Die im Rahmen des Teilprojektes durchgeführte Erfassung und Modellierung von physikalischen und biogeochemischen Prozessabläufen in den Polynjen der sibirischen Schelfe sollen die Beschreibung von Änderungen der arktischen Umwelt in Folge von klimatischen Schwankungen ermöglichen. Die Grundlage für die geplanten Untersuchungen bildet ein methodischer Ansatz, der Felduntersuchungen wie elektromagnetische Eisdickenmessungen, die Erfassung ozeanographischer Prozesse im Laufe von zwei Jahren mit Hilfe von zwei Meeresobservatorien sowie hochauflösende Radarbilder und Modellsimulationen der Polynja umfasst und so Prozesse und Rückkopplungsmechanismen im System Atmosphäre-Eis-Ozean der Laptewsee detailliert beschreibt. Die spezifischen Ziele des Teilprojektes lassen sich in zwei Arbeitspaketen formulieren:
Während des Öffnens der Polynja im Winter wird die Atmosphäre erwärmt während durch den hohen Wärmeverlust des Meerwassers starke Neueisbildung einsetzt. Die Produktion von Eis in der Polynja verursacht wiederum eine ganze Kaskade von physikalischen Prozessen wie der Konvektion der Wassersäule durch austretende Salzlake und dem Einbau von Sedimentpartikeln in das Eis durch Wechselwirkungen zwischen Schwebstoffen und Eiskristallen. Die durch die Polynja geprägten Umweltbedingungen steuern wiederum den Stoff- und Energiehaushalt und somit die biologischen Abläufe in diesem extremen Lebensraum. Das Öffnen und Schließen der Polynjen gehört somit zu den wichtigsten systemsteuernden Prozessen in der Umwelt der Arktis.
Das Polynjasystem der Laptewsee beeinflusst auch die Verteilung der für die biologische Primärproduktion wichtigen Nährsalze wie Phosphat, Nitrit, Nitrat, Ammonium und Silikat. In flachen Schelfmeeren gemäßigter Breiten, wie der Nordsee, sorgt vor allem die Durchmischung der Wassersäule durch Herbststürme für die Wiederherstellung der homogenen Nährsalzverteilung die in Folge der biologischen Aktivität im Sommer zu einer Zehrung von Nährsalzen im Oberflächenwasser und einer Anreicherung im Bodenwasser führt. Im Gegensatz dazu führen die sehr starke Dichteschichtung der Laptewsee und die "schützende" Meereisdecke im Herbst und Winter zu einer geringen Durchmischung der Wassersäule und somit zu einer verstärkten Anreicherung der Nährsalze im Bodenwasser. Ob die Konvektion in Polynjen und ozeanischen Fronten in der Laptewsee zu einer stärkeren Durchmischung führt ist bisher noch unklar.
