The arctic region is undergoing the most rapid environmental change experienced on Earth, and the rate of change is expected to increase over the coming decades. Arctic coasts are particularly vulnerable because they lie at the interface between terrestrial systems dominated by permafrost and marine systems dominated by sea ice. An increased rise in sea level and degradation of sea-ice as predicted by the Intergovernmental Panel on Climate Change in its most recent report and as observed recently in the Arctic will likely result in greater rates of coastal retreat. An increase in coastal erosion would result in dramatic increases in the volume of sediment, organic carbon and contaminants to the Arctic Ocean. These in turn have the potential to create dramatic changes in the geochemistry and biodiversity of the nearshore zone and affect the Arctic Ocean carbon cycle. To calculate estimates of organic carbon input from coastal erosion to the Arctic Ocean, current methods rely on the length of the coastline in the form of non self-similar line datasets. This thesis however emphasizes that using shorelines drawn at different scales can induce changes in the amount of sediment released by 30% in some cases. It proposes a substitute method of computations of erosion based on areas instead of lengths (i.e. buffers instead of shoreline lengths) which can be easily implemented at the circum-Arctic scale. Using this method, variations in quantities of eroded sediment are, on average, 70% less affected by scale changes and are therefore a more reliable method of calculation. Current estimates of coastal erosion rates in the Arctic are scarce and long-term datasets are a handful, which complicates assessment and prognosis of coastal processes, in particular the occurrence of coastal hazards. This thesis aims at filling the gap by providing the first long-term dataset (1951-2006) of coastal erosion on the Bykovsky Peninsula, North-East Siberia. This study shows that the coastline, which is made of ice-rich permafrost, retreated at a mean annual rate of 0.59 m/yr between 1951and 2006. Rates were highly variable: 97.0 % of the rates observed were less than 2 m/yr and 81.6% were less than 1m/yr. However, no significant trend in erosion could be recorded despite the study of five temporal subperiods within 1951-2006. The juxtaposition of wind records could not help to explain erosion records either and this thesis emphasizes the local controls on erosion, in particular the cryostratigraphy, the proximity of the Peninsula to the Lena River Delta freshwater plume and the local topographical constraints on swell development. On ice-rich coastal stretches of the Artic, the interaction of coastal dynamics and permafrost leads to the occurrence of spectacular “C-shaped” depressions termed retrogressive thaw slumps which can reach lengths of up to 650 m. On Herschel Island and at King Point (Yukon Coastal Plain, northern Canada), topographical, sedimentological and biogeochemical surveys were conducted to investigate the present and past activity of these landforms. In particular, undisturbed tundra areas were compared with zones of former slump activity, now stabilized and re-vegetated. This thesis shows that stabilized areas are drier and less prone to plant growth than undisturbed areas and feature fundamentally different geotechnical properties. Radiocarbon dating and topographical surveys indicated until up to 300 BP a likely period of dramatic slump activity on Herschel Island, similar to the one currently observed, which led to the creation of these surfaces. This thesis hypothesizes the occurrence of a ~250 years cycle of slump activity on the Herschel Island shoreline based on the surveyed topography and cryostratigraphy and anticipates higher frequency of slump activity in the future. The variety of processes described in this thesis highlights the changing nature of the intensity and frequency of physical processes acting upon the arctic coast. It also challenges current perceptions of the threats to existing industry and community infrastructure in the Arctic. The increasing presence of humans on Artic coasts coupled with the expected development of shipping will drive an increase in economical and industrial activity on these coasts which remains to be addressed scientifically. / In der Arktis sind die derzeit stärksten Umweltänderungen weltweit zu beobachten, und es wird angenommen, dass sich deren Ausmaß sogar noch verstärken wird. Aufgrund ihrer Lage zwischen terrestrischen, von Permafrost geprägten Systemen und marinen, von Meereis geprägten Systemen, sind arktische Küstenregionen im Zuge dieses Wandels besonders sensibel. Ein verstärkter Meeresspiegelanstieg und der Rückgang des Meereises, wie vom letzten Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) vorhergesagt und in letzter Zeit in der Arktis beobachtet, werden zu erhöhten Küstenrückzugsraten führen. Ein Anstieg der Küstenerosion würde zu einer drastischen Erhöhung von Sedimentfracht, organischem Kohlenstoff und von Schadstoffen im Arktischen Ozean führen. Durch diese wiederum drohen dramatische Änderungen in der Geochemie und Biodiversität der küstennahen Zone sowie Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf des Arktischen Ozeans. Modelle zur Berechnung des Eintrags organischen Kohlenstoffs in den Arktischen Ozean infolge von Küstenerosion basieren auf der Länge der Küstenlinie in Form von „non self-similar“ Datensätzen. Die vorliegende Arbeit zeigt jedoch, dass die Nutzung von Küstenlinien unterschiedlicher Maßstäbe Abweichungen in der berechneten Sedimentfracht von bis zu 30 % zur Folge haben kann. Es wird daher eine alternative Methode zur Berechnung von Erosionsraten vorgeschlagen, die auf Flächen, nicht auf Längenangaben basiert (z.B. Pufferzonen anstelle von Küstenlinien) und die auf einfache Art und Weise für die Zirkum-Arktis angewandt werden kann. Durch diese Methode ist die Variation der berechneten Erosionsmengen um durchschnittlich 70 % weniger von Maßstabsänderungen betroffen. Damit kann eine deutlich höhere Zuverlässigkeit in den Prognosen erreicht werden. Aktuelle Abschätzungen von Küstenerosionsraten in der Arktis sind spärlich und es gibt nur sehr wenige Langzeitdatensätze, so dass Einschätzungen und Prognosen zu Prozessen im Küstenbereich, insbesondere von dessen Gefährdung, schwierig sind. Die vorliegende Arbeit soll dazu beigetragen, diese Lücke zu schließen, indem der erste Langzeitdatensatz (1951-2006) zu Küstenerosionsraten auf der Bykovsky Halbinsel in Nordost-Sibirien bereitgestellt wird. Die Arbeit zeigt, dass die Küstenlinie auf der Bykovsky Halbinsel, die durch eisreichen Permafrost geprägt ist, im Zeitraum 1951-2006 um durchschnittlich 0,59 m pro Jahr zurückging. Die Rückzugsraten waren dabei äußerst variabel: 97 % aller ermittelten Raten betrugen weniger als 2 m und 81,6 % weniger als 1 m pro Jahr. Ein signifikanter Trend in den Erosionsraten konnte dabei jedoch trotz Analyse von fünf verschiedenen zeitlichen Epochen nicht festgestellt werden. Auch die Gegenüberstellung von Winddatensätzen kann die Erosionsraten nicht erklären. Deshalb stellt diese Arbeit die Bedeutung lokaler Kontrollmechanismen wie Kryostratigraphie, die Nähe der Bykovsky Halbinsel zum Lena-Delta und seinen Süßwasservorkommen sowie die lokale Topographie und deren Einfluss auf Wellengang und Wellenbildung heraus. Innerhalb eisreicher arktischer Küstenabschnitte führt die Interaktion zwischen Küstendynamik und Permafrost zur Ausprägung eindrucksvoller, „C-förmiger“ Depressionen, sogenannten regressiven auftaubedingten Rutschungen, die Längen von bis zu 650 m erreichen können. Auf Herschel Island und am King Point (Yukon Küste, Nordkanada) wurden topographische, sedimentologische und biogeochemische Aufnahmen durchgeführt, um die rezente und vergangene Dynamik dieser Landschaftsformen nachvollziehen zu können. Insbesondere wurden ungestörte Tundrenareale mit ehemals aktiven Rutschungszonen, die heute stabil und wiederbewachsen sind, verglichen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass diese ehemaligen, heute stabilisierten Rutschungszonen trockenere und für Pflanzenwachstum weniger geeignete Standorte darstellen als ungestörte Bereiche und überdies fundamental andere geotechnische Eigenschaften aufweisen. Radiocarbon-Datierungen und topographische Aufnahmen weisen darauf hin, dass es auf Herschel Island und am King Point bis vor 300 Jahren eine Periode ausgeprägter, auftaubedingter Rutschungsaktivitäten ähnlich denen, die derzeit auf der Insel beobachtet werden können, gegeben haben muss, die zur Ausbildung dieser Oberflächenstrukturen geführt haben. Diese Arbeit stellt auf Grundlage der untersuchten Topographie und Kryostratigraphie die Hypothese auf, dass an der Küstenlinie von Herschel Island ein etwa 250-jähriger Zyklus von Rutschungsaktivitäten existiert und antizipiert eine höhere Frequenz im Auftreten dieser Rutschungsaktivitäten für die Zukunft. Die Vielfalt an Faktoren, die in dieser Arbeit beschrieben wurden, hebt die veränderte Intensität und Frequenz der auf arktische Küsten einwirkenden physikalischen Prozesse hervor. Dadurch werden auch aktuelle Auffassungen zur Bedrohung bestehender Industrie und Infrastruktur in der Arktis hinterfragt. Im Zusammenhang mit dem erwarteten Ausbau der Schifffahrt treibt der zunehmende anthropogene Einfluss die ökonomische und industrielle Entwicklung in arktischen Küstenregionen an, die Gegenstand einer wissenschaftlichen Betrachtung sein sollten.

The Arctic is a particularly sensitive area with respect to climate change due to the high surface albedo of snow and ice and the extreme radiative conditions. Clouds and aerosols as parts of the Arctic atmosphere play an important role in the radiation budget, which is, as yet, poorly quantified and understood. The LIDAR (Light Detection And Ranging) measurements presented in this PhD thesis contribute with continuous altitude resolved aerosol profiles to the understanding of occurrence and characteristics of aerosol layers above Ny-Ålesund, Spitsbergen. The attention was turned to the analysis of periods with high aerosol load. As the Arctic spring troposphere exhibits maximum aerosol optical depths (AODs) each year, March and April of both the years 2007 and 2009 were analyzed. Furthermore, stratospheric aerosol layers of volcanic origin were analyzed for several months, subsequently to the eruptions of the Kasatochi and Sarychev volcanoes in summer 2008 and 2009, respectively. The Koldewey Aerosol Raman LIDAR (KARL) is an instrument for the active remote sensing of atmospheric parameters using pulsed laser radiation. It is operated at the AWIPEV research base and was fundamentally upgraded within the framework of this PhD project. It is now equipped with a new telescope mirror and new detection optics, which facilitate atmospheric profiling from 450m above sea level up to the mid-stratosphere. KARL provides highly resolved profiles of the scattering characteristics of aerosol and cloud particles (backscattering, extinction and depolarization) as well as water vapor profiles within the lower troposphere. Combination of KARL data with data from other instruments on site, namely radiosondes, sun photometer, Micro Pulse LIDAR, and tethersonde system, resulted in a comprehensive data set of scattering phenomena in the Arctic atmosphere. The two spring periods March and April 2007 and 2009 were at first analyzed based on meteorological parameters, like local temperature and relative humidity profiles as well as large scale pressure patterns and air mass origin regions. Here, it was not possible to find a clear correlation between enhanced AOD and air mass origin. However, in a comparison of two cloud free periods in March 2007 and April 2009, large AOD values in 2009 coincided with air mass transport through the central Arctic. This suggests the occurrence of aerosol transformation processes during the aerosol transport to Ny-Ålesund. Measurements on 4 April 2009 revealed maximum AOD values of up to 0.12 and aerosol size distributions changing with altitude. This and other performed case studies suggest the differentiation between three aerosol event types and their origin: Vertically limited aerosol layers in dry air, highly variable hygroscopic boundary layer aerosols and enhanced aerosol load across wide portions of the troposphere. For the spring period 2007, the available KARL data were statistically analyzed using a characterization scheme, which is based on optical characteristics of the scattering particles. The scheme was validated using several case studies. Volcanic eruptions in the northern hemisphere in August 2008 and June 2009 arose the opportunity to analyze volcanic aerosol layers within the stratosphere. The rate of stratospheric AOD change was similar within both years with maximum values above 0.1 about three to five weeks after the respective eruption. In both years, the stratospheric AOD persisted at higher rates than usual until the measurements were stopped in late September due to technical reasons. In 2008, up to three aerosol layers were detected, the layer structure in 2009 was characterized by up to six distinct and thin layers which smeared out to one broad layer after about two months. The lowermost aerosol layer was continuously detected at the tropopause altitude. Three case studies were performed, all revealed rather large indices of refraction of m = (1.53–1.55) - 0.02i, suggesting the presence of an absorbing carbonaceous component. The particle radius, derived with inversion calculations, was also similar in both years with values ranging from 0.16 to 0.19 μm. However, in 2009, a second mode in the size distribution was detected at about 0.5 μm. The long term measurements with the Koldewey Aerosol Raman LIDAR in Ny-Ålesund provide the opportunity to study Arctic aerosols in the troposphere and the stratosphere not only in case studies but on longer time scales. In this PhD thesis, both, tropospheric aerosols in the Arctic spring and stratospheric aerosols following volcanic eruptions have been described qualitatively and quantitatively. Case studies and comparative studies with data of other instruments on site allowed for the analysis of microphysical aerosol characteristics and their temporal evolution. / Die Arktis ist ein bezüglich Klimaveränderungen besonders sensitives Gebiet, d.h. die globale Erwärmung wirkt sich aufgrund der saisonal hochvariablen Strahlungsbedingungen und der Bodenalbedo dort verstärkt aus.Wolken und Aerosole als Bestandteile der arktischen Atmosphäre spielen dabei eine besondere Rolle im Strahlungsgleichgewicht. Die vorliegende Promotionsarbeit leistet mit Hilfe von LIDAR-Messungen (Light Detection and Ranging) einen Beitrag zum Verständnis von Vorkommen und Eigenschaften von Aerosolschichten über Ny-Ålesund, Spitzbergen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Analyse von Zeiträumen mit erhöhter Aerosolbelastung. Es wurde zum einen die arktische Troposphäre zweier Frühjahre (März und April der Jahre 2007 und 2009) untersucht, da im Frühjahr die Aerosol-optische Dicke (AOD) in der Arktis Maximalwerte erreicht. Zum anderen wurden stratosphärische Aerosolschichten vulkanischen Ursprungs analysiert, die in den Sommern 2008 und 2009 nach Ausbrüchen der Kasatochi und Sarychev Vulkane jeweils für mehrere Monate in der unteren Stratosphäre messbar waren. Das an der AWIPEV Forschungsstation betriebene Koldewey Aerosol Raman LIDAR (KARL), ein Instrument zur optischen Fernerkundung atmosphärischer Parameter mittels gepulster Laserstrahlung, wurde im Rahmen der Promotion grundlegend überarbeitet und mit einem neuen Teleskop sowie neuen Detektoroptiken versehen. Dies ermöglicht die Profilerfassung ab 450m über dem Meeresspiegel bis in die mittlere Stratosphäre. KARL liefert hochaufgelöste Messungen der Streueigenschaften von Aerosol- undWolkenteilchen (Rückstreuung, Extinktion und Depolarisation) sowieWasserdampfprofile in der unteren Troposphäre. Durch die Kombination von KARL Messungen mit Daten anderer Messgeräte an der AWIPEV Forschungsstation wie Radiosonden, Sonnenphotometer, Micro Pulse LIDAR und Fesselsonden wurde ein umfassender Datenbestand von Streuphänomenen in der arktischen Atmosphäre geschaffen. Die beiden genannten Frühjahreszeiträume März und April 2007 und 2009 wurden zunächst anhand meteorologischer Parameter, wie lokaler Temperatur- und Feuchteprofile sowie großskaliger Druckmuster und Luftmassenquellgebiete analysiert. Dabei konnte kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Quellgebieten und erhöhter AOD festgestellt werden. In einem Vergleich zweier wolkenfreier Perioden im März 2007 und April 2009 war jedoch die höhere Aerosolbelastung in 2009 mit dem Transport von Luftmassen durch die innere Arktis verbunden. Aufgrund der begrenzten Lebensdauer von Aerosolen lässt das entweder Aerosol-Entstehungsprozesse in der Zentralarktis oder Transformationsprozesse während des Transportes nach Ny-Ålesund vermuten. Für Messungen am 4. April 2009 mit Maximalwerten der AOD von bis zu 0.12 konnte die Größe der Aerosolteilchen in verschiedenen Höhen mit Hilfe von Inversionsrechnungen abgeschätzt werden. Diese und andere betrachtete Fallstudien legen eine Unterscheidung von Aerosolereignissen in drei Kategorien nahe, die sich in ihrer Entstehung deutlich unterscheiden: Vertikal begrenzte Aeosolschichten in trockener Luft, zeitlich hochvariable feuchte Aerosolschichten in der planetaren Grenzschicht sowie eine erhöhte Aerosolbelastung über große Teile der Troposphäre. Für das sehr klare Frühjahr 2007 wurden die vorhandenen KARL-Daten mit Hilfe eines Klassifikationsschemas, das auf den optischen Eigenschaften der streuenden Teilchen beruht, statistisch ausgewertet. Das verwendete Schema wurde mit Hilfe von verschiedenen Fallstudien validiert und ermöglicht bei Anwendung auf größere Datenbestände eine aussagekräftige Analyse von jährlichen Schwankungen der Aerosol- und Wolkenvorkommen über Ny-Ålesund. Die Ausbrüche zweier Vulkane in der nördlichen Hemisphäre im August 2008 und im Juni 2009 erlaubten die Analyse vulkanischer Aerosolschichten in der Stratosphäre. Die zeitliche Entwicklung der stratosphärischen AOD verlief in beiden Jahren ähnlich mit Maximalwerten von über 0.1 etwa drei bis fünfWochen nach dem jeweiligen Ausbruch. In beiden Jahren wurden bis zum technisch bedingten Abbruch der Messungen jeweils Ende September erhöhte stratosphärische AOD Werte gemessen. Die niedrigste Aerosolschicht konnte jeweils direkt an der Tropopause detektiert werden. Im Jahr 2008 wurden bis zu drei Schichten detektiert, die Struktur 2009 war durch bis zu sechs schmale Schichten gekennzeichnet, die nach etwa zwei Monaten zu einer breiten Schicht verschmierten. Drei Fallstudien zu mikrophysikalischen Aerosoleigenschaften wurden durchgeführt. Dabei wurden für beide Jahre sehr große Brechungsindices von m=(1.53–1.55) - 0.02i ermittelt, die auf eine absorbierende Kohlenstoffkomponente der Vulkanaerosole hinweisen. Der errechnete Teilchenradius war ebenfalls in beiden Jahren vergleichbar mit Werten zwischen 0.16 und 0.19 μm. 2009 wurde zusätzlich ein zweites Maximum der Größenverteilung bei ca. 0.5μm gefunden. Die Langzeitmessungen mit dem Koldewey Aerosol Raman LIDAR KARL in Ny-Ålesund schaffen die Möglichkeit, arktische Aerosole in Troposphäre und Stratosphäre nicht nur in Fallstudien, sondern auch über längere Zeiträume hinweg zu analysieren. Im Rahmen dieser Promotionsarbeit konnten sowohl Aerosolvorkommen in der arktischen Troposphäre im Frühjahr als auch eine vulkanisch bedingte erhöhte Aerosolbelastung in der Stratosphäre qualitativ und quantitativ beschrieben werden. Fallstudien und die Kombination mit Daten anderer Messgeräte ermöglichten Analysen mikrophysikalischer Aerosolparameter und deren Entwicklungsprozesse.

Arktis är den plats där den globala uppvärmningen är som mest märkbar på hela jorden (Arktiska rådet). Därför är Arktis ett intressant område att studera ur klimatsynpunkt. Enligt Gore (2006) så kan en ökning av jordens medeltemperatur på 1,5 °C leda till att de ekvatoriala områdena får en temperaturökning på 0,5 °C medan temperaturen vid Arktis kan stiga med hela 6 °C. De senaste 30 åren har medeltemperaturen vid Arktis stigit med drygt en grad per decennium (Anisimov, 2007) medan den globala medeltemperaturen för samma period endast stigit med ca 0.15 grader per decennium. Arktis tros ha varit isfritt under en värmeperiod för ca 6000 – 8500 år sedan (Founder, 2011) men det som är unikt med den aktuella situationen är att avsmältningen går så snabbt. Mycket snabbare än naturliga cykler (Gore, 2006) och det råder inom forskarvärlden ingen tvekan om att det är de antropogena utsläppen av växthusgaser som är orsaken. Frågeställningen som ligger till grund för den här rapporten är att ta reda på vilket årtal som Arktis kommer att vara isfritt. Detta görs genom att undersöka hur den Arktiska isutsträckningen minskat under perioden 1979-2011.  Isdata till beräkningarna i den här rapporten är tagna från National Snow and Ice Data Center, Boulder, Colorado USA, och värdena för temperaturerna kommer från National Aeronautics and Space Administration (NASA). Genom att med minstakvadratanpassning göra en linjär approximation av varje års minsta värde av isutsträckningen vid Arktis för perioden 1979-2011 erhålls att Arktis kommer att vara isfritt år 2062. / The Arctic is the place where global warming is most significant in the whole world (Arctic Council). That is why the Arctic is an interesting area to study from a climate perspective. According to Gore (2006), an increase in global temperature of 1.5 °C might lead to an increase of 0.5 °C in the equatorial regions while the Arctic could receive a teperature rise by as much as 6 °C . During the past 30 years, average temperatures in the Arctic have risen by more then one degree per decade (Anisimov, 2007) while the global average teperature for the same period only increased by about 0.15 degrees per decade. Arctic is believed to have been ice-free during a heating period for about 6000 - 8500 years ago (Founder, 2011) but what is unique about the current situation is that the melting is so quickly. Much faster than natural cycles (Gore, 2006) and there is within the scientific community no doubt that the anthropogenic emissions of greenhouse gases is the cause. The issue which forms the basis for this report has been to investigate how the Arctic extent decreased over the period 1979-2011 and then to attempt to determine a year for when the Arctic will be ice free. Ice data to the calculations in this report are taken from the National Snow and Ice Data Center, Boulder, Colorado USA, and the temperature values comes from the National Aeronautics and Space Administration (NASA). By making a linear approximation with the least square method of each year’s minimum value of the Arctic sea ice extent for the period 1979-2011 it is obtained that the Arctic sea will be ice free by the year of 2062.

Med utgångspunkt ur internationellt samarbete i Arktisregionen, analyserar och jämför denna studie de två samarbetsinstitutionerna Arktiska rådet och Barentsrådet. Syftet med studien är att analysera vilka åtgärder och riktlinjer som institutionerna vidtagit och beslutat om för att hantera frågor gällande regionens ursprungsbefolkning, samt att analysera och bedöma samarbetets effektivitet. Studien bygger på ett etablerat teoretiskt ramverk om internationella regimer och analysen täcker tidsperioden från institutionernas grundande till och med år 2011. Studien använder sig av kvalitativ textanalytisk metod för att undersöka och analysera de båda institutionernas officiella dokument. Resultatet av studien visar att Arktiska rådets samarbete gällande ursprungsbefolkning bedöms som effektivt, medan Barentsrådets samarbete kring ursprungsbefolkning bedöms som ineffektivt.

Permafrost-affected ecosystems including peat wetlands are among the most obvious regions in which current microbial controls on organic matter decomposition are likely to change as a result of global warming. Wet tundra ecosystems in particular are ideal sites for increased methane production because of the waterlogged, anoxic conditions that prevail in seasonally increasing thawed layers. The following doctoral research project focused on investigating the abundance and distribution of the methane-cycling microbial communities in four different polygons on Herschel Island and the Yukon Coast. Despite the relevance of the Canadian Western Arctic in the global methane budget, the permafrost microbial communities there have thus far remained insufficiently characterized. Through the study of methanogenic and methanotrophic microbial communities involved in the decomposition of permafrost organic matter and their potential reaction to rising environmental temperatures, the overarching goal of the ensuing thesis is to fill the current gap in understanding the fate of the organic carbon currently stored in Artic environments and its implications regarding the methane cycle in permafrost environments. To attain this goal, a multiproxy approach including community fingerprinting analysis, cloning, quantitative PCR and next generation sequencing was used to describe the bacterial and archaeal community present in the active layer of four polygons and to scrutinize the diversity and distribution of methane-cycling microorganisms at different depths. These methods were combined with soil properties analyses in order to identify the main physico-chemical variables shaping these communities. In addition a climate warming simulation experiment was carried-out on intact active layer cores retrieved from Herschel Island in order to investigate the changes in the methane-cycling communities associated with an increase in soil temperature and to help better predict future methane-fluxes from polygonal wet tundra environments in the context of climate change. Results showed that the microbial community found in the water-saturated and carbon-rich polygons on Herschel Island and the Yukon Coast was diverse and showed a similar distribution with depth in all four polygons sampled. Specifically, the methanogenic community identified resembled the communities found in other similar Arctic study sites and showed comparable potential methane production rates, whereas the methane oxidizing bacterial community differed from what has been found so far, being dominated by type-II rather than type-I methanotrophs. After being subjected to strong increases in soil temperature, the active-layer microbial community demonstrated the ability to quickly adapt and as a result shifts in community composition could be observed. These results contribute to the understanding of carbon dynamics in Arctic permafrost regions and allow an assessment of the potential impact of climate change on methane-cycling microbial communities. This thesis constitutes the first in-depth study of methane-cycling communities in the Canadian Western Arctic, striving to advance our understanding of these communities in degrading permafrost environments by establishing an important new observatory in the Circum-Arctic. / Permafrost beeinflusste Ökosysteme gehören zu den Regionen, in denen als Folge der globalen Erwärmung eine Veränderung des mikrobiell-kontrollierten Abbaus von organischem Material zu erwarten ist. Besonders in den Ökosystemen der feuchten Tundralandschaften kommt es zu einer verstärkten Methanpoduktion unter wassergesättigten und anoxischen Bedingungen, die durch immer tiefere saisonale Auftauschichten begünstigt werden. Die vorliegende Doktorarbeit kontenzentrierte sich auf die Untersuchung der Abundanz und Verteilung der am Methankreislauf beteiligten mikrobiellen Gemeinschaften in vier unterschiedlichen Polygonen auf der Insel Herschel und an der Yukon Küste in Kanada. Trotz des relevanten Beitrags der kanadischen West-Arktis am globalen Methanhaushalt, sind die dortigen mikrobiellen Gemeinschaften im Permafrost bisher nur unzureichend untersucht worden. Die zentrale Zielstellung der vorliegenden Arbeit besteht darin, die derzeitige Lücke im Verständnis der Kohlenstoffdynamik in der Arktis im Zuge von Klimaveränderungen und deren Bedeutung für den Methankreislauf in Permafrost-Ökosystemen zu schließen. Dies erfolgt durch Untersuchungen der am Abbau der organischen Substanz im Permafrost beteiligten methonogenen und methanothrophen mikrobiellen Gemeinschaften und ihrer möglichen Reaktionen auf steigende Umgebungstemperaturen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein Multiproxy-Ansatz gewählt, der die Analyse der Gemeinschaften mittels genetischen Fingerprintmethoden, Klonierung, quantitativer PCR und moderner Hochdurchsatzsequenzierung („Next Generation Sequencing“) beinhaltet, um die in der Auftauschicht der vier untersuchten Polygone vorhandenen Bakterien- und Archaeen-Gemeinschaften zu charakterisieren sowie die Diversität und Verteilung der am Methankreislauf beteiligten Mikroorganismen in unterschiedlicher Tiefe eingehend zu analysieren. Diese Studien wurden mit physikalisch-chemischen Habitatuntersuchungen kombiniert, da diese die mikrobiellen Lebensgemeinschaften maßgeblich beeinflussen. Zusätzlich wurde ein Laborexperiment zur Simulation der Klimaerwärmung an intakten Bodenmonolithen von der Insel Herschel durchgeführt, um die Veränderungen der am Methankreislauf beteiligten Gemeinschaften aufgrund steigender Bodentemperaturen zu untersuchen, sowie sicherere Voraussagen bezüglich der Methanfreisetzung in polygonalen Permafrostgebieten im Zusammenhang mit dem Klimawandel treffen zu können.

Klimatförändringarna har en stor påverkan på de arktiska valarna grönlandsval (Balaena mysticetus), vitval (Delphinapterus leucas) och narval (Monodon monoceros), mer än vad som tros vid en första tanke. I dagsläget får dessa valar utstå stora utmaningar som troligenkan komma att förvärras i framtiden om inte isens smältande kan bromsas. En del av utmaningarna innebär att valarna måste genomgå stora förändringar för att överleva, vilket innebär att deras förmåga att anpassa sig spelar en stor roll. Människans jakt på valen har alltid varit ett stort problem för de arktiska valarna, tack vare restriktioner om fångstkvoter och vem som får jaga val ser framtiden ljusare ut i alla fall för grönlandsvalen och vitvalen. För narvalen ser det dock inte lika ljust ut eftersom det är en art som är känsligare än många andra arktiska arter för effekterna som den globala uppvärmningen har på den arktiska miljön. I dagsläget har en del effekter på valarna blivit synliga såsom ändrade migrationsvanor och ökad predation. På grund av bristande data från perioden innan klimatförändringarna är detsvårt att dra konkreta slutsatser, därför fokuserar mycket forskning på att förutse vad som kommer att ske i framtiden. Fokus på framtiden är viktigt eftersom det som sker idag redan är försent att göra någonting åt, det vi kan göra är att se till att det inte blir ännu värre. Den smältande isens effekter är svåra att skilja på då de överlappar en del, till exempel leder tillgången på föda till förändringar i habitat. Man har i dagsläget sett små skillnader i tillgång på föda, beståndet av istorsken har minskat, eftersom det är en viktig föda för de arktiska valarna kan det ha en effekt. En minskning av en viss typ av plankton har också observerats och eftersom ingen ersättande art har setts kommer detta få effekter på näringsväven i de arktiska haven och därmed alla arter som lever där inklusive de arktiska valarna. I framtiden tror man att primärproduktionen kommer att öka på grund av den höjda vattentemperaturen och den ökande ytan med öppet vatten, detta kommer eventuellt ha en positiv effekt på de arktiska valarna.

This study is called When the ice of the Arctic melts is the world defrosting? and written by Rebecca Fröling. The purpose of the study is to investigate how the concept ‘security’ is used in the Swedish arctic strategy and why the concept is described in that way. The debate of the concept ‘security’ has been going on for years, but the debate is still present today. What we put in to the concept is operative for how we regard and discuss security and security politics. To analyze the strategy I used two theories, one with a traditional approach and one with a critical approach to security: Realism and Copenhagen School. The method that has been applied to the study is qualitative content analysis, to be able to analyze the text on the depth. To complement the analysis I interviewed three scientists in the field of security and Arctic politics. The analysis pointed out that the strategy still has a traditional point of view in the way of observing the object of security. But the traditional idea is starting to disintegrate and the critical perspective has been taking its place. The scientists have a more critical perspective, even thou it does not show in the strategy.

Thesis (doctoral)--Universität Bremen, 2007. / Includes bibliographical references (p. [153]-161).

To investigate whether foraminiferal stable isotope (δ18O/δ13C) variations have potential as a chronostratigraphic tool in the Arctic Ocean, this thesis presents new δ18O/δ13C data from five marine sediment cores. Three of those are downcore analyses (PS92/54-1; TC/PC-03; PC-07) and the remaining two are core top analyses (PC-04; PC-08). Seven species of benthic foraminifera (Cassidulina neoteretis, Cibicides lobatulus, Cibicidoides wuellerstorfi, Oridorsalis tener, Quinqueloculina arctica, Stainforthia concava and Triloculina sp.) and one planktic (Neogloboquadrina pachyderma sinistral) were compared against physical properties data, foraminifera counts and existing age models. The stable isotopic data reveal species-specific niches, resulting from vital effects and habitat preferences. As changes in δ13C mainly are related to palaeoproductivity and ocean/atmosphere gas exchange, and has limited use as a dating tool, the focus has been to create high-resolution downcore δ18O records that can be compared to a global benthic stack. Cibicidoides wuellerstorfi is found to be the most common benthic foraminiferal species in the central Lomonosov Ridge cores (TC/PC-03 and PC-07) whereas C. neoteretis and N. pachyderma are most common at the Yermak Plateau (PS92/54-1). Usefulness of C. wuellerstorfi in the central Lomonosov Ridge cores is limited due to low amplitude changes in δ18O over periods interpreted to cover several Marine Isotope Stages. A similar issue was observed in C. neoteretis δ18O on the Yermak Plateau (PS92/54-1). There, C. neoteretis abundances were low during interglacials. Instead, planktic N. pachyderma δ18O at the Yermak Plateau site (PS92/54-1), more closely than any analysed benthic species, resembled the global benthic δ18O stack. This implies potential of N. pachyderma δ18O as a chronostratigraphic tool in this region of the Arctic. Using N. pachyderma δ18O to correlate distal cores in the Arctic Ocean would demand addressing the issues of regional differences in pelagic δ18O, varying calcification depths and poor preservation. Addressing why the range of variability differs between sites in the same MISs is crucial, before attempting to stack downcore δ18O from the relatively abundant Arctic benthic species C. neoteretis. / Med siktet på att undersöka huruvida variationer i stabila isotopvärden (δ18O/δ13C) hos foraminiferer har potential som dateringsredskap i Arktiska Oceanen, presenteras härmed ny δ18O/δ13C data från fem marina sedimentkärnor. Tre kärnor analyseras på längden (PS92/54-1; LOMROG III TC/PC-03 och PC-07) medan två analyser begränsas till kärnornas toppskikt (LOMROG I PC-04 och PC-08). Resultat från sju olika arter av bentoniska foraminiferer (Cassidulina neoteretis, Cibicides lobatulus, Cibicidoides wuellerstorfi, Oridorsalis tener, Quinqueloculina arctica, Stainforthia concava and Triloculina sp.) och en planktonisk (Neogloboquadrina pachyderma sinistral) har jämförts mot data som baserats på kärnornas fysiska egenskaper, mängden foraminiferer och befintliga åldersberäkningar. De nya isotopresultaten avslöjar nischer som är specifika för varje art och som, förutom isotopvärdena i det omkringliggande havsvattnet, är beroende av varierande fraktioneringseffekter samt habitatpreferenser. Förändringar i δ13C är mestadels avhängigt paleoproduktivitet och gasutbyte mellan atmosfär och hav. Det har därför begränsad användning som dateringsredskap. Fokus har istället legat på att skapa högupplöst δ18O data som kan jämföras med en global δ18O ’stack’. Cibicidoides wuellerstorfi är den vanligast förekommande arten i TC/PC-03 och PC-07 medan C. neoteretis och N. pachyderma har flest förekomster i PS92/54-1. I den senare kärnan saknas C. neoteretis under perioder där förändringar i δ18O antas vara stora (interglacialer). Istället är det δ18O hos planktoniska N. pachyderma som i högst grad efterliknar en global bentonisk ’stack’. Dessa resultat antyder att N. pachyderma potentiellt kan användas som lokalt dateringsverktyg. För att kunna korrelera mot mer avlägsna sedimentkärnor i Arktiska Oceanen med hjälp av δ18O från N. pachyderma, så behöver hänsyn tas till regionala skillnader i pelagial δ18O, varierande kalcifieringsdjup och dålig bevaring av foraminifererna. Det är viktigt att adressera varför det finns en amplitudskillnad mellan olika sedimentkärnor för samma tidsperioder, innan försök görs att sammanfoga δ18O resultat från den vanligt förekommande Arktiska bentoniska arten C. neoteretis.

Internationellt samarbete inom olika politikområden är vanligt förekommande i det internationella systemet. Denna studie jämför och analyserar två samarbetsinstitutioner i den arktiska regionen: Arktiska rådet och Barentsrådet. Studiens syfte är att undersöka och analysera vilka åtgärder och riktlinjer dessa institutioner har beslutat om och vidtagit inom det miljö- och energipolitiska samarbetet. Studiens teoretiska anknytning är den forskning som bedrivits kring internationella regimer, det vill säga uppkomsten av institutionaliserat regel- och norm baserat samarbete i det internationella systemet.Studien använder sig av en regimteoretisk analysmodell, internationell regimer, för att analysera institutionernas samarbete och bedöma dess effektivitet och styrka. Den empiriska analysen för studien visar att båda de undersökta fallen uppvisar en viss grad av styrka/effektivitet för det miljöpolitiska samarbetet. Genom redogörelsen och analysen för vilka riktlinjer och beslut som fattats mellan 2000-2011 visar studien att institutionerna uppnår specifika mål och syften samt efterföljer rådande regel- och normsystem. Däremot har inte institutionerna inom sitt ramverk möjlighet att fatta bindande avtal som skall efterföljas. Vidare är det energipolitiska samarbetet mycket begränsat, och båda institutionerna visar främst upp styrka i att skapa normer och reglerför hur miljöaspekten av energifrågor bör se ut.