ANT-XXVI/4, Wochenbericht Nr. 5

4. Mai - 10. Mai 2010

Pünktlich um 8 Uhr am Morgen des 5. Mai rauscht der Backbordanker der Polarstern mit rasselnder Kette in der Naturbucht von Mindelo auf der kapverdischen Insel São Vicente zu Wasser. Der Grund für den Besuch der Republik Kap Verde – dem ersten überhaupt in der 28-jährigen Geschichte des Schiffes – sind wissenschaftliche Arbeiten, die das Kieler IFM-GEOMAR an einer Zeitserienstation nördlich der Kapverden durchführt. Diese wird seit etlichen Jahren in enger Zusammenarbeit mit dem INDP, dem nationalen fischereibiologischen Institut der Republik Kap Verde, betrieben. Der Hafenaufenthalt wurde daher nicht nur für das Zusteigen zweier weiterer Wissenschaftler und die Übernahme von wissenschaftlicher Fracht genutzt, sondern auch für einem kleinen Empfang für die Kooperationspartner vom INDP. Die kapverdischen Kollegen, die selbst über ein 22 m langes Forschungsschiff verfügen, waren von der Größe und Ausstattung der Polarstern höchst beeindruckt. Nach einer kurzen Vorstellung des wissenschaftlichen Programms mit anschließendem Interview für das kapverdische Fernsehen war dann jedoch rasch das Ende des Kurzaufenthalts gekommen, da es den strammen Zeitplan unserer Reise ANT-XXVI/4 einzuhalten galt.

Neben einem intensiven Beprobungsprogramm stand an der ozeanischen Zeitserienstation nördlich der Kapverden eine spannende Aufgabe vor uns: Es galt, einen Schwarm von Gleitern des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften zu bergen. Hierbei handelt es sich um hochmoderne Geräte, die einem Segelflugzeug gleich den Ozean „durchfliegen“ und dabei kontinuierlich Daten zu Temperatur, Salz-, Sauerstoff- und Chlorophyllgehalt sowie Trübung des Meerwassers aufzeichnen. Die Geräte, die ohne Antrieb nur durch Veränderung ihres spezifischen Gewichts im Meer auf- und absteigen und dabei durch ihre Flügel einen Vorschub erfahren, können mit einer Leistung von nur wenigen Watt monatelang im Einsatz bleiben. In einer mehrstündigen Aktion konnten unter Schlauchbooteinsatz alle vier Gleiter rasch gefunden und sicher an Bord gebracht werden, wo Mario Müller – ein Gleiterexperte vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften – sie sogleich einer gründlichen Inspektion und Reinigung unterzog und die wertvollen Datensätze in Sicherheit brachte.

Die Arbeitsgruppe, die ich in meinem 5. Wochenbericht vorstellen möchte, ist meine eigene am  Kieler IFM-GEOMAR mit engen Kooperationspartnern am Institut für Küstenforschung der GKSS in Geesthacht und dem Institut für Physikalische Chemie der Universität Kiel (Steffen Assmann, Meike Becker, Björn Fiedler, Gernot Friedrichs, Arne Körtzinger). Übergeordnetes Forschungsgebiet der Arbeitsgruppe ist der marine Kohlenstoffkreislauf und seine anthropogene Störung. Menschliche Aktivitäten – insbesondere die Verbrennung der fossilen Brennstoffe Erdöl, Erdgas und Kohle – haben seit Beginn der industriellen Revolution zu einem Anstieg atmosphärischer CO₂-Konzentrationen um knapp 40 % geführt. Der hiermit verbundene zusätzliche atmosphärische Treibhauseffekt ist Hauptursache des weltweit beobachteten Klimawandels. Der Weltozean ist ein riesiger Kohlenstoffspeicher und besitzt zudem ein gewaltiges Aufnahmepotential für anthropogenes CO₂ aus der Atmosphäre. Dieses führt zu einer erheblichen Abmilderung des Klimawandels. Zukünftige Klimaprognosen benötigen daher belastbare Informationen über die ozeanische Kohlenstoffsenke und ihre zukünftige Entwicklung in einem sich verändernden Klimasystem. Voraussetzung hierfür ist jedoch ein detailliertes Verständnis der Veränderlichkeit und der inhärenten natürlichen Variabilität des marinen Kohlenstoffspeichers und seiner physikalischen und biologischen Antriebsfaktoren. Die marine Kohlenstoffforschung steht dabei vor der schweren Aufgabe, hochpräzise Messungen in hoher räumlicher und zeitlicher Abdeckung des Weltozeans durchzuführen – eine Aufgabe, die nur in internationaler Zusammenarbeit lösbar ist.

Dem Aspekt sehr hoher Genauigkeitsanforderungen begegnen wir mit der Verbesserung der verwendeten chemischen Methoden und der Entwicklung und Erprobung neuer Mess-Systeme. Dabei zielen Entwicklungen vor allem auf Systeme, die auf autonomen Plattformen – z.B. Tiefseeverankerungen, profilierenden Tiefendriftern und Handelsschiffen – zum Einsatz kommen können, um auch dem Aspekt größerer raumzeitlicher Datenabdeckung gerecht zu werden. So wird auf dieser Reise ein in Kooperation mit der Kieler Firma Contros entwickelter Sensor zur Messung des CO₂-Partialdrucks im Dauereinsatz erprobt und in Tiefentests auch im Hinblick auf das Messverhalten bei raschen Temperaturänderungen und unter hohem Druck untersucht. Nach den erfolgreichen Tests soll dieser Sensor demnächst auf autonomen Tiefendriftern bei den Kapverden zum Einsatz kommen. Ein anderes Beispiel ist ein automatisiertes Analysesystem zur hochpräzisen Durchflussmessung des pH-Wertes. Hier konnte während der Reise eine sehr erfreuliche Präzision im Bereich von einigen Zehntausendsteln im pH-Wert erreicht werden. Im Moment laufen erste, ebenfalls recht optimistisch stimmende Experimente zu Verwendung des gleichen Systems für autonome Durchflussmessungen der Gesamtalkalinität, einer weiteren wichtigen Messgröße des marinen CO₂-Systems. Ein drittes Beispiel ist schließlich ein Cavity Ring-Down Spektrometer, dass zur Messung der ¹³C-Isotopie im Oberflächenwasser zum Einsatz kommt. Diese noch sehr junge Technologie erlaubt durch die effektive Länge des optischen Pfades von etlichen Kilometern extrem empfindliche Absorptionsmessungen in der Gasphase. In Verbindung mit einem Gas-Wasser-Equilibrationssystem können damit autonome Präzisionsmessungen des ¹³C/¹²C-Verhältnisses im marinen CO₂-System durchgeführt werden, die wichtige zusätzliche Einblicke in die zugrundeliegenden Prozesse des Kohlenstoffkreislaufs bieten. Nach den sehr guten Ergebnissen dieser Reise soll das Gerät demnächst auf einem Handelsschiff im völlig autonomen Betrieb zum Einsatz kommen.

Es grüßt herzlichst ein hochzufriedener Fahrtleiter,
Arne Körtzinger