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Transport der Sedimente auf dem Meeresgrund

Ein kleiner aber ebenfalls wichtiger Mosaikstein in der Klimarekonstruktion der jüngeren Erdgeschichte ist das Projekt von Sven Kretschmer und seiner Arbeitsgruppe am Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven. Ihre Beprobungsgeräte sind unter anderem das Schwerelot und der Multicorer,mit deren Hilfe während der gesamten Expedition ANT-XXIII/9 Sedimentproben vom Meeresgrund gewonnen werden. Geeignete Positionen können ebenfalls bei diesem Projekt mit der Parasound-Anlage ausfindig gemacht werden. Die Konzentration von Thorium 230 im Sediment ist für den Geochemiker von besonderem Interesse. Bei diesem radioaktiven Element handelt es sich um ein Zerfallsprodukt des im Wasser enthaltenen Urans. In Wasser ist es extrem unlöslich und bindet sich bei Entstehung sofort an einzelne mineralische oder organische Partikel, mit denen es dann auf den Meeresgrund absinkt. Somit bildet Thorium 230 ein Bestandteil des Meeresbodens und liefert Aufschlüsse über den Transport der Sedimente während geologischer Zeiträumen. Die Forschung ist auf derartige Informationen angewiesen, um Rückschlüsse darüber zu erlangen, wieviel Material sich an welchen Stellen des Meeres abgelagert hat. Diese Information ermöglicht dann die Rekonstruktion von früheren Umweltbedingungen. Anhand der Thorium-Methode stellt der 29-jährige Wissenschaftler später in seinem Labor in Bremerhaven fest, inwiefern sich die Sedimente auf dem Meeresgrund verteilt haben. Die kleineren und leichteren Bestandteile würden im Gegensatz zu schwererem Material einfacher über den Meeresboden transportiert werden, erklärt Sven Kretschmer und unterscheidet daher zwischen verschiedenen Abstufungen von Korngrößen. Dazu benutzt er sehr feine Sedimentsiebe, um die Proben mit bis zu zwanzig Mikrometer zu sieben. Zurück in Deutschland beginnt dann die eigentliche analytische Forschungsarbeit. Die vielen Proben bieten ein hohes Potential an wissenschaftlichen Informationen, mit denen die Arbeitsgruppe in Zukunft einige geochemische Fragestellungen beantworten möchte.

Sedimentproben in der Zentrifuge

Sven Kretschmer beim Dekantieren von Seewasser

Nasssiebung im Sedimentsieb

Nach Korngrößen aufgetrennte Sedimentproben

Lars Focke, Student der Fachhochschule Kiel, 20.03.07

Vorbereitungen zur seismischen Messung

Polarstern auf neuen Kurs

Das nächste seismische Messprofil steht kurz bevor und die Vorbereitungen liefen auf Hochtouren. Auf einer Strecke vom Rand des antarktischen Kontinents bis ins Südpolarmeer hinein ließen die Matrosen zusammen mit den Wissenschaftlern heute ein weiteres Mal die Ozeanbodenseismographen zu Wasser. Erneut wird der Luftpulser Schallwellen in die Erdkruste versenden, wobei die reflektierten Echos mit Hilfe der Seismographen auf dem Meeresgrund registriert werden. Erneut freuen sich die Wissenschaftler um Dr. Karsten Gohl vom Alfred-Wegener-Institut über neue Daten zur Entwicklung der Erdkruste und brachten einen Seismographen nach dem anderen aus der Luke wieder aufs Arbeitsdeck. Die wissenschaftliche Routine hat uns wieder. Das Wetter ist im Moment bewölkt, jedoch ohne jeglichen Niederschlag. Glücklicherweise blieben wir bis jetzt fast vollkommen vom Schneefall verschont, was die Arbeit für die Besatzung und Forscher um ein Vielfaches erleichtert.

Vorbereiten der Ozeanbodenseismographen

Die vorerst letzten Eisberge auf unserer Reise

Lars Focke, Student der Fachhochschule Kiel, 18.03.07

Erste Sedimentproben vom Meeresboden der Antarktis

Die Polarstern ist in der Prydz Bucht, dem Hauptforschungsgebiet der Polarstern Expedition ANTXXIII/9 des Alfred-Wegener-Instituts angekommen. Erste Station ist die Probennahme von Sedimenten des Meeresbodens aus über 700 Metern Tiefe. Auf der Brücke steht der Geologe Dr. Bernhard Diekmann von der Universität Potsdam und überprüft auf dem Monitor die Signale der Parasound-Anlage. Dieses Echolot System stellt grafisch die Sedimentschichten des Meeresbodens unter der Polarstern dar. Der Geologe sucht nach Stellen, an denen die Schichten gleichmäßig und parallel zueinander verlaufen, so dass eine störungsfreie Kernprobe entnommen werden kann. Eisberge der letzten Eiszeit haben tiefe Furchen in den Meeresboden gezogen und geeignete Stellen sind in der Literatur oft nur mit ungenauen Positionen angegeben.
Nach genauer Auswahl ist dann eine passende Stelle für die erste Station gefunden.
Auf dem Arbeitsdeck werden indes zwei schwere Geräte zur Probenentnahme vom Grund des Südpolarmeeres vorbereitet.
Das Schwerelot ist ein langes Metallrohr, in dessen Mitte sich wiederum ein auswechselbares Plastikrohr befindet. Es kann bis zu einer Länge von 20 Metern reichen und wird am Meeresgrund unter extremem Druck von über 1,5 Tonnen Bleigewicht in den Boden gedrückt. Das Sediment bleibt in dem Rohr stecken und wird so an Bord der Polarstern transportiert. Bei dem zweiten Gerät handelt es sich um den MUC (Multicorer), eine Konstruktion von mehreren kleinen Schwereloten, die in einem Radius von knapp 2 Metern kreisförmig angeordnet sind und bis zu 60 Zentimeter Sedimentproben vom Boden an die Oberfläche bringen können.

Probenentnahme mit dem MUC
Gegen 20:00 Uhr stoppt das Forschungsschiff auf und die Crew lässt das erste Gerät, den MUC an einer der Bordwinden in eine Tiefe von 704 Metern ab. Manfred Hagemann, der Windenführer hat aus dem Windenleitstand über mehrere Kameras die beiden Windenräume im Blick. Insbesondere beim Einholen des tonnenschweren Stahlkabels muss er darauf achten, dass das Kabel sich richtig einordnet und nicht von den Förderrädern rutscht. Sollte dies geschehen, müsste er die Winde unverzüglich stoppen.
Doch es läuft alles wie geplant und nach gut einer Stunde Anspannung sind die Forscher erleichtert, die ersten 30 Zentimeter Meeresbodensediment entgegennehmen zu können.

Sedimentprobe mit dem Schwerelot
Im gleichen Moment bereitet die Mannschaft das zweite Gerät, das Schwerelot vor. Diese Prozedur ist weitaus komplizierter und bedarf viel Erfahrung.
Die technische Leitung liegt bei Norbert Lensch vom Alfred-Wegener-Institut, er arbeitet inzwischen seit 24 Jahren mit diesem Gerät.
Das erste Schwerelot soll mit einer Länge von 5 Metern gezogen werden. In einem stabilen Gittergerüst eingespannt wird das Gerät mit einem mächtigen Auslegerarm von Bord der Polarstern über die Reling des Arbeitsdecks gehoben und in eine 90° Position zur Wasseroberfläche gedreht. Dann wird das Schwerelot an den oben befindlichen Gewichten an dem Haken der Bordwinde befestigt. Eine im Gittergerüst befindliche Arretierung des Gerätes löst sich und das nun frei schwebende Schwerelot wird ins Wasser herab gelassen. Der Auslegerarm wird samt dem Gerüst seitlich weggeklappt, um den Lauf des Stahlseils nicht zu stören. Nach knapp 15 Minuten ist das Gerät am Meeresboden angelangt und bohrt sich unter dem enormen Druck des Gewichtes fünf Meter in den Boden.
Dann geht es wieder aufwärts, der Wasseroberfläche entgegen. Dort warten schon alle gespannt auf das Ergebnis der Probenentnahme. 4,63 Meter Sedimentproben bei einer Schwerelotlänge von 5 Metern. Ein großer Erfolg für die beteiligten Forscher an Bord.

Das in dem Stahlrohr befindliche Plastikrohr wird in den folgenden Schritten in einmeterlange Stücke zerteilt, genau beschriftet, nummeriert und sicher verschlossen. Dies ist absolut notwendig um die verschiedenen Sedimentschichten der Probe später der Meeresbodentiefe zuordnen zu können.
Dann werden verschiedene Untersuchungen an den Kernen durchgeführt. Diese dienen den Forschern vor allem, um anhand der unterschiedlichen Sedimentschichten die jeweiligen Umweltbedingungen bestimmen zu können. Zudem lassen sich in den Proben immer wieder so genannte „Dropstones“ finden. Dies ist Gestein, welches einst in Gletscherflüssen eingeschlossen war und durch Abbrüche an der Gletscherkante direkt oder über treibende Eisberge ins Meer gelangt und auf den Meeresboden gesunken ist.
Die Positionen der Fundstellen solcher „Dropstones“ geben den Wissenschaftlern weitere Anhaltspunkte über die Vereisungsausdehnung früherer Zeiten.

Die Kernmessbank ist ein spezielles Gerät, durch das die genommenen Kerne langsam gezogen und dabei viele verschiedene Parameter bestimmt werden. Diese beschreiben die physikalischen Eigenschaften der Sedimente anhand von Parametern, deren Zusammensetzung wiederum Rückschlüsse auf Veränderungen der Umweltbedingungen geben. Diese umschließen nicht nur Informationen über die Vereisungsgeschichte sondern zum Beispiel auch über Strömungsveränderungen und das Vorkommen von Mikroorganismen im Meer.

Die nächsten Schwerelote sollen mit einer Länge von 15-20 Metern gezogen werden. Diese Kerne können viele neue Erkenntnisse aus bislang weitgehend unbekannten Gebieten an die Meeresoberfläche bringen.

Helikoptermagnetik

Die Polarstern befindet sich knapp 500 Kilometer nördlich der Prydz Bucht. Der Ingenieur Konrad Kopsch vom Alfred-Wegener-Institut Potsdam bereitet mit seinem Kollegen und Geophysiker Detlef Damaske von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe den so genannten “Bird“ vor. Die torpedoförmige Messsonde wird während des Fluges, an einem langen Kabel hängend einige Meter unter dem Helikopter hergezogen. Im Inneren des Helikopters befindet sich eine Messeinheit, die über die Sonde die Magnetisierung des Meeresbodens registriert. Den Forschern geht es darum, Anomalien, also Veränderungen dieser Magnetisierung zu finden und damit eine detaillierte Rekonstruktion der Kontinentalverschiebung entwickeln zu können. Die Magnetisierung des Meeresbodens ändert immer wieder die Richtung von Nord nach Süd oder anders herum. Dabei fungiert die Längsachse zwischen den magnetischen Polen unseres Globus als eine Art Stabmagnet. Tritt bei Kontinentalverschiebungen vulkanische Magma aus dem Erdinneren, erstarrt diese bei einer bestimmten Temperatur und behält die vorherrschende Richtung der Magnetisierung bei. Aus den unterschiedlichen Schichten mit der entgegengesetzten Magnetisierung lässt sich nun die Kontinentalverschiebung rekonstruieren.

Kopsch startet die Geräte im Inneren des Helikopters und positioniert sein Notebook in der Mitte des Helikopters, um einen guten Blick auf das Display von Rückbank aus zu haben. Darauf zu sehen ist ein selbstentwickeltes Programm zur Überwachung und Sicherung der Flugdaten. Die Messungen dauern im Durchschnitt 2 Stunden und führen das Team über das offene Meer. Überlebensanzüge sind Pflicht, genauso wie ein Notfallschlauchboot auf dem linken Vordersitz. In den engen und unbequemen Gummianzügen ist das Einsteigen und Festgurten im Helikopter ein wahrer Akt und auch während des Fluges fühlt sich die „zweite Haut“ nicht komfortabler an.
Dann startet der Pilot Anton Rudolf die Bo105 und steigt ganz langsam vom Deck der Polarstern. Der „Bird“ wird dabei vom Bodenpersonal gehalten und erst im letzten Moment frei gelassen, wenn keine Gefahr mehr besteht das das empfindlichen Instrument noch einmal auf dem Deck anstößt. Größe Gefahr hierbei sind die Wellenbewegungen die das Heck der Polarstern gute 2 Meter auf und ab bewegen.

Der Pilot nimmt Kurs auf das geplante Messgebiet und während der nächsten 2 Stunden hält Rudolf den Helikopter konzentriert und möglichst genau auf der vorgegebenen Messlinie. Kopsch überprüft und notiert immer wieder die Messwerte und währenddessen ziehen die leuchtenden Eisberge am Fenster vorbei. Manche in weiter Entfernung und andere direkt neben oder unter dem Helikopter und selbst Kopsch ist nach unzähligen Flugstunden immer noch fasziniert von der antarktischen Eiswelt.

Vorbereiten des “Birds“

Arbeit im Helikopter

Das Messgerät im Einsatz

Michael Trapp, 07.03.2007

Stoffwechselkreislauf der Meere

Eines der wenigen Projekte, die sich auf dieser Expedition nicht mit Geologie oder Physik beschäftigen wird von Chemiker Christian Schlosser aus Kiel geleitet. Der 30jährige Doktorant interessiert sich besonders für die Funktionsweise des biogeochemischen Eisenkreislaufs in den Weltmeeren. Die Antarktis ist in dieser Hinsicht ein einmaliger Fall, denn im Südpolarmeer existiert eine Begrenzung von Eisen, welches mitunter das Wachstum von Phytoplankton bestimmt. Diese Kleinstlebewesen sind der erste Baustein in der maritimen Nahrungskette und ohne deren Existenz wäre eine weitere Entwicklung von Lebensformen unmöglich. In der Antarktis ist diese Voraussetzung durch die Limitierung von Eisen nur begrenzt gegeben.

Um Rückschlüsse auf das Wachstumspotential von Lebewesen zu bekommen, erforscht der Chemiker die potentielle Eisenlöslichkeit des Meerwassers, in dem er zunächst verschiedene Proben mit dem radioaktiven Isotop Eisen 55 versetzt. Die Eisenlöslichkeit wird nach dem heutigen Stand des Wissens im Wesentlichen durch den Salzgehalt, die Konzentration des Phytoplanktons, der Kohlendioxidkonzentration sowie der Temperatur des Wasser beeinflusst.

Versetzung der Proben mit dem Isotop Eisen 55

Mit Hilfe eines Liquid Scintillation Analyzers im Isotopenlabor werden die radioaktiven Zerfälle des Eisens aufgezeichnet und anschließend die Konzentration des gelösten Eisens (<0,02 Mikrometer) berechnet. Eine Fotozelle misst hierbei die Lichtblitze, welche durch die chemische Reaktion zwischen der radioaktive Strahlung und des Scintillation Cocktails entstehen. Die ermittelte Eisenlöslichkeit der untersuchten Wässer gibt Aufschluss über das Entwicklungspotential von Phytoplankton im Südpolarmeer.

Probenuntersuchung im Liquid Scintillation Analyzer

Lars Focke, Student der Fachhochschule Kiel, 05.03.07

Hydrosweep und Parasound

Punta Arenas im südlichen Chile: Die Polarstern, der modernste Eisbrecher der Welt liegt im Hafen. Eine wissenschaftliche Expedition geht zu Ende und die nächste beginnt. Die Biologen des Alfred-Wegener-Instituts verlassen das Schiff und die Geowissenschaftler heuern an. Der Wechsel des wissenschaftlichen Personals geht einher mit dem Umbau der Labore und so werden die biologischen Instrumente gegen geologische ausgetauscht.

Nur ein einziges Labor wird verschont. Es ist die einzige Einrichtung auf der Polarstern die fortlaufend betrieben wird: Hydrosweep und Parasound.

Hinter den abenteuerlich anmutenden Begriffen steht ein einfaches Prinzip. Vom Schiff aus werden mit einem Fächersonar Tonimpulse, so genannte “Beams”, in Richtung Meeresboden gesendet. Bei der Expedition ANT XXIII/9 des Alfred-Wegener-Institutes streuen 59 solcher Töne sich mit einem Ausgangswinkel von 90° nach unten und treffen dort auf den Grund. Je nach Beschaffenheit des Bodens wird das Signal reflektiert und von Sensoren am Rumpf der Polarstern registriert, bevor die nächsten 59 Signale ausgesendet werden. So entsteht entlang der Schiffsroute ein digitales Geländemodell des Meeresbodens.

Aufgabe der Geodaten an Bord ist es nun, diese Informationen zu interpretieren. Anhand dieser gewonnen Daten und mit Hilfe einer speziellen Software können sie nun ein detailliertes Bild des Meeresbodens konstruieren. Satellitenbilder skizzieren zwar auch einen groben Umriss, jedoch reicht deren Auflösung nicht für wissenschaftliche Zwecke aus.

“Parasound” ist ein weiteres Akustiksystem an Bord, das mit Hilfe von Schallimpulsen den Grund abtastet. Während Hydrosweep den Meeresboden flächenmäßig erfasst, arbeitet Parasound in die Tiefe. Die Tonimpulse dringen bis zu 50 Meter in den Meeresboden ein und liefern so Hinweise auf den inneren Aufbau der Meeresschlämme. Auf diese Weise werden günstige Stellen für Kernbohrungen ausgelotet. Dabei entnehmen die Forscher Sedimentschichten, die dann einen exakten Aufschluss über die Ablagerungen am Meeresgrund geben.

Doch nicht nur die Wissenschaftler interessieren sich für die Unterwassertöne der Polarstern: Auch neugierige Wale nehmen diese wahr und suchen ab und zu nach der Quelle des Tons. Kommt ein Meeressäuger dem Eisbrecher zu nahe, wird auf der Brücke sofort reagiert und die Hydrosweep- und Parasoundanlage abgestellt.

Wer denkt, dass seit Columbus eigentlich kein Neuland mehr entdeckt wurde liegt falsch: Erst 4% der Weltmeere sind exakt kartiert. Daher leisten die Abteilungen Hydrosweep und Parasound auf der Polarstern wahre Pionierarbeit.

Lars Focke, Student der Fachhochschule Kiel, 2.03.07

Wasserproben

Durch Wasserproben können unterschiedlichste Untersuchungen um den Zustand und die Veränderungen des maritimen Lebensraumes der Antarktis durchgeführt werden. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Proben aus den Tiefen des Meeres an Deck der Polarstern zu transportieren.
Zum einen gibt es auf der Arbeitsdeckebene, dem E Deck einen tiefen Schacht in der Mitte der Polarstern, der im freien Wasser unter dem Schiff endet und durch den während der Fahrt Proben genommen werden können.
Die zweite Methode ermöglicht die Wasserentnahme aus verschiedenen Tiefen des Meeres. Hierfür muss das Schiff aufgestoppt werden und die so genannte CTD (Conductivity, Temperature, Density) wird an einer der Bordwinden ins Meer gelassen. Die CTD beschreibt hierbei eigentlich nur die Messeinheit des Gerätes. Die eigentliche Konstruktion besteht aus einem Metallgestell, an welchem die 24 großen Kunststoffflaschen in einem Radius von knapp 2 Metern kreisförmig befestigt sind und in dessen Mitte sich die erwähnte CTD Messeinheit befindet. Der Windenführer an Deck lässt das Gerät auf die gewünschte Probentiefe herab und von Deck aus können die Wissenschaftler die Probenflaschen einzeln ansteuern. So wird die Winde beim Heraufziehen in verschiedenen Tiefen immer wieder angehalten, um eine Flasche nach der anderen zu schließen. Am Ende kommen die 24 Flaschen wieder an die Wasseroberfläche, gefüllt mit einer Menge Informationen aus den einzelnen Wasserschichten des Südpolarmeeres.

Christian Schlosser, Geologe aus Kiel nutzt ein weiteres Gerät zur Wasserprobenentnahme: Der so genannte “Fisch“, ein torpedoförmiges Gerät, welches während der Fahrt an einem Seil durchs Wasser gezogen wird. Mit Hilfe eines Auslegers wird der “Fisch“ einige Meter von der Bordwand entfernt gehalten, um zu verhindern, dass Kleinstteile des Unterwasserschiffes die Proben verunreinigen und die Werte der verschiedenen Untersuchungen beeinflussen.
Eine Pumpe an Deck befördert das Probenwasser durch einen langen Schlauch in das Auffanggefäß im Labor.
Schlossers Hauptanliegen liegt in den Untersuchungen des im Wasser enthaltenen Eisens. Dieses gibt Aufschluss über die Entwicklung von Phytoplankton, welches einen ersten Bestandteil der maritimen Nahrungskette darstellt und an dessen Entwicklung sich Veränderungen im Lebensraum des Südpolarmeeres erkennen lassen.

Instrument zur Wasserprobenentnahme (CTD)

Neumayer-Station und Forschung an Deck der Polarstern

Am 12.02.2007 ist die Polarstern auf ihrer Expedition ANT-XXIII/9 des Alfred-Wegener-Institutes an der Schelfeiskante nahe der Neumayer Station angekommen und hat zwei Tage günstigen Wetters genutzt, um die Ent- und Versorgung der Forschungsstation durchzuführen. Die Treibstofftanks wurden aufgefüllt und Lebensmittel mitgebracht. Während der Saison entstandener Müll, der nicht vor Ort entsorgt werden kann, muss auf die Polarstern geladen und von dieser aus der Antarktis transportiert werden.
Währenddessen bot sich den Forschern an Bord die Gelegenheit die Arbeitsumgebung der Kollegen auf dem Eis zu besichtigen und mehr über die verschiedenen Forschungsgebiete vor Ort zu erfahren. In der antarktischen Sommersaison bietet die Station Forschern aus der ganzen Welt Lebens- und Arbeitsräume, im Winter wird der Betrieb von einer deutschen Überwinterungsgruppe gesichert.

Am 13.02. hieß es in den Abendstunden dann Abschied nehmen und die Polarstern schob sich langsam von der Eiskante weg und begann ihre weitere Fahrt in das endgültige Forschungsgebiet, die Prydz Bucht.
Die zurückbleibenden Überwinterter der Neumayer Station waren noch lange auf dem Eis zu sehen. War die Polarstern doch das letzte Forschungsschiff zu Besuch, bevor der antarktische Winter andauernde Dunkelheit bringt.

An Bord bereiten sich die Forscher weiter auf ihren sich nahenden Einsatz im Forschungszielgebiet vor. Die ersten Gruppen packen und überprüfen ihre Ausrüstung für den Aufenthalt im Gelände. Zelte werden testweise aufgebaut, Proviant eingepackt und die technische Ausrüstung kontrolliert. Jeder will bereit sein wenn es für mehrere Tage oder zum Teil Wochen in die antarktische Eiswelt geht.
Bis dahin schiebt sich die Polarstern durch das Eis und die Zeit wird für verschiedene Messprogramme genutzt. Die Forschungsgruppe um Olaf Klatt setzt in diesen Tagen die ersten Floats aus, die unterschiedliche Messdaten in verschiedenen Tiefen speichern und beim Auftauchen an der Wasseroberfläche diese per Satellit nach Deutschland senden. Die Daten sind direkt nach der Sendung durch das Float frei über das Internet verfügbar und werden zum Beispiel von Wetterstationen genutzt. Ziel ist es ein engmaschiges Netz mit Messdaten der Ozeane aufzubauen, um den Zustand und auftretende Veränderungen erfassen zu können.

Pünktlich zum ersten März, der Eröffnung des Internationalen Polarjahres wird das Deutsche Forschungsschiff soweit östlich in die Antarktis vorgedrungen sein wie nie zuvor.

Zufahrt für Schneemobile

Oberhalb der Neumayer-Station

Forscher bei der Arbeit

Antarktische Kulturen für die Marsforschung

“Aus wissenschaftlicher Sicht, muss ich davon ausgehen, dass es auf dem Mars leben gab oder so-gar gibt” erzählt uns der Mikrobiologe Dirk Wagner, Forscher des Alfred–Wegener-Institutes, For-schungsstelle Potsdam. Oft sei er wegen dieser Aussage schon als “SCIFICTION - Freak” bezeich-net worden.
Doch dem ist nicht so. Zu lange hat sich der Forscher dafür mit dem Thema auseinandergesetzt. Zuerst analysierten er und sein 7-köpfiges Team die Bedingungen des Mars. Die Tatsache, dass es Wasser auf dem Mars gibt, ist eine der fundamentalen Grundlagen für Leben. Eine andere ist das Vorkommen von Kohlendioxid und Wasserstoff, die für einige Lebensformen die Nahrungsgrund-lage bilden können wie für den Menschen das Brot. Die Grundlagen wären also optimal, wenn da nicht die hohen Temperaturschwankungen wären: Aufgrund des Fehlens einer schützenden Atmo-sphäre auf dem Mars schwanken die Temperaturen täglich zwischen -70° und +20°. Die Lebewesen dieses Planeten müssten also extrem resistent und anpassungsfähig sein.
Da Mars und Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden sind und ungefähr die gleiche Entfer-nung zur Sonne haben, hatten sie einst die gleichen Ausgangsbedingungen für Leben. Das erste Le-ben, dass auf der Erde entstanden ist, waren Mikroorganismen: Bakterien und Archaeen.
Dirk Wagner versuchte mit einer speziell dafür entwickelten Apparatur die Bedingungen auf dem roten Planeten zu simulieren. Verschiedene irdische Kleinstlebewesen sollten nun in diese künstli-che Marswelt eingesetzt werden. Hierfür hat er besonders resistente Stämme (z.B. Methanosarcina SMA-21) aus dem Permafrost der sibirischen Tundra ausgewählt. Diese Organismen sind an Kälte, Dunkelheit und fehlenden Sauerstoff gewöhnt und somit optimal für die Untersuchungen der Le-bensbedingungen auf dem Mars.
Das Experiment brachte erstaunliche Ergebnisse: Die Permafrost-Mikroorganismen behaupteten sich unter den Extrembedingungen und entwickelten sich normal weiter. Dies war der Nachweis, dass selbst unter diesen schwierigen Bedingungen Leben möglich sein könnte.
In der antarktischen Prydzbucht sucht Dirk Wagner nun nach weiteren Mikroorganismen, die im Permafrost der Antarktis leben. Suchen wird er auf den Larsemannbergen und den Rauer-Inseln.
Die Existenz von Leben auf dem Mars ist gar nicht so unwahrscheinlich. Immer wieder zeigt sich, wie anpassungsfähig Lebewesen sein können. Beispielsweise haben sich in einem rumänischen Höhlensystem völlig autarke Lebensformen entwickelt. Diese Miniaturwelt war nachweislich über mehrere millionen Jahre von der Außenwelt abgeschnitten. In dieser Zeit haben sich völlig eigene Lebensformen entwickelt, die denen der “normalen” Erde erstaunlich ähnlich sehen. Sie sind durch-sichtig und haben meist keine Augen wodurch sie ihrer dunklen Umwelt einfach perfekt angepasst sind.
Auch in der Antarktis gibt es einen ähnlichen Lebensraum: Der Lake Vostok. Unter der russischen Station Vostok am Kältepol der Erde liegt unter der dicken antarktischen Eisschicht ein See. Dieser gefriert aufgrund des hohen Drucks nicht. Wissenschaftler vermuten, dass sich in dieser isolierten Welt eigenes Leben entwickelt hat und Aufschluss über die Entstehung des Lebens auf der Erde geben kann. Die russischen Forscher haben die 3,5 km dicke Eisschicht fast durchbohrt, um an den See zu kommen. Man hat den See aber noch nicht angebohrt, um keine Fremdkörper von Außen in dieses isolierte System einzuschleusen. Zusammen mit amerikanischen Forschern entwickelt man nun ein Konzept, wie man dieses einzigartige Überbleibsel aus alter Zeit wissenschaftlich nutzbar machen kann, ohne es dabei zu zerstören.
Etwa 1000 Kilometer entfernt von der russischen Station Vostok sucht Dirk Wagner in den nächs-ten Wochen im Permafrost nach weiteren Mikroorganismen, um seine Experimente weiter voran zu bringen. Nur durch weitere Forschung kann er zum Verständnis der Entstehung des Lebens auf der Erde und möglicherweise auch auf anderen Planeten beitragen.

Marssimulationskammer

Spinnentier in der rumänischen Movile Höhle

Lake Vostok am Kältepol in der Antarktis

„MABEL“

Das Deutsch – Italienische Gemeinschaftsprojekt „MABEL“, durchgeführt vom INGV (Instituto Nazionale di Geofisica Vulcanologia) und TU Berlin (Technische Universität Berlin) wird während der Polarstern Antarktis Expedition ANT-XXIII/ 9 das erste wissenschaftliche Projekt sein, für das das Forschungsschiff auf seinem Kurs in Richtung der Neumayer Station aufstoppt. Mabel ist ein Tiefsee Observatorium, welches vor einem Jahr in Deutsch – Italienischer Zusammenarbeit in einer Tiefe von über 1800 Metern auf den Meeresboden abgelassen wurde. Während dieses Jahres haben die verschiedenen Messinstrumente an Bord Daten aufgenommen, verarbeitet und auf Festplatten gespeichert. Die bordeigenen Instrumente umfassen einen Seismografen ein CTD (Conductivity, Temperature, Density), Transmissometer, Strömungs- und Geschwindigkeitsmesser, Ph und EH Messgerät und ein Wasserprobennehmer.
Die Aufgabe der Mabel Crew während der Expedition ist es, das Observatorium vom Grund des Meeresbodens zu bergen. Dies geschieht mit Hilfe eines zweiten Gerätes, genannt MODUS (Mobile Docker for Underwater Sciences) welches den Gegenpart zu MABEL darstellt. Es erinnert an eine große trichterförmige Tauchglocke, in deren Mitte die Aufnahmevorrichtung für den an MABEL installierten Verbindungszapfen liegt. Per GPS wird die Bergungsstelle von Bord angesteuert, danach lässt das Team MODUS langsam an einem dicken Stahlseil in die Tiefe.
Mehrere große Scheinwerfer, 4 Kameras, Sonar und ein eigener Antrieb machen die exakte Arbeit mit MODUS möglich. Stromversorgung, Steuerungsbefehle und die Videosignale werden in einem in dem Stahlseil liegenden Glasfaserkabel transportiert. Ist MABEL am Meeresgrund ausgemacht, muss MODUS draufgesetzt und der Verbindungszapfen in der vorgesehenen Aufnahme arretiert werden. Sobald dies geschehen ist, kann MABEL aus der Tiefe gezogen werden. Vorsicht gilt dann noch einmal beim Auftauchen an der Oberfläche. Frei schwebend an dem Stahlseil besteht die Gefahr, dass Mabel von Wind oder Wellen an die Bordwand der Polarstern gedrückt wird.
Bei erfolgreicher Bergung ist MABEL das erste multidisziplinäre Tiefseeobservatorium, welches in Polargebieten im Einsatz war. Die Vorteile solcher Stationen auf dem Meeresgrund liegen in der Erfassung vieler verschiedener wissenschaftlicher Daten über lange Zeiträume und in frei wählbaren Abständen. Sie erweitern die traditionelle Möglichkeiten der Forschung von Schiffen oder Stationen aus.
MABEL ist ein zukunftweisendes Beispiel für weitere Tiefseeobservatorien in polaren Gebieten und deren Technik, bis hin zum Aufbau umfangreicher Tiefsee Netzwerke, in denen mehrere solcher Observatorien zusammenarbeiten und zeitgleich wissenschaftliche Daten an verschiedenen Orten aufzeichnen. Ein Vorgängerprojekt war Orion (Ocean Research by Integrated Observitory Networks), welches 2003-2005 in Deutsch –Italienischer Zusammenarbeit im Mittelmeer über 14 Monate in 3320 Meten erfolgreich durchgeführt wurde.

MODUS wird zu Wasser gelassen

Technische Daten:
Länge: 3,00 Meter
Breite: 3,00 Meter
Höhe: 2970 inklusive Docking Pin
Gewicht: 1050 Kg in der Luft, 750 Kg im Wasser
Kabelgewicht: 2350 Kg/m, 1700 Kg/m im Wasser
Tiefste Tauchtiefe: bis 6000 Meter Tiefe

Wissenschaftliche Instrumente:
Breitband Seismometer:
Erfassung von Erdbebenereignissen

CTD:
Über Leitfähigkeit, Temperatur und Dichte wird der Salzgehalt bestimmt

Transmissometer:
Messung der Trübung de im Wasser enthaltenen Schwebteil

Strömungs- und Geschwindigkeitsmesser:
Erfasst Werte in Betrag und Richtung

pH and Eh Messgerät:
Für chemische Grundparameter für Wasseranalysen
Wasserprobennehmer
Wasserentnahme im 8-tages Rhythmus für ein Jahresprofil

Ausgang des Mabel Projektes

Nach einem schweren Sturm waren die Vorraussetzungen für die Mabel Bergung alles andere als optimal. Das Deutsch Italienische Team um Prof. Hans Gerber hat schon viele Erfahrungen bei ähnlichen Bergungen aus weitaus größeren Tiefen im Mittelmeer sammeln können. Doch in der Antarktis spielen weitaus mehr Faktoren bei einem solchen Unterfangen eine tragende Rolle.
Auch nach über 6-stündiger Suche nach dem Tiefseeobservatorium „Mabel“ mit dem Bergungsgerät „Modus“ konnte die Messstation auf dem Meeresgrund nicht ausfindig gemacht werden. Die Polarstern hat durch verschiedenste Manöver ein ganzes Netz um die bekannte Position abgefahren, allerdings ohne Erfolg.
Extreme Wetterbedingungen, Wellengang und Eisbewegungen, ließen die Geräte anders reagieren als gewohnt und die ungewohnten Beanspruchungen Materialverschleiß weitaus eher eintreten, als in gemäßigten Gebieten. Ein weiterer Tauchgang unter diesen Umständen wäre sehr riskant und das Bergungsgerät „Modus“ bei einem Scheitern womöglich in der Tiefe des Meeres verloren. Grund genug für die Wissenschaftler weitere Bergungsversuche abzusagen und sich lieber weiter um Details zu kümmern, warum „Mabel“ selbst mit Hilfe des Sonars nicht gefunden werden konnte. Diese Erkenntnisse werden grundlegend sein, um einen weiteren Bergungsversuch starten zu können. Die Reaktionen der Station auf gesendete Anfragen in Form von akustischen Signalen beweisen, das „Mabel“ noch da unten liegt, irgendwo in über 1800 Metern Tiefe und zudem scheinbar voll in Takt.

Erste Geologische Forschung während ANT-XXIII/9

Während auf den Arbeitsdecks der Polarstern fleißig gearbeitet wird und der Fahrtleiter Hans – W. Hubberten vom Alfred Wegener Institut Potsdam in Zusammenarbeit mit Kapitän Schwarze immer wieder den Kurs und neue Stationen plant, geht es für den Geologen Duanne White aus Australien das erste Mal mit dem Helikopter ins Gelände. Mit dabei ist der aus der Schweiz stammende Mineraloge Roland Oberhänsli von der Universität Potsdam.

Vom Helikopterdeck beginnt die ungewöhnliche Dienstreise in süd-östlicher Richtung entlang der Casey Bucht zum Rayner Gletscher im Enderby Land. Dort hatten sich die Forscher auf Karten schon an Bord besondere Stellen ausgesucht, an denen sie Untersuchungen durchführen und Proben entnehmen wollen. Die Fragestellung der Forschung handelt von dem Eisrückgang in diesem Gebiet, dessen Zeitraum und Geschwindigkeit Rückschlüsse auf Klimaveränderungen in der Vergangenheit der Erde geben.
Wird das Gestein durch den Rückgang oder das Schmelzen des Eises freigelegt, ist es dem Sonnenlicht und anderen kosmischen Strahlungen ausgesetzt. Die im Gestein entstandenen Strahlungsschäden kann man im Labor mit Hilfe von Isotopen - chemischer Methoden ermitteln und an der Intensität erkennen, wie lange das Material schon freilag. Viele verschiedene Proben ermöglichen so eine Rekonstruktion des Eisrückganges. Insbesondere an hohen Spitzen, welche inmitten oder an den Rändern von Gletscherläufen liegen, bieten sich diese Untersuchungen an. Sie werden beim Rückgang der Eismassen als erstes freigelegt und sind durch tiefe Kratzspuren gezeichnet von der Kraft der fließenden Eismassen.
Diese stummen Zeugen der Geschichte geben Rückschlüsse über die Ausdehnung der Vereisung dieser Gebiete, über lange Zeiträume.

In den Abendstunden kommen die Geologen zurück, begeistert von einem erfolgreichen Tag auf dem antarktischen Kontinent. Inzwischen liegt die Polarstern in einem dichten Eisfeld und ist umgeben von einer bizarren Landschaft aus weißer Weite und in der Sonne strahlenden Eisbergen. Ein Moment, den man gerne festhalten würde, um ihn in vollen Zügen zu genießen. Doch schon ertönt das Horn des Forschungsschiffes und es geht weiter in östlicher Richtung.

Prof. Dr. Oberhänsli und Duanne White im Gelände

Gesteinsprobenentnahme