Projekte

Globale Klimamodelle (Abk. GCMs) sind unsere wichtigsten wissenschaftlichen Werkzeuge, um das Klima der Zukunft einzuschätzen. Zudem liefern sie Daten-Input für regionale Atmosphärenmodelle, die uns die Berechnungen erlauben, wie sich der globale Klimawandel in bestimmten Regionen und Orten äußern wird (der sog. Klima-Impakt). Aufgrund dieser Bedeutung müssen GCMs so gut wie möglich mit Beobachtungen des vergangenen Klimas evaluiert werden, wobei ein Fokus auf der sog. "historischen Periode" von 1850 bis zur Gegenwart liegt. Die Evaluierung ist jedoch für den Zeitraum vor 1950 schwierig wegen einer deutlich reduzierten Beobachtungsqualität. Für die Südliche Hemisphäre ist das skizzierte Problem besonders groß, da sie im Vergleich zur Nördlichen Hemisphäre schwächer untersucht ist. --- Das hiesige Projekt setzt einen aufstrebenden Klima-Indikator ein, krustenbildende coralline Algen (KCA), um die Beobachtungszeitreihe des Klimas in Neuseeland bis 1850 zurück zu verlängern - mit dem Ziel der Verwendung dieses neuen Datensatzes für die Evaluierung von GCMs und Verbesserung regionaler Klimamodellierung. KCA haben
im Vergleich zu anderen Klima-Indikatoren mehrere Vorteile, z.B. ihre weltweite Verbreitung, zeitlich hoch aufgelöste Information und relativ leichte Bergung. Der erste Projektteil sieht die Sammlung von KCA vor der Küste Neuseelands vor sowie die Analyse der gespeicherten geochemischen Signale, mit denen wir die Ozeantemperatur bis in das 19. Jahrhundert zurückverfolgen können (das großräumige Klimasignal). Zweitens wird die neue Information in ein Schema der GCM-Evaluierung einfließen, das die Fähigkeit der verschiedenen globalen Modelle zeigt, das großräumige Klima Neuseelands abzubilden. Der dritte Teil widmet sich schließlich numerischen Simulationen mit einem regionalen Atmosphärenmodell, um den Wert der Einbeziehung des KCA-basierten Kriteriums für die regionale Klimamodellierung festzustellen. Der Fokus hier liegt auf dem Hochgebirgsklima und den Gletschern in den Südlichen Alpen (das Impakt-Signal). Die regionale Modellierung wird zudem enthüllen, welche physikalischen Prozesse das Potenzial von KCA als Klima-Indikator beeinflussen. --- Das Projekt bündelt die Expertise von drei Schwerpunkten (Paläoklimatologie, Klima der Südlichen Hemisphäre und Klimamodellierung) im Rahmen einer Forschungspartnerschaft, die die Ziele des Projekts maßgeblich stützt. Die Impulse der potenziellen Resultate werden aber deutlich über die Fallstudie hinausreichen. Sie werden zeigen, wie man die zwei verschiedenen Welten der Klimamodellierung und der Klima-Indikatoren in einem systematischen Schema kombiniert, inklusive der Rolle von KCA, zugunsten von Fortschritten in der regionalen Klimamodellierung und Feststellung von Klimafolgen auf regionaler und lokaler Ebene. Diese Aussichten besitzen einen generischen Wert für die aktuelle Klimaforschung.

Globale Klimamodelle (Abk. GCMs) sind unsere wichtigsten wissenschaftlichen Werkzeuge, um das Klima der Zukunft einzuschätzen. Zudem liefern sie Daten-Input für regionale Atmosphärenmodelle, die uns die Berechnungen erlauben, wie sich der globale Klimawandel in bestimmten Regionen und Orten äußern wird (der sog. Klima-Impakt). Aufgrund dieser Bedeutung müssen GCMs so gut wie möglich mit Beobachtungen des vergangenen Klimas evaluiert werden, wobei ein Fokus auf der sog. "historischen Periode" von 1850 bis zur Gegenwart liegt. Die Evaluierung ist jedoch für den Zeitraum vor 1950 schwierig wegen einer deutlich reduzierten Beobachtungsqualität. Für die Südliche Hemisphäre ist das skizzierte Problem besonders groß, da sie im Vergleich zur Nördlichen Hemisphäre schwächer untersucht ist. --- Das hiesige Projekt setzt einen aufstrebenden Klima-Indikator ein, krustenbildende coralline Algen (KCA), um die Beobachtungszeitreihe des Klimas in Neuseeland bis 1850 zurück zu verlängern - mit dem Ziel der Verwendung dieses neuen Datensatzes für die Evaluierung von GCMs und Verbesserung regionaler Klimamodellierung. KCA haben
im Vergleich zu anderen Klima-Indikatoren mehrere Vorteile, z.B. ihre weltweite Verbreitung, zeitlich hoch aufgelöste Information und relativ leichte Bergung. Der erste Projektteil sieht die Sammlung von KCA vor der Küste Neuseelands vor sowie die Analyse der gespeicherten geochemischen Signale, mit denen wir die Ozeantemperatur bis in das 19. Jahrhundert zurückverfolgen können (das großräumige Klimasignal). Zweitens wird die neue Information in ein Schema der GCM-Evaluierung einfließen, das die Fähigkeit der verschiedenen globalen Modelle zeigt, das großräumige Klima Neuseelands abzubilden. Der dritte Teil widmet sich schließlich numerischen Simulationen mit einem regionalen Atmosphärenmodell, um den Wert der Einbeziehung des KCA-basierten Kriteriums für die regionale Klimamodellierung festzustellen. Der Fokus hier liegt auf dem Hochgebirgsklima und den Gletschern in den Südlichen Alpen (das Impakt-Signal). Die regionale Modellierung wird zudem enthüllen, welche physikalischen Prozesse das Potenzial von KCA als Klima-Indikator beeinflussen. --- Das Projekt bündelt die Expertise von drei Schwerpunkten (Paläoklimatologie, Klima der Südlichen Hemisphäre und Klimamodellierung) im Rahmen einer Forschungspartnerschaft, die die Ziele des Projekts maßgeblich stützt. Die Impulse der potenziellen Resultate werden aber deutlich über die Fallstudie hinausreichen. Sie werden zeigen, wie man die zwei verschiedenen Welten der Klimamodellierung und der Klima-Indikatoren in einem systematischen Schema kombiniert, inklusive der Rolle von KCA, zugunsten von Fortschritten in der regionalen Klimamodellierung und Feststellung von Klimafolgen auf regionaler und lokaler Ebene. Diese Aussichten besitzen einen generischen Wert für die aktuelle Klimaforschung.

Das TERSANE-Projekt ist darauf ausgerichtet, dieAuswirkungen von Klimawandel in der Erdgeschichte auf Organismen und Ökosystemezu untersuchen und Zusammenhänge zwischen diesen aufzudecken. Ziel desProjektes ist es, dieses Wissen auf den anthropogenen Klimawandel anzuwenden. Unsereübergreifende Hypothese ist, dass Klimawandel-induzierte Stressoren (KIS) inder Vergangenheit mehrfach biologische Krisen für marine Organismen ausgelöst habenund diese auch Ursache für zukünftige ökologische Krisen sein werden. Während inder ersten Phase des TERSANE-Projekts viele wichtige Erkenntnisse gewonnen werdenkonnten, erfordern neue Fragen und Methoden eine Fortführung des Projekts(TERSANE 2.0).

Eigene Vorarbeiten und Fortschritte andererArbeitsgruppen erfordern die Fokussierung auf  folgende Themen: Räumliche Verbreitungsmuster, biogeochemische Kreisläufe, Verständnisvon zugrundeliegenden Mechanismen und Modellierungen.

TERSANE 2.0 wird aus neun Projekten bestehen, die auf den folgenden drei Säulenbasieren:

(1)   Identifizierung der KIS an der Perm-TriasGrenze

(2)   Räumliche Verbreitungsmuster derAuswirkungen von KIS

(3)    Überbrückungvon räumlichen und zeitlichen Skalen

Säule 1 soll auf der Basis von geochemischen Indikatoren und Modellierungenvon Erdkreisläufen die exakten Umweltveränderung im Zuge des größten hyperthermalenEreignissen und Massenaussterbens des Phanerozoikums aufdecken.  Die einzelnen Projekte umfassen Nähr- undKohlenstoffkreisläufe, kontinentale Erosionsprozesse und die Intensität vonProzessen, die anoxische Ereignisse auslösen. Temperatur, CO₂, sowiepH wurden bereits in Phase 1 des Projektes behandelt.

Säule 2 untersucht die räumlichen Verbreitungsmuster der KIS auf der Basisvon Zeitreihen. Um den Einfluss der KIS aufzudecken, werden paläobiologischeMethoden und Modelle angewandt. Das Hauptaugenmerk der Projekte liegt auf Temperaturschwankungenund deren Einfluss auf Verbreitungsmuster und Aussterben mariner Arten. Inenger Zusammenarbeit mit Säule 1 wird auch auf biotische Muster an derPerm-Trias Grenze fokussiert.

Säule 3 soll die Auswirkungen von KIS auf mehreren Raum-Zeit Skalen untersuchen.Wir vermuten, dass physiologische Daten den mechanistischen Schlüssel zurAuswirkung von KIS auf mehreren Zeitskalen liefern. Entsprechend werden indieser Säule physiologische Experimente, Körpergrößendynamiken und das Zusammenspiel von Lebewesen undÖkosystemen untersucht. Die drei Projekte dieser Kerngruppe werden in engerZusammenarbeit mit den anderen Kerngruppen durchgeführt.

Größenreduzierungen in aufeinanderfolgenden Fossil-Vergesellschaftungen im Rahmen von Aussterbeereignissen sind Diversitätsmuster, die in einer Vielzahl von zeitlichen und räumlichen Maßstäben sichtbar werden. Die verantwortlichen Umweltfaktoren und -mechanismen werden nach wie vor intensiv diskutiert. In verschiedenen Fällen liegen Größenveränderungen vor dem Hauptimpuls des Events vor; dies könnte eine frühe Umweltstörung anzeigen. Das hier vorgestellte Projekt zielt darauf ab, Größenänderungen in stratigraphischen Sequenzsystemen zu modellieren, um die lokalen und globalen Einflüsse der Paläoumwelt auf diese Muster zu erkennen. Dieser Ansatz konzentriert sich auf den Vergleich von Mollusken und Brachiopoden aus Perm/Trias- Grenzprofilen im Iran und verschiedenen europäischen Pliensbach/Toarc-Profilen; es werden Muster innerhalb von Faziesräumen und zwischen verschiedenen Faziesräumen untersucht. Damit wird ein breites Spektrum von Zusammenhängen von Paläoumwelt und Erhaltung und Biodiversität vor und während der Aussterbe-Ereignisse abgedeckt. Dieser Ansätze ist notwendig, um den relativen Beitrag klimabedingter Stressfaktoren und die Verfügbarkeit von Nährstoffen in den Diversitätsmustern quantitativ zu studieren, wenn potenzielle Sammlungs- und Stratigraphie-Einflüsse herausgefiltert werden. Im letzten Teil des Projekts werden unsere neu gesammelten Daten mit neu eingepflegten großen Datensätzen mit geeigneten Fazies, stratigraphischen und geochemischen Abfolgen verglichen, um deren relativen Beitrag in der ersten umfassenden Metaanalyse zu diesen Aspekten der Miniaturisierung ("Lilliput-Effekt") zu entflechten. Diese Datensätze werden auch verwendet, um den relativen Beitrag der Größenreduzierung innerhalb der Arten, des selektionsbedingten Aussterbens / der Einwanderung und der Entstehung / Einwanderung von Arten bei Umweltveränderungen während kleiner biologischer Krisen oder das Massenaussterben bei Hyperthermie zu erklären.

Weltweit sind marine Lebewesen durch den derzeitigen Klimawandel bedroht, wobei nicht nur lokale, sondern auch weltweite Aussterbeereignisse als wahrscheinlich gelten. Wie Studien vermutenlassen, reagieren Arten auf die Erderwärmung durch eine Neuordnung ihrer Verbreitungsmuster. Hierbei folgen marine Lebewesen den Isothermen ihrer jeweiligen Temperaturnische, wodurch besonders Arten in äquatorialenRegionen akut vom regionalen Aussterben bedroht sind. Allerdings sind geographische Vorhersagemodelle für Aussterbeereignisse zurzeit nicht vorhanden, obwohl es unser Wissen über vergangene Massenaussterben erlaubenwürde, diese zu modellieren. Um Massenaussterben in der Erdgeschichte zu erklären, werden für gewöhnlich räumliche Verbreitungsmuster der Aussterbeereignisse von Arten herangezogen. Der Zusammenhangzwischen diesen Ereignissen und Erderwärmung wird allerdings nur vermutet oder durch hypothetische Gedankenspiele hergestellt. Bedeutend besser geeignet wären aber Modelle, die die Oberflächengestalt der Erde,stochastische Prozesse und die Artenvielfalt mit einbeziehen.

Projekt SPex soll genau hier ansetzen, indem Aussterbeereignisse simuliert werden. Die zugrundeliegende Hypothese hierfür lautet, dass übermäßige Klimaerwärmungzu ausgeprägten räumlichen Verbreitungsmustern von Aussterbeereignissen führt, wobei insbesondere die äquatorialen Regionen betroffen sind. Um diese und weitere Hypothesen zu testen, werde ich ein leistungsfähigesModell auf der Basis von zellulären Automaten entwickeln, um Verbreitungsmuster von Arten zu berechnen. Die Reaktionen von Lebewesen auf die Erwärmung werden hierbei dem Grundsatz ,,vom Einfachen zum Komplexen“folgend simuliert: Zuerst werden ausschließlich vorbestimmte, theoretische Vorgaben verwendet, um diese dann im Folgenden mit echten Daten aus klimabedingten Massenaussterben aus der Erdgeschichte zu ersetzen.

Die zellulären Automaten erlauben es hierbei vorgegebene Temperaturnischen zur Begrenzung von Artenverbreitungen zu verwenden. Andere Einflussvariablen werden als Zufallsprozesse modelliert,die die räumlichen Verbreitungsgebiete von Tausenden von virtuellen Arten begrenzen oder vergrößern. Um das Modell mit entsprechenden Daten füttern zu können, werden sowohl moderne und fossile biotischeDaten als auch plattentektonische Rekonstruktionen und Zirkulationsmodelle verwendet. Abiotische Daten, im Gegenzug, werden mit eingebunden um extreme Erwärmungsphasen zu rekonstruieren, wie es sie mehrmals in der Erdgeschichtegab.

Verbreitungen von zukünftigen Aussterbeereignissen werden berechnet, indem modellierte abiotische Parameter für über RCP8.5 hinausgehende, vereinfachte Szenarien verwendetwerden. Diesen simulierten Verbreitungsmuster werden dann fossile Verbreitungsmuster für tatsächliche Aussterbe- und Invasionsevents gegenübergestellt. Dementsprechend zielt das Projekt darauf ab, vergangeneMassenaussterben mit zukünftigen Umweltentwicklungen zu verknüpfen.

 

Coral reefs are perhaps the most threatened marine ecosystems from current climate-related stressors (CRS). The modern reef crisis manifests itself in an increased frequency of mass-bleaching, reduced calcification rates of corals, and elevated coral mortalities. Although extinction risk is also high among reef-building corals, reef decline is driven by reduced net calcium carbonate production of existing species, rather than extirpation or extinction. Nevertheless, extinctions are a major concern, because these are irreversible and thus preventing the recovery of reefs from CRS-driven crises.Using the Paleobiology Database and the Erlangen PaleoReefs Database together with a new fossil trait database on extinct reef builders, this project aims to reveal the interplay of individualistic evolutionary fate and whole ecosystem changes in reefs over time. Specifically, we test three main hypotheses: (1) Reefs are more sensitive to CRS than reef building species. A global reef crisis can occur without mass extinction, simply because the net calcium carbonate production is reduced. An important implication of this hypothesis is that reef crisis may be an early warning sign of a forthcoming biodiversity crisis. (2) Both the reef-building capacity and the extinction risk of reef building taxa can be predicted from their traits. Although not all potentially relevant life-history traits can be derived from fossils (e.g., nature of photosymbionts), preservable traits such as growth morphology and habitat breadth have been shown to be correlated with coral extinction risk and reef growth today. (3) Mesophotic and mid-latitude environments are suitable environments for reefal refugia and recovery after climate induced crises.Hypothesis testing will be performed in a multivariate statistical framework and machine learning focussing on preserved reefal volume and extinction as dependent variables. Independent variables such as magnitude and duration of warming, anoxia and acidification will be taken from published sources and accompanying TERSANE projects. Tests will be conducted at the level of specific time slices (end-Permian, end-Triassic, early Jurassic) as well as in a time-series context. To be feasible and relevant to TERSANE’s goals, CoralTrace will focus on Permian to Neogene reef systems.

Coral reefs are perhaps the most threatenedmarine ecosystems from current climate-related stressors (CRS). The modern reefcrisis manifests itself in an increased frequency of mass-bleaching, reducedcalcification rates of corals, and elevated coral mortalities. Althoughextinction risk is also high among reef-building corals, reef decline is drivenby reduced net calcium carbonate production of existing species, rather than extirpationor extinction. Nevertheless, extinctions are a major concern, because these areirreversible and thus preventing the recovery of reefs from CRS-driven crises.

Using the Paleobiology Database and theErlangen PaleoReefs Database together with a new fossil trait database onextinct reef builders, this project aims to reveal the interplay ofindividualistic evolutionary fate and whole ecosystem changes in reefs overtime. Specifically, we test three main hypotheses: (1) Reefs are more sensitiveto CRS than reef building species. A global reef crisis can occur without massextinction, simply because the net calcium carbonate production is reduced. Animportant implication of this hypothesis is that reef crisis may be an earlywarning sign of a forthcoming biodiversity crisis. (2) Both the reef-buildingcapacity and the extinction risk of reef building taxa can be predicted fromtheir traits. Although not all potentially relevant life-history traits can bederived from fossils (e.g., nature of photosymbionts), preservable traits suchas growth morphology and habitat breadth have been shown to be correlated withcoral extinction risk and reef growth today. (3) Mesophotic and mid-latitudeenvironments are suitable environments for reefal refugia and recovery afterclimate induced crises.

Hypothesistesting will be performed in a multivariate statistical framework and machinelearning focussing on preserved reefal volume and extinction as dependentvariables. Independent variables such as magnitude and duration of warming,anoxia and acidification will be taken from published sources and accompanyingTERSANE projects. Tests will be conducted at the level of specific time slices(end-Permian, end-Triassic, early Jurassic) as well as in a time-seriescontext. To be feasibleand relevant to TERSANE’s goals, CoralTrace will focus on Permian to Neogenereef systems.

Sowohl in rezenten auch als in fossilen Ökosystemen ist es eine große Herausforderung die geographische Struktur von Biodiversität zu charakterisieren und zu verstehen.Derzeit werden sehr unterschiedliche Ansätze verwendet um biogeographische Einheiten zu definieren, die in extrem verschiedenen Mustern resultieren. Ich beantrage ein zweijähriges Projekt, in dem ich versuche biogeographischeEinheiten mit Hilfe von quantitativen Methoden an organismischen Nachweisdaten im marinen Bereich objektiv festzulegen. Die so definierten Einheiten werden es erstmals erlauben, die Beta-Diversität zwischen den Einheiten über längere Zeiträume zu erfassen und damit ein Maß für die Entwicklung des Provinzialismus über die Zeit zu erhalten. Damit können wichtige makroevolutionäre Hypothesen getestet werden,wie zum Beispiel: der marine Provinzialismus war maßbeglich durch die die Kontinentalkonfiguration determiniert, oder, die Beta-Diversität war im Gefolge von Massenaussterben stark herabgesetzt. Das Projekt zieltauf die Entwicklung von Methoden ab, die mit simulierten Daten rigoros getestet werden. Vier aufeinander aufbauende Projektphasen sind geplant. Die Untersuchungen beginnen mit der Analyse von biogeographischen Mustern imheutigen Ozean, gefolgt von gut beprobten fossilen Zeitscheiben. Anschließend werden über die Zeit verfolgbare biogeographische Einheiten erfasst, mit denen die biogeogeographische Struktur mariner Ökosystemereproduzierbar partitioniert werden können.

Vor dem Auftreten von kiefertragenden Fischen waren Conodonten die häufigsten und diversesten Räuber der frühpaläozoischen Ozeane. Ihre phosphatischen Zähne sind zahlreich in oberkambrischen bis triassischen marinen Gesteinen vorhanden. Aufgrund ihrer außerordentlich schnellen morphologischen Evolution haben sich Conodonten als wichtiges Instrument der Biostratigraphie etabliert. Jedoch bleibt die Nahrungsökologie unbekannt, die zu dieser schnellen Diversifizierung von nahrungsverarbeitenden Strukturen führte.Die Kernfrage dieses Projekts ist: Inwiefern lässt sich von der Morphologie von Conodonten auf deren trophische Position, Ernährungsweise und Umweltbedingungen schließen? Dieses Projekt wird quantitative Proxies für die Untersuchung von Conodonten-Zähnen entwickeln und Modelle für ihre Variabilität in Abhängigkeit von der abiotischen Umwelt (Lithofazies) und biotischen Interaktionen (Struktur der Lebensgemeinschaft) liefern. Zahngröße wird als Proxy für die Körpergröße der Beute quantifiziert und die Dicke des biomineralisierten Gewebes als Indikator für Durophagie verwendet. Diese Parameter werden anhand gut dokumentierter Umweltgradienten in der mittelsilurischen Karbonatplattform in Gotland, Schweden, untersucht. Das Projekt ermöglicht die Unterscheidung zwischen ökophänotypischer Variabilität und mikroevolutionären Mustern. Durch das Testen ökologischer Modelle, abgeleitet von anderen Faunengruppen, werden die wichtigsten Steuerelemente dieser Variabilität identifiziert, z.B. die Beziehung zwischen der Verteilung der Körpergröße in einer Gemeinschaft und die Länge der trophischen Kette. Durch Anwendung geochemischer Proxies für die trophische Ebene einzelner Organismen werden diese Modelle unabhängig getestet. Dieses Projekt wird den Rahmen bilden, in dem die morphologische Diversität von Conodonten über geologische Abfolgen interpretiert werden und in ökophänotypische Variabilität und evolutionäre Muster eingeteilt werden kann.

Die Reduzierung der Körpergröße innerhalb von Taxa wird als eine der wichtigsten Antworten in Hinblick auf klimaabhängigen Stressfaktoren gesehen. Trotz der üblichen Deutungen bei ähnlichen Größenveränderungen im Umfeld verschiedener Massenaussterbeereignisse werden ihre globale Bedeutung ebenso wie ihre damit verbunden Mechanismen diese Lilliput-Effekts nach wie vor kontrovers diskutiert. Das Projekt hat zum Ziel, die Rolle der Erwärmung und damit verbundener Stressfaktoren (Anoxia) in Hinblick auf Größenänderungen von marinen Organismen während der unterjurassischen Faunenkrise im Toarcium zu verstehen. Wir betrachten Cephalopoden aus W-Europa und NW-Afrika entlang eines N/S-Gradienten, um Größenverteilungsmuster von einzelnen Taxa bis zu Vergesellschaftungen zu untersuchen. Die erhaltenen Muster werden in Hinblick auf Fazies, physiko-chemische Proxies und physiologische Vorhersagen gründlich analysiert, um die Korrelation von Körpergröße und Umweltparametern, wie Temperatur, Sauerstoffverfügbarkeit und Produktion/Einlagerung von organischem Kohlenstoff zu testen

Combined with local and regional anthropogenic factors, current human-induced climate warming is thought to be a major threat to biodiversity. The ecological imprint of climate change is already visible on land and in the oceans. The imprint is largely manifested in demographic/abundance changes and phenological and distribution shifts, whereas only local extinctions are yet attributable to climate change with some confidence. This is expected to change in the near future owing to direct heat stress, shortage of food, mismatches in the timing of seasonal activities, geographic barriers to migration, and new biological interactions. Additional stressors are associated with climate warming in marine systems, namely acidification and deoxygenation. Ocean acidification is caused by the ocean's absorption of CO2 and deoxygenation is a result of warmer water, increased ocean stratification and upwelling of hypoxic waters. The combination of warming, acidification and deoxygenation is known as the "deadly trio". Temperature is the most pervasive environmental factor shaping the functional characteristics and limits to life and is also central to the generation and biological effects of hypoxic waters and to modulating the effects of ocean acidification, with and without concomitant hypoxia. Due to the key role of temperature in the interaction of the three drivers we termed these temperature-related stressors (TRS).

Die Kenntnis der physiologischen Toleranzgrenzen rezenter Arten ist eine Grundvoraussetzung für die Interpretation der Reaktion fossiler Organismen auf temperaturbedingte Stressfaktoren. Umgekehrt kann die Vorhersage der biologischen Konsequenzen des aktuellen Klimawandels von der Kenntnis fossiler Muster der Erdgeschichte profitieren. Eingebettet in die Forschergruppe TERSANE schlagen wir ein Projekt vor, das explizit neontologische und paläontologische Ansätze kombiniert und die Konsequenzen von Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffarmut auf marines Leben zu beurteilen. Unser Projekt fokussiert auf die Kompilation und Analyse von großen Datensätzen und hat drei wesentliche Komponenten: (1) Eine Meta-Analyse von (a) heutigen Organismen wird experimentelle und Beobachtungsdaten zur Reaktionen und Toleranzgrenzen von marinen Organismen auswerten und die Empfindlichkeit höherer, fossil überlieferter Taxa in Bezug auf Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffknappheit in ihrer Synergie zu quantifizieren, während (b) eine Meta-Analyse fossiler Daten auf die Beurteilung des Liliput-Effekts abzielt, der plakativ die Verkleinerung von Körpergrößen im Gefolge von Massenaussterben umschreibt und manchmal auf temperaturbedingte Stressfaktoren zurückgeführt wird. (2) Die Analyse von Primärdaten aus dem Fossilbericht dient der Evaluation der physiologischen und biogeographischen Selektivität der end-Permischen und unterjurassischen Aussterbeereignisse um zu testen, ob die physiologischen Prinzipien, die aus heutigen Beobachtungen abgeleitet wurden, skalenunabhängig auch auf Aussterberisiken bei extremem Klimawandel angewandt werden können. (3) Die Beurteilung fossiler Raten von Umweltveränderungen ist wichtig, um zu testen, ob die damaligen Raten tatsächlich viel geringer waren als zum Beispiel in den letzten 50 Jahren gemessen wurde. Alternativ sind die geringeren Raten aus der geologischen Überlieferung nur eine statistisches Artefakt aus den verschiedenen Beobachtungszeitskalen. Eine skalenbereinigte Ratenanalyse wird helfen, die Daten aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit besser für die heutige Ökologie des globalen Wandels verwertbar zu machen. Diese drei Komponenten werden schließlich integriert um die Gemeinsamkeit der Muster und öko-physiologischen Selektivität von Artensterben zu beurteilen, wie sie sich heute und im Fossilbericht abzeichnen.

Das bayerische Molassebecken ist bislang das einzige Vorlandbecken weltweit aus dem erfolgreich geothermisch Strom und Wärme produziert wird. Die Machbarkeit der geothermischen Energiegewinnung aus niederen Temperaturen von etwa 150°C ist damit bewiesen und die Geothermie hat damit das Potenzial, einen wesentlichen Anteil des Energiebedarfs in Bayern regenerativ abzudecken.
Die Erfahrungen aus den bisherigen installierten oder in der Entwicklung befindlichen Geothermiefeldern zeigen aber auch, dass wesentliche Fragen in der geothermischen Technologienentwicklung bislang nicht geklärt werden konnten. So sind für die Planung und Durchführung von Geothermie-Projekte hohe Investitionen notwendig, die insbesondere am Beginn des Projekts durch die Niederbringung der Bohrungen erforderlich sind. Ob und in welchem Maße ein Geothermie-Projekt wirtschaftlich erfolgreich ist hängt unmittelbar mit Risiken bei der geologischen Erschließung und deren Fündigkeit zusammen. So entstanden
in der Vergangenheit durch nicht erfolgreiche Bohrungen bzw. dem Verfehlen von wirtschaftlich
gesetzten Zielen bei Geothermie-Projekten Unsicherheiten für Investoren, Versicherer
und Betreiber. Eine optimierte Explorationsstrategie und ein verbessertes Verständnis der hydrogeologischen und thermischen Ausprägung des Reservoirs sollen das Bohr- und Fündigkeitsrisiken senken, die Planungssicherheit erhöhen und damit die Attraktivität der Geothermie für Investoren steigern. Die Kenntnis des langfristigen dynamischen Verhaltens des Reservoirs bezüglich der nutzbaren Volumenströme und thermischen Entwicklung bietet zudem eine höhere Sicherheit für die Planung der Wirtschaftlichkeit geothermischer Anlagen und Optimierungsmöglichkeiten ihrer Betriebsweise.

Eine systematische wissenschaftliche Begleitung von Geothermieprojekten und die daraus zu gewinnenden Rückschlüsse auf das Reservoir und deren Fündigkeit bis hin zu einem Testfeld für
geothermische Technologienentwicklung, die von der Erkundung und Bohrung bis zur Reservoir-
Evaluierung und dem Reservoir-Engineering reicht, fehlen bislang. Das vorliegende Forschungsprojekt soll diese relevanten Fragestellungen aufgreifen und beantworten.Die übergeordneten Ziele des vorliegenden Projektes sind das Risiko für eine geothermische Fündigkeit im süddeutschen Molassebecken zu reduzieren und Unsicherheiten des Reservoir-Engineering und des geothermischen Langzeitbetriebs einzuschränken und somit den Betrieb zu optimieren.

Anthropogenic global warming is regarded as a major threat to species and ecosystems worldwide. Predicting the biological impacts of future warming is thus of critical importance. The geological record provides several examples of mass extinctions and global ecosystem pertubations in which temperature-related stresses are thought to have played a substantial role. These catastrophic natural events are potential analogues for the consequences of anthropogenic warming but the Earth system processes during these times are still unexplored, especially in terms of their ultimate trigger and the extinction mechanisms. The Research Unit TERSANE aims at assessing the relative importance of warming-related stresses in ancient mass extinctions and at evaluating how these stresses emerged under non-anthropogenic conditions. An interdisciplinary set of projects will combine high-resolution geological field studies with meta-analyses and sophisticated analysis of fossil occurrence data on ancient (suspect) hyperthermal events to reveal the rate and magnitude of warming, their potential causes, their impact on marine life, and the mechanisms which led to ecologic change and extinction. Geochemistry, analytical paleobiology and physiology comprise our main toolkit, supplemented by biostratigraphy, sedimentology, and modelling.

Die triassische Cassian Formation birgt eine außerordentlich diverse marine tropische Invertebratenfauna, die ein weitgehend unverzerrtes Bild der Diversität und Komplexität frühmesozoischer ökosysteme bietet. Die Fauna setzt sich aus etlichen Assoziationen von verschiedenen Lokalitäten mit unterschiedlichen Paläoumweltbedingungen zusammen, die bezüglich Diversität und Artenspektrum erheblich variieren. Die Erhaltung der Fossilien ist gewöhnlich sehr gut einschließlich Aragoniterhaltung und einer reichen Fauna kleinwüchsiger Arten. Basierend auf umfangreichen Proben, die auf standardisierte Weise entnommen und aufgeschlossen werden, wollen wir die Diversität dieser Proben möglichst vollständig erfassen. Neben der Diversität der einzelnen Proben (Alphadiversität) werden wir die Diversitäten zwischen den Proben ermitteln (Betadiversität). Somit erfassen wir Komplexität, taxonomische Struktur und Größenverteilungen der Organismen eines frühmesozoischen tropischen marinen ökosystems. Vergleiche mit Vergesellschaftungen aus rezenten und quartären tropischen Habitaten werden Schlussfolgerungen über den biologischen Wandel tropischer ökosysteme seit mehr als 200 Millionen Jahren ermöglichen. Vergleiche mit bereits existierenden Daten über fossile, diagenetisch stärker verzerrte (`normale´) marine Faunen ermöglichen eine Abschätzung, wie taphonomische Prozesse sich auf die überlieferte Diversität, Größenverteilung und ökologische Struktur auswirken. Viele der Invertebratengruppen, die in rezenten tropischen marinen ökosystemen hochdivers sind (z. B. heterodonte Muscheln und Neogastropoden) radiierten nicht vor der Kreide. Wir wollen prüfen, ob ähnlich diverse Gruppen bereits in der Trias existierten oder ob sich die Diversität gleichmäßiger auf höhere Taxa verteilte.

Paleo-biodiversity studies have become of increasing interest and numerous manuscripts have been published dealing with global diversity trends throughout the Phanerozoic. However, data used in these studies mostly derive from databases that may contain various biases and therefore distort statistical analysis. Moreover, Fossil Lagerstätten are commonly excluded although the quality of preservation and information is much better than in other deposits - fossil assemblages from Lagerstätten reflect the composition of former living communities to a much higher degree.The Phanerozoic is marked by two long-term cooling events. One of these is the Late Paleozoic Ice Age (LPIA) with its major onset in the middle to late Mississippian (Lower Carboniferous) and ending in the mid-Sakmarian (Permian). This project focuses on the paleo-biodiversity during the Upper Carboniferous (Pennsylvanian), i.e. during a large part of the LPIA. Instead of purely using information from databases three fossil Lagerstätten (here Lagerstätten is used in terms of exceptionally preserved fauna; e.g. original shell material, color patterns, delicate ornamentation, minute larval shells) are sampled. These localities were influenced by the glacio-eustatic regime during the LPIA and are, from the American Midcontinent, the Finis Shale (Virgilian) and the Buckhorn Asphalt Quarry (Desmoinesian) and, from the Appalachian Basin, the Kendrick Shale (Morrowan).One objective of this project is to study true biodiversities and ecological structures within deposits of exceptionally preserved fossils based on the fact that such deposits depict a more complete image of the original fossil assemblage than other localities. Stanley & Powell (2003) found that during the Pennsylvanian the rates of origination and extinction were depressed and that the global biodiversity remained relatively stable, whereas Alroy et al. (2008) found a general decrease in this period. Therefore, as the second objective, it will be tested if these previous results are visible in Lagerstätten from the Pennsylvanian as well: Do we also see depressed origination and extinction rates or decreasing biodiversity or are the results presented by Stanley & Powell (2003) and Alroy et al. (2008) caused by biases in their data, as for example by faunas of less quality of preservation? Furthermore, diversity dynamics will be studied by analyzing the Carboniferous-Permian faunal turnover. Which taxa control the diversities? The local marine paleo-temperatures within each profile will be investigated. Isotope-analyses will be carried out for the Finis Shale, the Buckhorn Asphalt Quarry, and the Kendrick Shale. Temperature and diversity will be cross correlated to shed light on the relation of temperature and biodiversity during the LPIA to answer the question 'How does the living environment react to global cooling?'.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die globale Diversitätsdynamik um die Ediacarium-Kambrium- Grenze zuverlässig zu dokumentieren und die Daten für rigoroses Testen von Hypothesen zu verwenden. Eigene Geländestudien in Kasachstan und Südchina werden durch Daten aus der Forschergruppe und publizierte Daten in der Paleobiology Database ergänzt, um einen möglichst repräsentativen Datensatz zu erhalten. Muster der Alpha-, Beta- und Gamma- Diversität werden untersucht, um die relative Rolle von Diversitätsänderungen innerhalb und zwischen Fossilgemeinschaften sowie die Bedeutung biogeographischer Muster zu verstehen. Diese Muster werden verwendet, um Hypothesen zur Ursache der kambrischen Radiation zu testen. Besonders der mögliche Zusammenhang zwischen evolutionärer Innovation auf der einen Seite und Lebensräumen auf der anderen Seite wird in dieser Hinsicht neue Erkenntnisse zur Rolle von Sauerstoff, Nährstoffen und Klimaveränderungen in der kambrischen Radiation liefern. Die Geländearbeit wird sich auf Riffstrukturen im untersten Kambrium und Makroinvertebraten konzentrieren, um Muster der Biomineralisation zu erfassen.

Our goal is to identify the underlying causes of evolutionary rates within scleractinian corals. Scleractinians have two fundamentally different ecologies: Those that retrieve a substantial proportion of their nutrition from symbiotic algae in their tissue (zooxanthellate corals) and those that entirely depend on zooplankton for feeding Proposal Kiessling 2 (azooxanthellate corals). We will be analyzing the evolutionary consequences of these different ecological modes and correlated traits such as coloniality and environmental affinity. While photosymbiosis is clearly beneficial at the organismic level, there is a trade-off in terms of evolutionary benefit because zooxanthellate reef corals seem to be more sensitive to environmental change and tended to be affected more strongly by extinction events than other corals. Evolutionary rates are measured by a novel combination of samplingstandardized biodiversity dynamics and molecular methods. The changes in diversification, speciation, and extinction patterns will be compared with global changes in the marine environment and evolutionary changes in ecology to learn more about the circumstances favoring the spread and demise of these different corals. Thereby, we expect to improve estimates of extinction risk of modern corals.