ARK-XXII/2, 2. Wochenbericht
6.– 12. August 2007
Saubere Rostmessungen in der Tiefsee
Eines der Programme unserer Reise zielt darauf, biogeochemische Kreisläufe in der Arktis besser zu verstehen. Viele Stoffe werden aus den riesigen sibirischen und nordamerikanischen Flüssen in die Arktis getragen oder gelangen aus dem Pazifik oder dem Atlantik ins Nordpolarmeer. Andere wehen mit dem Wind heran. Anhand ihrer jeweiligen Verteilung im Wasser kann man Ausbreitungswege verfolgen und so Meeresströmungen und die Bewegung des Meereises bestimmen. Auf der anderen Seite beeinflusst die Mixtur chemische und biologische Prozesse in der Arktis.
Zur Bestimmung der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Wassermassen messen wir vom Schiff aus mit einer so genannten CTD-Sonde (Conductivity, Temperature, Depth) ein Vertikalprofil von Temperatur, Druck und elektrischer Leitfähigkeit (daraus wird der Salzgehalt abgeleitet) etwa im Zentimeterabstand von der Ozeanoberfläche bis zum Meeresboden. Die CTD-Sonde ist durch ein Einleiterkabel direkt mit dem Rechner im Labor verbunden, so dass wir dort am Bildschirm das Profil bis in drei- oder viertausend Meter Tiefe unmittelbar verfolgen und uns ein erstes Bild von der Schichtung der Wassermassen machen können. Mit der Sonde sind Wasserschöpfer verbunden, die in beliebiger Tiefe ebenfalls elektronisch geschlossen werden können. Die aktuelle Vertikalverteilung der Temperatur und des Salzgehalts vor Augen, können Chemiker und Planktologen entscheiden, aus welcher Tiefe sie Wasserproben haben wollen. Eine Serie solcher Profile im Abstand von wenigen Kilometern gibt die Verteilung der gemessenen Parameter auf einem Querschnitt durch den Ozean.
Auf unserer Reise haben wir gleich zwei dieser CTD/Wasserschöpfersysteme im Einsatz. Eines ist ein Standardsystem, das andere ist eine Neuentwicklung des Niederländischen Instituts für Meeresforschung (NIOZ) für „ultrasaubere“ Wasserproben. Man kann mit dem Standardsystem alle möglichen Stoffe untersuchen, aber nicht Spurenstoffe, die im Ozean in winzigen Mengen, auf einem Schiff und den Messgeräten aber in rauen Mengen vorkommen. Das gilt z.B. für Metalle wie Eisen, Kupfer, Zink und viele andere.
Auch wenn diese Metalle im Meer nur in geringen Konzentrationen vorkommen, so können sie doch große Bedeutung etwa für die Bioproduktion haben. Der bekannteste Fall ist die Eisenlimitierung für das Planktonwachstum im südlichen Ozean, wo zwar alle Grundnährstoffe wie Phosphat und Nitrat im Überfluss vor-handen sind, wo aber dennoch nicht mehr Plankton wachsen kann, weil nicht genug Eisen da ist. Der Fall ist vergleichbar mit ungesunder Ernährung bei uns: Berge von Schweinshaxen führen zu nichts, wenn man nicht ab und zu auch eine rohe Möhre isst. Unsere Angehörigen zuhause können aber beruhigt sein: unsere Köche bieten uns einen ausgesprochen abwechslungs- und vitaminreichen Speisezettel! Heute abend gab es z.B. blaue Kartoffeln; schon einmal probiert? Lecker!
Zurück zum Ultra-Clean-System: Dieses System besteht aus einem Titangestell, in dem die CTD-Sonde untergebracht ist und an dem 24 Wasserschöpfer befestigt sind. Statt des konventionellen Stahlkabels, das sofort alle Wasserproben kontaminieren würde, ist das Datenkabel hier von Kevlar ummantelt. Und um die Proben gar nicht erst mit der metallischen Schiffsumwelt in Berührung kommen zu lassen, wird das ganze System sofort, wenn es aus dem Wasser kommt, in einen Reinraumcontainer gefahren. Zu Beginn der Reise wagten Unbefugte kaum, während der Stationen überhaupt das Deck zu betreten, aber inzwischen sind wir mutiger und dürfen uns auch den Reinraumcontainer anschauen, denn er hat eine Schleuse, die man auch schmutzig betreten darf.
Für das Ultra-Clean-System ist diese Reise sozusagen die Premiere. Da es bisher ein solches System nicht gab, ist über die Verteilung von etlichen Spurenstoffen im Meer nur wenig und in der Arktis kaum etwas bekannt. Die Aufnahme auf ARKXXII-2 ist gleichzeitig der erste Beitrag zum internationalen Programm GEOTRACES, bei dem in den kommenden 10 Jahren die Verteilung in allen Ozeanen gemessen wird.
Wir hatten eigentlich vor den Schnitt entlang 34°E bis 87°N fortzusetzen, vom 200 m tiefen Schelf der Barentssee durch das 4000 m tiefe Nansenbecken bis zum Nansen-Gakkel-Rücken. Aber in der Mitte der Woche waren wir erst bei 84° 30’N und mühten uns durch das dichte Meereis. Das Eis war nicht einmal besonders dick. Messflüge mit dem EM-Bird, einer elektromagnetischen Sonde, die vom Hubschrauber aus eingesetzt wird, zeigten, dass die flachen Schollen nur etwa einen Meter dick waren. Aber ein Hochdruckgebiet nördlich von Franz-Josef-Land hatte mit leichtem, aber beständigem Südostwind das Eis zusammengeschoben, so dass so gut wie keine Lücken mehr zwischen den Schollen waren. Selbst ein Eisbrecher wie Polarstern braucht aber etwas Platz, um das gebrochene Eis irgendwohin zu schieben. Zudem produziert das Zusammenschieben des Eises durch den Wind dicke Eisrücken, und bei jedem Rücken braucht es erst recht mehrere Anläufe um sie durchzusägen. Da wir ohnehin vorhaben den Nansen-Gakkel-Rücken noch auf einem weiter östlichen Schnitt zu kreuzen, beschlossen wir, den Schnitt abzubrechen und nach Osten auf unseren nächsten Schnitt zu versegeln.
Auf dem Weg dorthin fuhren wir durch eine wunderschöne Seenlandschaft. Tausende von großen und kleinen Teichen umgeben uns, flache Teiche leuchten türkis und tiefe Teiche sind dunkelblau. Manche Teiche haben ein Loch im Boden, das dann fast schwarz ist. Das Teichwasser ist geschmolzenes Meereis. Das meterdicke Meereis taut durch die ganztägige Sommersonne an der Oberfläche auf. Selbst ein sehr flacher Schmelztümpel reflektiert die Sonneneinstrahlung schon nicht mehr so stark wie die verwitterte weiße Eisoberfläche, sondern er absorbiert die Energie, was das Schmelzen noch verstärkt. Auch vom Satelliten aus sieht eine Schmelztümpellandschaft natürlich anders aus als eine feste Meereisoberfläche. Schmelztümpel auf den Schollen können anhand ihrer Reflektivität nicht von offenen Rinnen zwischen den Schollen unterschieden werden und so wird die tatsächliche Eisbedeckung durch Fernerkundung unterschätzt. Mit diesem Problem befasst sich die Meereisgruppe der Universität Hamburg. Die Forscher messen vom Hubschrauber aus die Rückstreuung von Radarsignalen mit verschiedenen Frequenzen. Sie gehen davon aus, dass die Windwellenlängen auf den kleinen Teichen eine andere Zusammensetzung haben als die auf offenen Wasserflächen und dass daher Radarstrahlen anders gestreut werden. Wenn diese Unterscheidung stimmt, dann kann man sie auch auf die Satellitenmessungen übertragen.
Inzwischen haben auch die Geologen erste Sedimentproben aus der Tiefsee nördlich von Franz-Josef-Land erhalten, wo wir uns jetzt auf 62°E nach Süden bewegen. Hier geht es um Vereisungsgeschichte; davon mehr im nächsten Wochenbericht. Es schneit matschige Flocken und weht nasskalt aus Norden – wie Weihnachten in Bremerhaven!
Herzlichen Gruß nach Süden, Ursula Schauer