Onderzoeksproject SD/CA/03B (Onderzoeksactie SD)
Context
De Zuidelijke Oceaan heeft een belangrijke impact op de biogeochemische kringloop van elementen zoals C, N, Si, P, Fe alsook op de klimaatregulering, vooral door zijn vermogen om het atmosferische broeikasgas CO2 op te nemen. Huidige biogeochemische oceaanmodellen, gericht op het inschatten van de rol der Zuidelijke Oceaan in de wereldwijde oceanische CO2 opslag, leveren sterk uiteenlopende resultaten. Deze grote verschillen tussen modelberekeningen zijn te wijten aan onvoldoende gekende fysische en biogeochemische processen. Meer accurate modelresultaten vereisen een beter inzicht in de interacties tussen oceaan en atmosfeer, de oceanische circulatie en de biogeochemische processen die zich voordoen in de oceaan.
Beschrijving van het project
Doelstellingen
De algemene doelstelling van het Belcanto III project betreft het uitvoeren van procesgerichte studies en de ontwikkeling van nieuwe proxies voor de opbouw en de validatie van een realistisch 3D ijs-oceaan biogeochemisch model van de Zuidelijke Oceaan zuidelijk van 30°Z. Via de synthese van bestaande en nieuwe gegevensbanken zal dit model tevens berusten op een juistere inschatting van de factoren die de interacties tussen de oceaan, de atmosfeer en de biogeochemische cycli sturen. Eens gevalideerd, zal het model toelaten: (1) de rol der Z.O. als bron of sink van atmosferisch CO2 juister in te schatten alsook van de impact van een verhoogd CO2 gehalte op de biogeochemische cycli; (2) een betere voorspelling door te voeren van de Zuidelijke Oceaan evolutie als gevolg van de CO2 toename, de toenemende verzuring en wijzigingen in oceaanstromingen.
Methodologie
Het onderzoeksconcept van Belcanto III berust op een interactie tussen procesgericht onderzoek onder gecontroleerde laboratoriumcondities, bepaling van essentiële biogeochemische parameters via een multi-proxy benadering tijdens terreinwerk in cruciale Zuidelijke Oceaan regio’s alsook via modelontwikkeling en -experimenten. Hierbij neemt het 3D NEMO-SWAMCO ijs-oceaan biogeochemisch model een centrale plaats in, door integratie van de kennis gewonnen uit de experimentele studies. Deze zijn:
(i) Processtudies gericht op de Fe-cyclus, specifiek op de interacties tussen organisch materiaal en bio-beschikbaar ijzer.
(ii) Terreinwerk gericht op de afbreekbaarheid van bezinkend organisch materiaal, waarbij particulair Ba en bacteriële activiteit in de mesopelagische zone worden bepaald als proxies van heterotroof zuurstofverbruik. Hierbij wordt eveneens gebruik gemaakt van een nieuw type sedimentval waarmee zinkende deeltjes bemonsterd worden volgens bezinkingssnelheid of grootte.
(iii) De ontwikkeling van nieuwe methodologieën voor de studie van de bio-beschikbaarheid van organisch gebonden ijzer; fytoplankton-specifieke biomerkers en hun isotopensamenstelling (13C); opname van silicaat door diatomeeën en oplossen van diatomeeënskeletten via isotoopdilutie (30Si).
(iv) Bioassays voor de bepaling van de invloed van toenemende temperatuur en verzuring op de ontwikkeling van micro-organismen en de parameterisatie van deze processen.
Daarnaast zal een databank opgesteld worden met nieuwe resultaten bekomen uit terreinonderzoek alsook aangevuld met resultaten van eerdere Belcanto projecten ten einde massabalansen op te stellen en het 3D NEMO-SWAMCO model te kalibreren en te valideren. Hierbij zal de aandacht specifiek gericht zijn op de capaciteit van het model om CO2 opname door de oceaan, exportproductie uit de oppervlaktelagen, bacteriële afbraak in de mesopelagische waterkolom, elementsamenstelling van het geëxporteerde en ontbindende organische materiaal en impact hiervan op de samenstelling van het omringende water correct te reconstrueren. Metingen van zee-lucht uitwisseling voor CO2, koolstofexportproductie, zoals bepaald via een multi-proxy benadering (i.e. 234Th-deficiet; 15N-Nieuwe productie; meso-Baxs, δ29Si) zullen gebruikt worden voor validering van het ge-upgrade SWAMCO model.
Band met internationale programma’s
De Belcanto III objectieven en resultaten zijn relevant voor volgende internationale programma’s
• SOLAS (Surface ocean lower atmosphere study) erkend door IGBP (international Geosphere-Biosphere programme); SCOR (Scientific Committee on Oceanic Research), WCRP (World Climate Research Programme) en CACGP (Commission on Atmospheric Chemistry and Global pollution)
• IMBER (Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research) erkend door IGBP en SCOR
• GCP (Global Carbon Project) erkend door IGBP, IHDP (International Human Dimensions Programme on Global Environmental Change), WCRP en Diversitas
• CLIVAR (Climate Variability and Predictability), deel uitmakend van WCRP.
Het BELCANTO III project is bovendien zeer relevant voor het thema ‘Biogeochemie’ en het ‘Zuidelijke Oceaan’ systeem van het EU Network of Excellence EUR-OCEANS dat in het kader van het internationaal polair jaar (IPY) zelf gelinkt is aan ICED-IPY (Integrated Analysis of circumpolar Climate Interactions and Ecosystem Dynamics in the Southern Ocean en GEOTRACES-IPY (An International Study of the Marine Biogeochemical Cycles of Trace Elements and their Isotopes).
Verschillende Belcanto partners zijn bovendien betrokken bij het EU Integrated Project Carbocean.
Verwachte resultaten en/of producten
• Een beter inzicht in de Fe-cyclus in de Zuidelijke Oceaan
• Een beter inzicht in mesopelagische mineralisatie van organisch materiaal
• Een juistere inschatting van de rol van Fe in de opname van N en Si door het fytoplankton
• Een juistere inschatting van de koolstofexport naar de diepzee en de weging hiervan aan de atmosfeer-oceaan CO2 uitwisseling
• De karakterisering van biogene deeltjes geëxporteerd naar de diepzee en de bepaling van hun reactiviteit
• Modelsimulaties van biogeochemische cycli in de huidige Zuidelijke Oceaan en bepaling der mechanismen die de atmosfeer-oceaan uitwisseling regelen. Modelprognoses voor de CO2 opslagcapaciteit van de Zuidelijke Oceaan
• Bepaling van toekomstige klimaat en impact hiervan op de Zuidelijke Oceaan
Partners
Activiteiten
• VUB: Expertise in isotoopdilutiemethoden en modellen voor de bepaling van N, Si fluxen voortvloeiend uit fytoplanktonactiviteit; analyse van stabiele C en N isotopen en sporeëlementen; bepaling van 234Th activiteit.
• ULB: Expertise in de bepaling van de impact van Fe op fytoplankton en bacteriën; biogeochemische modellen.
• MRAC: Expertise in sporeëlement en stabiele Si isotopenratio analyse.
• UCL: Expertise in de modellisatie van oceaanstromingen en oceaan-ijs interacties.
• ULg: Expertise in de dynamiek van inorganisch koolstof en atmosfeer-oceaan CO2 fluxen.
Contact Informatie
Coördinator
Frank Dehairs
Vrije Universiteit Brussel (VUB)
Analytische en milieuchemie (ANCH)
Pleinlaan 2
B-1050 Brussel
Tel: +32 (0)2 629.32.60
Fax: +32 (0)2 629.32.63
fdehairs@vub.ac.be
http://www.vub.ac.be/ANCH/
Promotoren
Christiane Lancelot
Université Libre de Bruxelles (ULB)
Ecologie des Systèmes Aquatiques
CP 221, Bd. de la Plaine
B-1050 Bruxelles
Tel: +32 (0)2 650.59.88
Fax: +32 (0)2 650.59.93
lancelot@ulb.ac.be
Luc André
Musée Royale d’Afrique Centrale (MRAC)
Dpt. Géologie & Minéralogie
Section Minéralogie & Pétrographie
Leuvensesteenweg 13
B-3080 Tervuren
Tel: +32 (0)2 769.54.59
Fax: +32 (0)2 769.54.32
luc.andre@africamuseum.be
Hugues Goosse
Université Catholique de Louvain (UCL)
Institut d’Astronomie et de Géophysique Georges Lemaître (ASTR)
Chemin du Cyclotron, 2
B-1348 Louvain-la-Neuve
Tel: +32 (0)10 47.32.98
Fax: +32 (0)10 47.47.22
hgs@astr.ucl.ac.be
Alberto Borges
Université de Liège (ULg)
Département d'Astrophysique, Géophysique et Océanographie
Unité d'Océanogaphie Chimique
Allée du 6 Août, 17
B-4000 Liège
Tel: +32 (0)4 366.31.87
Fax: +32 (0)4 366.23.55
Alberto.Borges@ulg.ac.be
Opvolgingscomité
E. Murphy - British Antarctic Survey, Cambridge, UK
H. de Baar - Senior scientist at Royal NIOZ, Texel, The Netherlands
J.-L. Tison - Glaciologist, Professor at Université Libre de Bruxelles, Belgium
A. Wilmotte - Senior scientist, at Université de Liège, Belgium
T. Trull - Associate Professor, CSIRO and ACE-CRC, Hobart, Tasmania, Australia
N. Metzl - Senior scientist, Laboratoire de Biogéochimie et Chimie Marines (LBCM), Université Pierre & Marie Curie, Paris, France
C. Jeandel - Reseach Director, LEGOS-Observatoire Midi Pyrénées, Toulouse, France
Integrated Study of Southern Ocean Biogeochemistry & Climate Interactions in the Anthropocene "BELCANTO III" : final report
Dehairs, Frank - Lancelot, Christiane - André, Luc ... et al Brussels : Federal Science Policy, 2011 (SP2434)
[Om te downloaden]
[Om te bestellen]
