerhaven,das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR) in Oberpfaffenhofen, das ForschungszentrumJülich, das Deutsche GeoForschungsZentrumPotsdam (GFZ), das Zentrum für Material- undKüstenforschung in Geesthacht, das DeutscheForschungszentrum für Gesundheit und Umweltin München, das Karlsruher Institut für Technologie(KIT) sowie das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung(UFZ) in Leipzig (Abb. 2).Das Spektrum der Forschungsthemen reichtvon der regionalen Klimamodellierung des Erdsystems,über Beobachtungsprogramme in derArktis und in Europa sowie der Untersuchung desBeitrags chemischer Prozesse in der Atmosphärebis hin zur Analyse von extremen Wetterereignissenwie Hagelschlag, Stürmen, Hochwasser undDürren. Auch Fragen zu sozioökonomischen Folgen,das Management von Klimaeinflüssen unddie Entwicklung von Anpassungsstrategien zählendazu.Hierbei versucht der Forschungsverbund unteranderem Antworten auf folgende Fragen zu finden:Wie hängt die Entwicklung unseres Klimasvon der Wechselwirkung zwischen Atmosphäre,Eis, Ozean und Landoberflächen ab und wie be-28 Regionale Auswirkungen

0.60.4Temperaturanomalien [°C]0.20-0.2Abb 1: Globale Anomaliender Lufttemperatur an derErdoberfläche im Zeitraumvon 1860 bis zur Gegenwartim Vergleich zu 1961–1990.(Daten: IPCC, 2007 (aktualisiert))-0.4-0.61860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000Jahreinflussen sich menschliche Einwirkungen undnatürliche Klimaschwankungen? Wie groß sinddie Verluste der kontinentalen Eismassen (insbesonderevon Grönland) und wie reagiert der Meeresspiegelauf Schmelzwasser und Erwärmung?Wodurch werden die großen Änderungen imMeereis und Permafrost der Arktis hervorgerufenund mit welchen Nah- und Fernwirkungen sindsie verbunden? Mit welchen Konsequenzen ausdem Klimawandel müssen Ökosysteme, Wasserressourcenoder Land- und Forstwirtschaftin Deutschland und dem Alpenraum rechnen?Wie wird das regionale Klima durch Änderungender Luftbestandteile beeinflusst? Wie werdensich Extremereignisse wie Stürme, Hochwasserund Dürren mit dem Klimawandel ändern? Undschließlich: Wie entscheiden wir, welchen Wegder Anpassung und Vermeidung wir wählen?Zur Beantwortung dieser Fragen verwendendie Wissenschaftler der acht Zentren Daten vonFernerkundungssatelliten, von schwimmendenund luftgetragenen Forschungsplattformen wiebeispielsweise dem Forschungsschiff Polarsternund den Forschungsflugzeugen Polar 5 und Halo,sowie von stationären Beobachtungsstationenwie den Umweltobservatorien TERENO und derAtmosphären-Simulationskammer SAPHIR. MitHilfe der umfangreichen Messdaten werden dieDatengrundlagen für die Modellrechnungen verbessert,weil nur so räumlich hoch aufgelösteAnalysen und Szenarien erstellt werden können.Das Zusammenwirken von Beobachtungen undProzessmodellierungen und die interdisziplinäreVernetzung der Wissenschaftler im Forschungsverbundwird somit zur Optimierung der verwendetengekoppelten Klimamodelle beitragen.Hierdurch können detaillierte Aussagen über dieReaktion des Klimasystems auf die sich änderndenKlimarandbedingungen auf der regionalenbis hin zur lokalen Skala abgeleitet werden. Diekonkreten Ergebnisse sind insbesondere wichtigund notwendig, um Entscheidungsträger in Politik,Wirtschaft und Behörden sowie die breiteÖffentlichkeit über Risiko- und Gefahrenpotentialin der Regionalentwicklung besser aufklären undzur Entwicklung nachhaltiger Anpassungs- undVermeidungsstrategien beitragen zu können.Abb 2: REKLIMDie acht Forschungszentrendes Helmholtz-Verbunds RegionaleKlima änderungen(REKLIM).(Quelle: Helmholtz-Gemeinschaft)29

Die BSRN-Strahlungsmessfelderan den AWI-PolarforschungsstationenNeumayer, Antarktis undNy-Ålesund, Arktis.Das World Radiation Monitoring Center am AWI:eine weltweite Datenzentrale der ErdsystemforschungDas Wort „Klima“ kommt aus dem Griechischen und heißt „Neigung“. In der Tat hat diemittlere Neigung der Sonne zur Erdoberfläche entscheidende Auswirkungen auf unsereKlimazonen. Natürlich gibt es noch diverse andere Faktoren, die den Strahlungshaushaltund somit das Klima unserer Erde beeinflussen: so zum Beispiel der anthropogene Anstiegdes Treibhausgases CO 2und die sinkende Reflexivität der Erdoberfläche durch dasSchmelzen von Schnee und Eis.Langfristige Strahlungsmessungen sind für dieKlimaforscher von großer Bedeutung. Als sichin den 80er Jahren der Weltklimarat erstmaligmit der Zusammenstellung des damaligen Wissensder Klimaforschung beschäftigte, wurde erkannt,dass die Qualität der bereits vorhandenenStrahlungsmessungen oft nicht den Ansprüchender modernen Klimaforschung genügte. Daherwurde im Rahmen des Welt-Klima-Forschungsprogramms1992 das Baseline Surface RadiationNetwork (BSRN) gegründet. Ziel dieses globalenNetzwerkes ist, an wenigen ausgewählten Stationender Erde die bestmöglichen bodennahenStrahlungsmessungen durchzuführen. Kernstückdieses Netzwerkes ist sein zentrales Archiv, aufdas alle Klimaforscher freien Zugang haben. DiesesWorld Radiation Monitoring Center (WRMC)wird seit 2008 am AWI betrieben.Wie kam es dazu? Bipolare Forschung gehörtzum Kerngeschäft des Alfred-Wegener-Instituts fürPolar- und Meeresforschung (AWI). In diesem Zusammenhangunterhält das AWI zwei permanentbesetzte Polarforschungsstationen: seit 1981 dieAntarktisforschungsstation Neumayer im Königin-Maud-Land sowie seit 1991 die ArktisforschungsstationKoldewey in Ny-Ålesund auf Spitzbergen.Zu den kontinuierlichen Messprogrammen beiderStationen gehören seit Anbeginn umfangreichebodennahe Strahlungsmessungen. Zusammenmit sieben anderen Stationen bildeten die beidenAWI-Stationen 1992 die Keimzelle des BSRN.30 Erdsystemforschung

Abb 1: Das weltweiteNetzwerkder aktiven undgeplanten MessstationenGrafik: WolfgangCohrs, AWIDas World Radiation Monitoring Center wurdezeitgleich an der Eidgenössischen TechnischenHochschule Zürich unter der Leitung von Prof.Ohmura entwickelt. Mit der Pensionierung vonProf. Ohmura wurde ein neuer Betreiber gesucht.Aufgrund der wissenschaftlichen Expertise undseiner hervorragenden EDV-Infrastruktur fiel dieWahl auf das Alfred-Wegener-Institut.Am AWI erhielt das World Radiation MonitoringCenter ein neues Gesicht. Zusätzlich zuder übernommenen File-Sammlung wurden alleDaten in das Informationssystem PANGAEA importiert.Es handelt sich dabei um ein Archiv zumlangzeitlichen Archivieren, Veröffentlichen, Publizierenund Verteilen georeferenzierter Daten ausdem Bereich der Erdsystemforschung (http://www.pangaea.de). Auch der Web-Auftritt des WRMCwurde komplett erneuert (http://www.bsrn.awi.de). Zusätzlich zu den vielen Metadaten der Stationenbietet die Homepage des WRMC nun auchübersichtliche Link-Listen für den direkten Zugriffauf alle Daten über PANGAEA. Mittlerweile sindvon 51 Stationen 5.800 Stationsmonate an Datenabrufbar.Das World Radiation Monitoring Center speichertnicht nur die im Minutentakt vorliegendenStrahlungsmessungen vieler Stationen, sondernauch viele begleitende meteorologische Beobachtungen,die zur Interpretation der Strahlungsmessungennotwendig sind. Dazu gehören unteranderem die mit Wetterballonen gewonnenenvertikalen Profile der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit,die Wolkenbeobachtungen undWolkenhöhen.Mittels Satelliten wird die bodennahe Strahlungflächendeckend abgeschätzt. Der Vergleichmit den direkten Messungen des WRMC ermöglichtes, deren Genauigkeit zu verbessern. DieKlimamodelle sind ebenfalls auf Verfahren angewiesen,die die bodennahe Strahlung liefern. DieseStrahlungsberechnungen lassen sich mit denDaten des World Radiation Monitoring Centersüberprüfen und optimieren. Auch Trendanalysensind mit den WRMC-Messungen möglich, da einigeStationen bereits seit 18 Jahren kontinuierlicharbeiten. Erste Ergebnisse deuten auf Trendsin der von der Sonne stammenden Strahlung hin,sehr wahrscheinlich als Folge einer verändertenLuftreinhaltepolitik: Über den Regionen mit abnehmenderLuftverschmutzung steigt die solareEinstrahlung, über Indien und China sinkt sie hingegen.Abb 2: Glashaubeneines Pyranometers in derPolarnacht bei Neumayer.Das Pyranometer dientder Messung der SonnenundHimmelsstrahlung.Foto: Gert König-Langlo, AWI31

Abb 1: Das Klimabürofür Polargebiete undMeeresspiegelanstiegarbeitet im Netzwerk derregionalen Klimabüros derHelmholtz-Gemeinschaft.(Grafik: Schipper, J.W., I. Meinke,S. Zacharias, R. Treffeisen,Ch. Kottmeier, H. von Storch undP. Lemke, 2009, DMG Nachrichten1-2009)Klimaberatung: regionalspezifisch, verständlich, solide –das Helmholtz-Klimabüro am AWIDer globale Klimawandel wirkt sich regional sehr unterschiedlich aus. Anpassungsstrategienan den Klimawandel müssen diese Unterschiede berücksichtigen, um beispielsweiseFehlinvestitionen zu vermeiden. Wegen des stetig wachsenden Beratungsbedarfshat die Helmholtz-Gemeinschaft ein Netzwerk von vier regionalen Klimabüros aufgebaut,von denen eines als Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg im Alfred-Wegener-Institut angesiedelt ist.Die regionalen Helmholtz-Klimabüros sindnicht nur fachlich miteinander vernetzt, sondernauch in die nutzenorientierte Klimaforschungder Helmholtz-Gemeinschaft eingebunden, zuder auch Klimaschutz, Klimafolgen- und Anpassungsforschungzählen (Abb. 1). Sie kooperierenüberdies mit Exzellenzinitiativen, Universitäten,Landes- und Bundesbehörden. Ihre verständlichaufbereiteten Forschungsergebnisse zu bestimmtenRegionen und Naturräumen stehen Akteurenund Entscheidungsträgern aus Politik, Wirtschaftund Gesellschaft sowie der gesamten Öffentlichkeitzur Verfügung. Das Ziel der vier regionalenHelmholtz-Klimabüros ist es, Forschungsergebnissezum Klimawandel für bestimmte Regionenund Naturräume zu bündeln, verständlich aufzubereitenund zu vermitteln. Jedes Klimabürovertritt dabei die regionalen Aspekte der Klimaforschungbasierend auf der wissenschaftlichenExpertise des jeweiligen Helmholtz-Zentrums.Diese wichtige Kommunikation aus der Wissenschafthinein in die verschiedenen Segmenteunserer Gesellschaft befördert das Klimabüro fürPolargebiete und Meeresspiegelanstieg in denletzten Jahren mit verschiedenen Projekten. DreiBeispiele:Für das Forum Jugend des 32. Deutschen Kirchentagsin Bremen entwickelten die Schülerdreier Schulklassen des Schulzentrums Utbremenmit dem Klimabüro das Konzept eines Klimainformationszelts,das sie auch zusammen betreuten.Höhepunkt für die Schüler war eine Begegnungund Fragerunde mit Herrn Angaangaq, dem Ältestender Kalaallit, der zu den Inuit zählenden32 Klimaberatung

Abb 2: Prof. Dr. PeterLemke (Leiter FachbereichKlimawissenschaften amAWI) und Herr Angaangaqwährend einer Diskussionmit Jugendlichen auf derAußenbühne des ZentrumsJugend.Foto: Renate Treffeisen, AWIUreinwohner Grönlands (Abb. 2). Seine Familiegehört zu den traditionellen Heilern aus KalaallitNunaat, wie Grönland in der Sprache der Ureinwohnerheißt.Des Weiteren war das Klimabüro an der Erstellungder „Konzeptstudie Klimastadt Bremerhaven“beteiligt, die vom Magistrat der Stadt Bremerhavenin Auftrag gegeben worden war. Ziel derStudie war es, Alleinstellungsmerkmale Bremerhavensim Bereich der Klimakompetenzen herauszuarbeiten,anwendungsorientierte Potenzialefür Bremerhaven und die Region zu identifizierenund Empfehlungen für zusätzliche Maßnahmenund Entwicklungsschritte zu formulieren. DieMitwirkung an der Konzeptstudie ist ein Beispielfür die Einbindung des AWI in die lokalen undregionalen Klimaaktivitäten. Das Klimabüro wirdsich auch an den Folgeprojekten beteiligen.Ein letztes Beispiel: Im März 2010 veranstaltetedas Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstiegmit dem British Council Berlin einzweitägiges Seminar in Berlin. Eingeladen wurdenjugendliche Teilnehmer und Projektleiter verschiedenerProgramme, deren gemeinsamer Fokusauf „youth leadership“ in der Arktis liegt (Abb. 3).Ziel des Seminars war es, zu ermitteln, wie dieseProgramme die Erfordernisse von Ausbildung, Engagementund Kommunikation erfüllen. Begleitetwurde das Seminar von einer sich an die breiteÖffentlichkeit richtenden Abendveranstaltung inder Britischen Botschaft. In diesem Rahmen diskutiertenführende Persönlichkeiten aus den BereichenKlimaforschung, Wirtschaftswissenschaftund Sozialwissenschaft neue Erkenntnisse überKlimaveränderungen, sowie die Ergebnisse desWeltklimagipfels in Kopenhagen.Abb 3: Teilnehmer desWorkshops „Action for theArctic“ in BerlinFoto: British Council BerlinAbb 4: Prof. Dr. PeterLemke im Gespräch mitSchülern des SchulzentrumsUtbremen imKlimazelt.Foto: Renate Treffeisen, AWI33

Die stationären und mobilen Infrastrukturendes Alfred-Wegener-Instituts in Arktis und AntarktisFür die Erforschung der polaren Ozeane und der polarenterrestrischen Regionen hält das AWI eine leistungsfähige undauf die spezifischen Erfordernisse abgestimmte Infrastrukturvor. Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker sorgen für dieBetriebsbereitschaft dieser polaren Infrastruktur und koordiniereninter national die in jedem Jahr stattfindenden Expeditionen mitFlugzeugen und Schiffen.2FS ‚Polarstern‘Der Forschungseisbrecher ‚Polarstern’ ist auch im internationalenVergleich eine herausragende Forschungsplattformfür die eisbedeckten Polarmeere. ‚Polarstern’ bietet ausgezeichneteForschungsmöglichkeiten für etwa 50 Wissenschaftler,die von 45 Besatzungsmitgliedern unterstütztwerden. Labore und Forschungsgeräte sind für meteorologische,ozeanographische, chemische, biologische undgeowissenschaftliche Arbeiten ausgelegt und ermöglichenso einen multi-disziplinären Ansatz zur Untersuchungdes Klima- und Ökosystems in Atmo sphäre, Meereis undOzean.11‚Deutsch-Französische Arktis-Forschungsbasis(AWIPEV)‘Gemeinsame Forschungsstation des AWI und des französischenPolarinstituts Paul Emile Victor (IPEV) in NyÅlesundauf Spitzbergen. Eine der wichtigsten Aufgaben der wissenschaftlichenArbeit ist die Beobachtung der nordpolarenStratosphäre. Im Sommer finden Untersuchungen derMeeresbiologie statt. Seit Juni 2005 wird das neue KingsBay-Meeresforschungslabor genutzt. Es bietet in seinenLaboren vielfältige Möglichkeiten biologischer und chemischerUntersuchungen. Insbesondere Meeresbiologen und-ökologen sowie Ozeanographen, Meeresgeologen undEisphysiker arbeiten hier.2 ‚Samoylow-Forschungsstation‘Russisch-deutsche Forschungsstation an der südlichenKüste der Insel Samoylow inmitten des Lena-Deltas naheder Laptewsee. Sie wurde als logistische Forschungsbasisfür langfristige Gelände untersuchungen zur Ausbildungund Degeneration der Permafrostböden, zur Umsetzungund Emission von Treibhausgasen wie Methan undKohlenstoffdioxid, zur Hydrologie der sommerlichenAuftauschicht des Dauerfrostbodens sowie zur Bildung undEntwicklung des Lena-Deltas errichtet.34Infrastruktur

‚Polar 5‘Seit 2007 im Einsatz der Wissenschaft unterwegs. DieMaschine bietet unter anderem ein kombiniertes Ski- undRadfahrwerk für den Einsatz in eisbedeckten Gebietenin Arktis und Antarktis. Moderne Messgeräte stehen fürForschungsflüge im Bereich Geophysik, Glaziologie undAtmosphärenforschung zur Verfügung. Ab August 2011wird ein zweites Forschungsflugzeug, die ‚Polar 6’, diewissenschaftlichen und logistischen Einsätze des AWI inden Polarregionen stärken.4353 ‚Neumayer-Station III‘Im Jahr 2009 wurde die Antarktisstation in Betrieb genommen,ein kombiniertes Gebäude für Forschung, Betriebund Wohnen auf einer Plattform oberhalb der Schneeoberfläche.Die Station steht auf dem Ekström-Schelfeis derAtka-Bucht im nordöstlichen Weddell-Meer und wird dasganze Jahr über betrieben. Im antarktischen Winter lebenund arbeiten hier in der Regel neun Personen: ein Arzt,ein Meteorologe, ein Luftchemiker, zwei Geophysiker, einIngenieur, ein Elektriker, ein Funker/Elektroniker und einKoch. Die Überwinterer bleiben 14 bis 15 Monate. Überneun Monate sind sie nur über Funk mit der Außenweltverbunden.Topographische Daten:ETOPO2v2 Global Gridded2-minute Databasehttp://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html,rendered with:The Generic Mapping Toolshttp://gmt.soest.hawaii.edu(Graphic: C. Schäfer-Neth)4 ‚Dallmann-Labor‘Forschungsbasis an der argentinischen Station Jubany,King-George Island, Antarktis.5 ‚Kohnen-Station‘Im Jahr 2001 als logistische Basis für Eiskernbohrungen imDronning-Maud-Land errichtet.35

36Bremerhaven – Hauptsitz des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- undMeeresforschung (AWI) in der Helmholtz-GemeinschaftMit seiner innovativen Wissenschaft und exzellenten Forschungs infrastruktur hatsich das Institut zu einem der weltweit führenden und international anerkanntenZentrum für Klimaforschung in bei den Polarregionen und den Meeren entwickelt.Zentraler Forschungs schwerpunkt sind die eisigen Welten der Arktis und Antarktis.Außerdem führt das AWI wissenschaftliche Projekte in den ge mäßigten Breitendurch. Um die treibenden Kräfte und Pro zesse im Klimageschehen zu entschlüsseln,arbeiten Bio-, Geo- und Klima wissenschaften eng zusammen. Eine starke internationaleVernetzung und die breite wissenschaftliche Expertise zeichnen das AWIbesonders aus. Zum Forschungszentrum gehören die Forschungs stelle Potsdam, dieBiologische Anstalt Helgoland und die Wattenmeerstation Sylt.

Ansprechpartner im AWIFachbereich KlimawissenschaftenSeiteLeitung: Prof. Dr. Peter Lemke 4Beiträge aus den Sektionen des Fachbereichs Klimawissenschaften:Atmosphärische Zirkulationen / Prof. Dr. Klaus Dethloff 6Meteorologie der Polargebiete / PD Dr. Ulrike Wacker 8Meereisphysik / Prof. Dr. Rüdiger Gerdes 12Messende Ozeanographie / Dr. Eberhard Fahrbach 14Ozeandynamik / Dr. Jens Schröter 16Dynamik des Paläoklimas / Prof. Dr. Gerrit Lohmann 24Fachbereichsübergreifende Beiträge:Dr. Gert König-Langlo 10, 30Dr. Klaus Grosfeld 28Dr. Renate Treffeisen 32Fachbereich Geowissenschaften:Glaziologie / PD Dr. Olaf Eisen 18Periglazialforschung / Dr. Hugues Lantuit 20Marine Geologie und Paläontologie / Prof. Dr. Ralf Tiedemann 22Fachbereich Biowissenschaften:Polare Biologische Ozeanographie / Prof. Dr. Ulrich Bathmann 26ImpressumAlfred-Wegener-Institutfür Polar- und Meeresforschungin der Helmholtz-GemeinschaftAm Handelshafen 1227570 BremerhavenTelefon +49(0)471-48 31-0Telefax +49(0)471-48 31-1149E-Mail: info@awi.dewww.awi.deKlimabüro für Polargebiete undMeeresspiegelanstiegBussestr. 2427570 BremerhavenE-Mail: info@klimabuero-polarmeer.dewww.klimabuero-polarmeer.deRedaktion und Konzeption:Prof. Dr. Peter Lemke, Fachbereich KlimawissenschaftenDr. Renate Treffeisen, Klimabüro für Polargebiete und MeeresspiegelanstiegClaudia Pichler, Kommunikation und MedienMargarete Pauls, Kommunikation und Medien (verantwortlich)Copyright: 2010, Alfred-Wegener-InstitutFotonachweise:Renate Treffeisen (Umschlagfoto U1); Peter Lemke (Umschlag innen,S. 2, S. 34); Ude Cieluch (S. 10) Hans Oerter (S. 1; S. 3; 2x S. 16);Jaycelyna Bourgeois (S. 4); Armin Ganter (S. 5); Jürgen Graeser (S. 6, S. 30);Bernd Loose (S. 10); Stefan Hendricks; (S. 11, S. 34); Eberhard Fahrbach(2x S. 14); Martin Leonhardt (S. 18); Konstanze Piel (S. 20); Kim (S. 22);Hannes Grobe (S. 24); Philipp Assmy (S. 26); Corinna Dubischar (S. 27);Gert König-Langlo (S. 30); Sepp Kipfstuhl (S. 34); realnature.tv (S. 34);Wolfhard Scheer (S. 37)Gestaltung: Feilcke & Glinsmann, BremenDruck: BerlinDruck. Bremen37

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