Die Kopplung zwischen benthischen und pelagischen Prozessen spielt eine grundlegende Rolle in der marinen Biogeochemie, da die Nährstoff- und Kohlenstoffvorräte der Ozeane durch den Transport über die Sediment-Bodenwasser-Grenzfläche reguliert werden. Der Transport und Abbau an dieser Grenzfläche wird im wesentlichen durch das die sich ablagernde pelagische Material und durch die chemische Zusammensetzung des umgebenden Bodenwassers kontrolliert. Die einzelnen Prozesse und generelle Mechanismen dieser benthisch-pelagischen Kopplung sind oft nur unzureichend bekannt. Darüber hinaus wirkt sich die anhaltende anthropogene Störung des natürlichen Systems nicht nur auf die Meeresoberfläche, sondern auch auf den Meeresboden und die biogeochemischen Stoffflüsse zwischen diesen beiden Umgebungen aus. Versauerung, Sauerstoffentzug und Erwärmung der Ozeane werden daher über verschiedene direkte und indirekte Auswirkungen erhebliche Veränderungen im benthischen Stoffkreislauf bewirken.
Vor diesem Hintergrund untersucht die AG Benthische Biogeochemie die benthischen Stoffflüsse in Oberflächensedimenten und Seewasser über dem Meeresboden, um die Mechanismen der benthisch-pelagischen Kopplung und ihre Empfindlichkeit gegenüber natürlichen und anthropogenen Veränderungen besser zu verstehen (Retake). Zur Quantifizierung dieser Soffflüsse werden benthische Kammern, Eddy-Korrelationstechniken, Mikroelektroden, In-situ-Porenwasserprobennehmer und Sediment/Porenwasserbeprobung mittels Schwereloten und Multi-Kern-Probennehmern an Bord von Forschungsschiffen weltweit eingesetzt.
Die gewonnen wässrigen Proben und Feststoffproben werden in aufwendigen chemischen Analyseverfahren entweder direkt an Bord der Forschungsschiffe oder später in Laboren des GEOMAR untersucht. Der Nährstoffkreislauf in den Sedimenten und der benthischen Grenzschicht wird durch die Kombination von Analysedaten, einschließlich in situ ermittelter Nährstoffflüsse, mit numerischen Reaktions-Transport-Modellen quantifiziert (APOC, Sea4Society). Ziel dieser Forschung ist es, insbesondere ein besseres Verständnis der Rolle der Sedimente bei der Regulierung des Elementhaushalts der Wassersäule in z.B. sauerstoffarmen Umgebungen zu erlangen, wobei der Schwerpunkt auf dem Kohlenstoff-, Phosphor-, Stickstoff-, Schwefel- und Eisenzyklus liegt (PrimePrevention). Die Felddaten werden schließlich zur Ableitung vertikal integrierter Benthosmodelle verwendet, die mit allgemeinen Zirkulationsmodellen gekoppelt werden können, um die Bedeutung des Benthos für die Biogeochemie des globalen Ozeans zu bewerten.
