5. Dezember - 13. Dezember 2007

Am Dienstagmittag, den 5. Dezember fiel ein Instrument über Bord, natürlich beabsichtigt. Polarstern hatte die Position der ersten umfangreichen Probennahme erreicht, die Station 13 der 24. Antarktisreise. Mit dem Frei-Fall-Lander werden die biologischen und geochemischen Prozesse in den obersten 10 Zentimetern des Tiefseesediments in 3000 m Wassertiefe für 24 Stunden aufgezeichnet. In den obersten Millimetern und Zentimetern des Sedimentes findet sich oft frisch abgesunkenes Planktonmaterial. Sobald dieses auf den Tiefseeboden auftrifft, der sonst arm an organischen Kohlenstoff-, Stickstoff und Phosphorverbindungen ist, erhöhen sich die Umsatzraten der Bodenfauna, die sich vor allem aus Bakterien, Einzellern und niederen Tiergruppen (z.B. Kammerlingen - Foraminiferen) zusammensetzt. Dadurch wird u. a. Sauerstoff verbraucht und der pH Wert sowie Nährsalzkonzentrationen im Boden ändern sich. Je aktiver die Bodenfauna auf solche Ablagerungen reagiert, desto stärker ändern sich die Messwerte in Abhängigkeit von der Eindringtiefe. Im Umkehrschluss gibt der Tiefenverlauf dieser Parameter im Sediment Aufschluss über die Intensität der entsprechenden Umsatzraten.

Weil alle Messungen an einer unberührten Sedimentoberfläche durchgeführt werden müssen, kamen nacheinander mehrere, speziell hierfür entwickelte Instrumente zum Einsatz: der 3D-Mikroprofil Lander, die Freifall-Amphipodenfallen, der Multicorer, der Großkastengreifer, die Tiefseekamera, der Epibenthosschlitten, das Agazzis Netz und der Bodenwasserschöpfer. Der Lander ähnelt einer Mondlandefähre, mit drei ausladenden, eisenbeschwerten Füßen und einer zentralen Sondeneinheit, die mit Mikrosensoren, millimeterdünnen Glaskapillaren, bestückt ist. Diese 11 Sensoren mit 0,05-0,1 mm spitzen Messköpfen erlauben es, auch winzige Sauerstoffänderungen mit hoher vertikaler Auflösung zu messen. Der Lander wird frei schwebend von Bord aus in das Wasser gesetzt und dann ausgeklinkt. Durch das Eigengewicht sinkt das Gerät mit ca. 1 Meter pro Sekunde zum Meeresboden. Während einer Ruhezeit von ca. 30 Minuten am Boden driftet die durch die Landebeine aufgewirbelte Sedimentwolke weg. Dann setzen zeitgeschaltet mehrere Vorgänge ein: Ein Schrittmotor dreht eine Gewindestange und senkt dadurch die Mikrosensoren langsam in den Meeresboden. Die Messwerte werden in Tiefenstufen von 0,5 mm aufgezeichnet. Dieser Vorgang wird 9 Mal wiederholt und danach sieht der Boden aus wie ein durchlöcherter Schweizer Käse. Die so gewonnen Daten erlauben eine dreidimensionale Rekonstruktion der Sauerstoffkonzentration im Sediment und eine zweidimensionale Beschreibung der Menge von eingetragenem Kohlenstoff in einem Messfeld von 18x34 cm. Nachdem noch eine Bodenwasserprobe genommen wurde, wird der Ballast des Landers durch einen akustischen Impuls ausgeklinkt. Durch die 16 hohlen Auftriebskörper aus druckfestem Glas angetrieben, steigt der Lander wieder an die Meeresoberfläche, wo er ein Radiosignal und eine GPS-Positionsangabe aussendet und nachts zusätzlich durch ein Blitzlicht seine Position mitteilt.

Die Zeit, in der der Lander am Boden seine Arbeit verrichtete, nutzen wir zum Einsatz der anderen Geräte. In einem weiteren Freifallinstrument, der Amphipodenfalle, werden Fischköder ausgebracht, deren Geruch aasfressende Organismen anlockt. Nahrungseinträge in die Tiefsee sind selten und die agilen Tiere können verwesendes Fleisch noch in kleinsten Konzentrationen riechen.

Da wir während der Expedition die Zusammenhänge zwischen Ozeanzirkulation, Planktonproduktion, dem Absinken organischen Materials – alles Themen zukünftiger Berichte – und der Reaktion der Tiefseetiere untersuchen, haben wir an der ersten Station alle Geräte eingesetzt. Neben einer umfangreichen Probenahme aus der Wassersäule wurden zahlreiche Geräte auf dem schlammigen Tiefseeboden abgesetzt. Der Multicorer sieht aus wie eine überdimensionale Meerespinne mit langen Stelzenfüßen. Der Mittelkörper besteht aus Bleiplatten unter denen 12 Plexiglasröhren senkrecht nach unten zeigen. Am Windendraht zum Meeresboden gefiert, setzen die Stelzen so auf, dass im Mittelbereich des MUC die Sedimentoberfläche nicht verwirbelt wird. Durch eine hydraulische Dämpfung verlangsamt, drücken die Bleigewichte die Plexiglasröhren dann stetig bis zu 30 cm tief in das Sediment. Wird der MUC am Draht wieder gehievt, klappen Verschlussdeckel zu und verhindern damit ein Ausrutschen des Sediments nach unten und einen Austritt des eingeschlossenen Bodenwassers. Der Großkastengreifer wird ebenfalls am Tiefseedraht abgelassen und arbeitet ähnlich. Nur dass hier ein 50x50 cm großer Kasten aus Edelstahl durch Bleigewichte von etwa einer Tonne in das weiß-braune Sediment hineingedrückt wird. Die Wasserproben werden auf ihren Gehalt an Sauerstoff und Nährstoffen analysiert, um Rückschlüsse auf Stoffumsätze im Meeresboden zu gewinnen. Zusätzlich werden die Bodenproben aus beiden Geräten durch mehrere Maschenweiten gesiebt, um alle Organismen aus dem leichten Sediment herauszufischen. Das Geheimnis dieses Sediments wird unter dem Mikroskop sichtbar. Überreste einzelliger Kieselalgen des Planktons, der wichtigsten Primärproduzenten des Südozeans, bilden den Hauptanteil. Kieselalgen, auch Diatomeen genannt, stecken in einer lichtdurchlässigen Silikatschale, die nach dem Tod der Algen auf den Meeresboden absinkt - zumindest bei einigen Arten. Diese Glasschalen ermöglichen eine Rekonstruktion der Ozeanproduktivität der Vergangenheit. In unseren Proben fanden wir die Arten Fragilariopsis kerguelensis und Thalassiothrix spp., die typisch für Planktonblüten in diesen Meeresgebieten sind.

Die Anzahl von Organismen am Meeresboden war erstaunlich gering. Die Wissenschaftlerinnen verbrachten lange Stunden im Kühlcontainer bei 1°C hinter ihren Mikroskopen, um die wenigen Tiere aus dem Schlamm herauszupicken. Schnell wurde jedem klar, dass wenn überhaupt dann nur wenig Nahrung diesen Teil der antarktischen Tiefsee erreicht. Dennoch sind solche geringen Messwerte äußerst wichtig um Gebiete zu identifizieren, in denen eine starke Ozeanproduktivität an der Meeresoberfläche reichhaltiges Tiefseeleben ernährt. Über andere am Meeresboden eingesetzte Geräte werde ich später berichten.

Da unsere Arbeiten sich über den Nikolaustag hinaus erstreckten, haben wir die Geburtstagsparty der beiden Nikoläuse an Bord kurzerhand um einen Tag verschoben. Nach getaner Arbeit trafen sich Mannschaft und Wissenschaft im dekorierten Geräteraum des Schiffes und verbrachten gemeinsam vergnügliche Stunden mit Musik, Tanz, Getränken und Gesprächen.

Seit einigen Tagen sind wir nach dem Überqueren des 60sten Breitengrades wirklich in der Antarktis. Das Meereis ist mit 80 cm nicht sehr mächtig und Polarstern bahnt sich zügig ihren Weg südwärts. Die Dünung ist verschwunden aber das knirschende Brechen und die unregelmäßigen Stöße an dickere Schollen erinnern uns an die ungastliche Umgebung außerhalb der komfortablen Wärme hier an Bord. Sogar bei völlig bedecktem Himmel ist das Licht und sind die Reflektionen von der Eisdecke draußen so hell, dass wir Sonnenbrillen tragen und unsere Haut vor Strahlung schützen müssen.

Auch allen daheim wünschen wir eine so weihnachtliche Landschaft. Am Wochenende sind wir vermutlich bei der Neumayer-Station und freuen uns schon, den weißen Kontinent zu betreten.

Uli Bathmann
13. Dezember 2007