ARK-XXVI/3, Wochenbericht Nr. 2
CTD-Sonde mit Wasserschöpfern. Foto: Benjamin Rabe, Alfred-Wegener-Institut
14. – 21. August 2011
Vor - und Nachteile von mürbem Eis
Das Ziel unserer Expedition ist es, die Veränderungen in der Arktis zu erfassen. Aber wie in jedem Ozean sind auch in der Arktis die räumlichen Unterschiede groß, weit größer als die zu erwartenden zeitlichen Schwankungen. Alleine die Werte der Meereisdicke reichen von offenem Wasser in den südlichen Schelfmeeren bis zu 4 bis 5 m vor Grönland, wo der Wind Eis, das schon viele Jahre durch die Arktis treibt, zusammenschiebt. Das Ozeanwasser ist sehr salzarm im pazifischen Sektor und in den Schelfmeeren, wo die großen sibirischen und nordamerikanischen Flüsse münden, und es ist salzreich im atlantischen Einstrombereich. Ähnlich starke Gradienten gibt es in den geochemischen und biologischen Parametern. Da wir nicht die gesamte Arktis vermessen können, fahren wir wenige Strecken entlang solcher Gradienten ab und vergleichen unsere Aufnahmen mit denen früherer Expeditionen.
In der vergangenen Woche haben wir uns entlang von 60°E weit nach Norden vorgearbeitet, wobei uns die nicht sehr kompakte Eisdecke gut vorankommen ließ. Wir querten das Nansenbecken und den Gakkelrücken – das ist die Verlängerung des Mittelatlantischen Rückens in der Arktis - und dann das nächste, das Amundsenbecken. Dabei kreuzten wir mehrfach das Stromband atlantischen Wassers, das sich entgegen dem Uhrzeigersinn an den topographischen Strukturen (Kontinentalhänge und Rücken) entlang in Richtung Framstraße zwischen Grönland und Spitzbergen bewegt, wo es die Arktis wieder verlässt. Auf diesem Weg kühlt sich das Wasser ab, vermischt sich mit salzarmem Wasser und sinkt teilweise in tiefere Schichten ab. Es gibt auch nicht nur einen Stromarm atlantischen Wassers, sondern zwei, die in der Arktis ein sehr unterschiedliches Schicksal erfahren und daher anhand ihres Salzgehalts, ihrer Temperatur und vieler anderer Parameter gut zu unterscheiden sind. Gleichzeitig geben diese Parameter Auskunft darüber, welchen Umwandlungsprozessen das Wasser unterworfen war.
Verteilung der Temperatur auf einem Schnitt durch den Arktischen Ozean entlang von 60°E. Für die Lage des Schnittes siehe iup.physik.uni-bremen.de/amsr/Polarstern_visual.png Graphik: Benjamin Rabe, Alfred-Wegener-Institut
Um uns ein „Bild“ von diesen Entwicklungen und ihren möglichen Veränderungen zu machen, haben wir im Abstand von ca. 30 km das Wasser von der Oberfläche bis zum Boden beprobt. Zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften des Wassers messen wir vom Schiff aus mit elektronischen Sensoren in einem so genannten CTD-System (Conductivity, Temperature, Depth) ein Vertikalprofil von Temperatur, Druck, elektrischer Leitfähigkeit (daraus wird der Salzgehalt abgeleitet), Sauerstoff, Fluoreszenz und Trübung etwa im Zentimeterabstand. 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. Die aktuelle Vertikalverteilung etwa der Temperatur und der Fluoreszenz vor Augen, können Chemiker und Planktologen entscheiden, aus welcher Tiefe sie Wasserproben haben wollen. Denn die CTD-Sonde ist mit einem Kranz von Wasserschöpfern kombiniert, die gezielt geschlossen werden können. Aus diesen Wasserproben wird in den Bordlaboren eine Fülle von weiteren Parametern bestimmt. Eine Serie solcher Profile im Abstand von wenigen Kilometern gibt die Verteilung der gemessenen Parameter auf einem Querschnitt durch den Ozean. Unser Schnitt entlang 60°E zeigt ein erstes Ergebnis: Der atlantische Einstrom ist seit 2007 etwas kälter geworden!
Ein bisschen Kummer macht uns das Wetter. Seit wir im Eis sind, schaufeln Tiefdruckgebiete feuchte warme Luft in die hohe Arktis und so haben wir die Sonne nur noch halbstundenweise gesehen. Stattdessen gibt es Nebel und tiefliegende Wolken und damit ist die Sicht so schlecht, dass unsere Hubschrauber nicht fliegen können. Und so kommt ein wichtiger Teil unseres Programms, die Eisdickenmessungen mit dem so genannten EM-Bird, nicht so recht zum Zuge. Die Eisdicke kann man am einfachsten ermitteln, indem man ein Loch ins Eis bohrt. Auf diese Weise erhält man natürlich nur Punktmessungen, die bei der stark strukturierten Eisdicke (die Bandbreite geht auf einer einzelnen Scholle über mehrere Meter) kaum aussagekräftig für größere Gebiete. Das andere Extrem sind Satellitenbeobachtungen, die aber bezüglich der Eisdickenmessung z.B. durch die Mission Cryosat, noch mit sehr großen Unsicherheiten behaftet ist. Desto wichtiger ist die Zwischenstufe, die wir hier an Bord betreiben, indem wir das gleiche Messprinzip verwenden wie der Satellit, aber die Eisphysiker an Bord betreiben es von einem Hubschrauber aus oder gar von einem Kanu direkt auf einer Eisscholle.
Nebel und Schmelztümpel, Schmelztümpel und Nebel. Foto: Gruppe Meereisphysik, Alfred-Wegener-Institut
Derzeit ist es allerdings nicht so einfach, überhaupt eine geeignete Scholle für Eisarbeiten zu finden. Das Eis ist übersät mit Teichen, die zwar hübsch aussehen, aber die Schollen mehr und mehr porös gestalten. Das Teichwasser ist geschmolzenes Meereis. Das meterdicke Meereis taut im Sommer an der Oberfläche auf. Selbst ein sehr flacher Schmelztümpel reflektiert die Sonneneinstrahlung (auch die durch Wolken) schon nicht mehr so stark wie die verwitterte weiße Eisoberfläche, sondern er absorbiert die Energie, was das Schmelzen noch verstärkt.
Solche durchlöcherten Schollen sind viel instabiler als durchgehend gefrorene und beim Versuch mit dem Schiff an einer mit Schmelztümpeln übersäten Scholle anzulegen, bricht sie natürlich schneller entzwei. Für die zweite große Eisstation am Freitag haben wir 5 Stunden nach einer geeigneten Scholle gesucht … Schlussendlich erfüllte eine Scholle dann alle Anforderungen: stabile Kante zum Anlegen des Schiffs mit der Backbordseite, Wind von der richtigen Seite um das Schiff stabil zu halten, hinreichend offenes Wasser auf der Steuerbordseite um parallel CTD-System und Netzen fahren zu können – und vor allem die diversen Anforderungen für die umfangreichen physikalischen, biologischen und chemischen Untersuchungen. Davon ausführlicher im nächsten Bericht; jetzt fahren wir erst einmal zum Nordpol.
Beste Grüße von allen an Bord,
Ursula Schauer