(English version below)

Expedition MSM58 wird die Oberflächen- und Tiefenwasserzirkulation am Nordrand des Nordatlantischen Subtropischen Wirbels zwischen 10 und 38° N für die letzten 25.000 Jahre untersuchen. In diesem Meeresgebiet werden heute bis zu 50 % des in den Tropen erwärmten Golfstroms im Uhrzeigersinn Richtung Afrika und wieder nach Süden gepumpt. Die andere Hälfte des warmen, salzreichen Wassers wird mit dem Nordatlantikstrom in den subpolaren Nordatlantik transportiert, wo es seine Wärme an die Atmosphäre abgibt, durch die Abkühlung an Dichte zunimmt, absinkt und dann als Tiefenwasserstrom wieder in den Südatlantik fließt. Dieses System von gegenläufigen Oberflächen- und Tiefenwasserströmungen wird von Klimaforschern oft AMOC genannt, als Abkürzung für Atlantic Meridional Overturning Circulation. Die AMOC unterliegt enormen Schwankungen. So gab es in der jüngeren Vergangenheit klimawirksame AMOC Schwankungen, die in Europa wahrscheinlich ein Auslöser für die Mittelalterliche Warmzeit im 11.-13. Jahrhundert und für die Kleine Eiszeit im 15.-17. Jahrhundert waren. In der letzten großen Eiszeit vor 25.000 Jahren war die AMOC stark reduziert und kam in Perioden starken Schmelzwassereintrags von den kontinentalen Eisschilden der Nordhalbkugel fast komplett zum Erliegen. Für diese Klimabedingungen zeigen erste Untersuchungen, dass sich die Position des Subtropische Wirbel veränderte und er als Speicher für das warme subtropische Wasser diente. Die Freisetzung des warmen Wassers und dessen Transport nach Norden in die Gebiete der Tiefenwasserbildung spielte eine wesentliche Rolle für das Wiedereinsetzen der AMOC.
Obwohl der Subtropische Wirbel wegen seiner Nährstoffarmut auch als ozeanische Wüste bezeichnet wird, und hat er aufgrund seiner Ausdehnung eine große Bedeutung für die großflächige Planktonproduktion im Nordatlantik und damit für die Aufnahme von CO2 aus der Atmosphäre in den Ozean. Der exakte Mechanismus zwischen Zunahme und Abnahme der AMOC, der Positionsverschiebung des Subtropenwirbels sowie die Veränderungen in den Nährstoffkreisläufen und deren Einfluss auf die globale CO2 Bilanz ist bislang noch nicht genau verstanden. Selbst modernste Klimamodelle zeigen immer noch große Unsicherheiten in der Vorhersage zu zukünftigen Veränderungen in der Ozeanzirkulation im Nordatlantik.

Auf der Forschungsfahrt 58 mit Maria S. Merian werden deshalb vom 10. September bis 7. Oktober 2016 auf einer Strecke von Reykjavik auf Island nach Ponta Delgada auf den Azoren neue Proben aus der Wassersäule und den Sedimenten am Meeresboden gewonnen und bearbeitet. Die neuen Proben werden zusätzliche Auskunft über die komplexen Wechselwirkungen zwischen Schmelzwassereintrag, Wärmespeicherung in den Subtropen und Veränderungen in der Tiefenwasserzirkulation, Nährstoffkreisläufen und Paläoproduktivität geben. Damit wird das Verständnis über die Funktion des subtropischen Nordatlantiks für die natürlichen Schwankungen im Klimasystem erweitert um Vorhersagen für den anthropogen verursachten Klimawandel zu verbessern.

Veränderungen des subtropischen Wirbels und den Tiefenwasserströmungen und damit verbundene Änderungen in den Wassermasseneigenschaften (z.B. Temperatur, Salz- und Nährstoffgehalt) können durch paläoozeanographische und sedimentologische Untersuchungen in einem dreidimensionalen Beprobungsraster für geologischen Zeitskalen rekonstruiert werden. Auf der Forschungsfahrt werden deshalb, ausgehend von einem Nord-Süd Profil entlang des Mittelatlantischen Rückens zwischen 41° und 32° N, vier quer verlaufende Tiefenprofile in das West- und Ostatlantische Becken beprobt. Der Fokus der Arbeiten zielt auf die Rekonstruktion der Variabilität der letzten 25.000 Jahre, da es in dieser Periode sowohl starke natürliche Erwärmungen und Eisschmelzen als auch kältere Klimaphasen gab. Um die hierfür besten Probenstationen in der Tiefsee zu lokalisieren wird der Meeresboden zunächst mit schiffsgeschützten Echoloten vermessen. Die Sedimentbeprobung findet danach an 25 Stationen in Wassertiefen zwischen 2.500 und 4.000 Metern statt. Für die Beprobung der Oberflächensedimente werden ein Multicorer und ein Großkastengreifer eingesetzt. Die Kernentnahme erfolgt mit einem Schwerelot.

MSM58 ist eine internationale Kooperation des Instituts für Geowissenschaften der Universität Kiel und dem meereswissenschaftlichen Schwerpunkt Kiel Marine Sciences (KMS) mit dem Max-Planck-Institut für Chemie (MPIC) in Mainz und der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) in Woods Hole, USA. Die Expedition, an der 20 Geowissenschaftler und Doktoranden beteiligt sind, wird von Dr. Janne Repschläger (KMS und MPIC) geleitet.

Eine Übersicht der teilnehmenden Wissenschaftler finden sie hier.

About MSM 58

The expedition MSM58 will study the surface and deep water circulation at the northern edge of the North Atlantic subtropical vortex between 10 and 38° N during the last 25,000 years. In this area of the ocean up to 50% of the Gulf Stream which is heated up in the tropics, is pumped clockwise towards Africa and again towards the South. The other half of the warm salty water is transported into the sub polar North Atlantic, where it releases its warmth into the atmosphere, increases in density through cooling, sinks again and then flows into the South Atlantic as a deep water current. This system of contra-rotating surface and deep water currents is often called AMOC, for Atlantic Meridional Overturning Circulation. The AMOC is subject to enormous fluctuations. In the recent past there have been climate-affecting AMOC fluctuations which were probably a trigger for the Medieval Warm Period in the 11th to the 13th centuries and for the Little Ice Age in the 15th to the 17th centuries. In the last big Ice Age 25,000 years ago, AMOC was sharply reduced and came close to a complete standstill during periods of strong melt water influx from the continental ice sheets of the northern hemisphere. For these climatic conditions preliminary studies show that the position of the subtropical vortexes changed and that they served as storage for the warm subtropical waters. The release of the warm water and its transport towards the North into the areas of deep water formation play a key role in the reinstatement of the AMOC.

Although the subtropical vortex is also called the oceanic desert due to its nutrient deficiency, due to its expansion it gained in importance for large-scale plankton production in the North Atlantic and thereby for the absorption of CO2 from the atmosphere into the ocean. The exact mechanism between the increase and decrease of the AMOC, the position shift of the subtropical vortex as well as the changes in the nutrient cycles and their influence on the global carbon footprint is not yet fully understood. Even the most modern climate models still show great uncertainties in the prediction of future changes in ocean circulation in the North Atlantic.

For this reason, during the research expedition 58 of the Maria S. Merian from September 10th to October 11th 2016 on the route from Reykjavik, Iceland to Ponta Delgada on the Azores, new samples will be taken from the water column and the sediments on the sea floor and processed. The new samples will provide additional information about the complex interactions between melt water influx and thermal energy storage in the subtropics and changes in deep water circulation, nutrient cycles and paleo productivity.  In this way the understanding of the function of the subtropical North Atlantic for natural fluctuations in the climate system will be expanded to improve predictions about human-induced climate change.

Changes in the subtropical vortex and deep water currents and related changes in the water mass characteristics (e.g. temperature, salt and nutritional value) can be reconstructed through paleo-oceanographic and sedimentological studies in a three-dimensional sample grid on geological time scales. Therefore, starting from a North-South profile along the Mid-Atlantic Ridge between 41° and 32° N four transverse depth profiles will be sampled in the Western and Eastern Atlantic Basin during the research expedition. The focus of the work will be the reconstruction of the variability of the last 25,000 years when there were strong natural warming and ice melting as well as colder climate phases. In order to locate the best sampling stations in the deep sea for this purpose, the sea floor will first be measured with a ship protected echo sounder. The sediment sampling will then take place at 25 stations at water depths between 2,500 and 4,000 meters. For the sampling of surface sediments a multi-corer and a box corer will be employed. The core removal will be carried out with a gravity corer.

MSM58 is an international cooperation of the Institute of Geosciences of Kiel University and the marine scientific focus Kiel Marine Sciences (KMS) with the Max Planck Institute for Chemistry (MPIC) in Mainz and the Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) in Woods Hole, USA. The expedition, in which 20 geoscientists and PhD candidates will be involved, is being led by Dr. Janne Repschläger (KMS and MPIC).