29. August – 4. September 2011

Von Pol zu Pol

Vorige Woche berichteten wir von unserem Besuch am geographischen Nordpol; diese Woche passierten wir den magnetischen Südpol, der zurzeit nördlich von Kanada bei 84°N liegt. Während der erstere mit Sekt, einem Festmahl und einer sonnigen Eisstation gefeiert wurde, passierten wir den letzteren ohne Aufheben still bei Nacht, aber dennoch führt er seither zu allerhand Kopfzerbrechen und genervten Mienen. Denn der magnetische Südpol stört viele unserer Messungen - alle diejenigen, die auf eine Kompassangabe angewiesen sind. Das sind Strömungsmessungen, die neben dem Betrag die Richtung der Geschwindigkeit brauchen, und das ist zurzeit vor allem der Betrieb des kabelgesteuerten Unterwasserfahrzeugs „Alfred“, mit dem wir auf den Eisstationen messen, wie es unter dem Eis aussieht.

Von oben betrachtet stellt sich das Packeis des Arktischen Ozeans als eine große weiße Fläche dar, die durch Rinnen offenen Wassers und durch Eisrücken an zusammengepressten Schollenrändern gegliedert ist. Allgemein reflektiert diese Fläche ca. 90% der einfallenden Sonneneinstrahlung. Meereis hat also eine hohe Albedo, anders als das offene Wasser, welches nur ca. 7% reflektiert und den Großteil der Energie absorbiert.

Doch was passiert mit dem Anteil der Sonneneinstrahlung, der nicht von der Eisoberfläche reflektiert wird? Wie viel davon wird z. B. zur Erwärmung von Schnee und Eis und schließlich zum Schmelzen verbraucht? Wie viel Licht, und damit Energie, erreicht die untersten Schichten des Meereises und die oberste Schicht des Ozeans und steht dort als Energiequelle für Organismen, z.B. deren Photosynthese, zur Verfügung? Wie verändert sich neben der Menge des Lichtes seine Farbe (das Spektrum) auf dem Weg von der Atmosphäre in den Ozean?

Die Menge des Lichtes unter dem Eis hängt vor allem von der Menge und den physikalischen Eigenschaften des Schnees auf dem Meereis ab, aber auch von den Eigenschaften des Meereises selber. Natürlich spielt auch die Dicke des Meereises eine Rolle - besonders jetzt im Sommer, wenn der Schnee geschmolzen ist. So können mit den Eis- und Schneeparametern die Menge und Farbe des Lichtes unter dem Eis innerhalb weniger Meter stark variieren. Schmelztümpel und offenes Wasser fungieren geradezu als „Fenster zum Ozean“.

Obwohl Strahlungsmessungen im eisbedeckten Ozean die Grundlage für die Behandlung der physikalischen und biologischen Fragestellungen sind, gibt es bislang nur sehr wenige Untersuchungen. Ein wesentlicher Grund ist, dass solche Messungen unter Schnee und Meereis wesentlich aufwändiger und schwieriger sind als an der Oberfläche. Flächenhafte Messungen unter dem Eis, die für die Quantifizierung der geschilderten Phänomene notwendig sind, fehlen völlig.

Die Meereisphysiker wollen mit ihrer Arbeit während TransArc dieser Lücke zu Leibe rücken. Während jeder Eisstation zieht die Gruppe über die Scholle, um großräumig Sonnenlicht (kurzwellige Strahlung) über und unter dem Meereis zu messen. Unter dem Eis setzen sie „Alfred“ ein, ein kabelgesteuertes Unterwasserfahrzeug (engl. Remotely Operated Vehicle, ROV). Alfred ist mit Lichtsensoren für verschiedene Farben (Spektralradiometern) ausgestattet und wird über eine Schollenkante oder durch ein Loch im Eis betrieben.

Als besonders praktisch haben sich hierbei durchgeschmolzene Schmelztümpel in möglichst ebenem Eis herausgestellt. Zwei Piloten bedienen das ROV von einem Zelt auf dem Eis aus. Sie navigieren Alfred anhand von Videobildern und Sonarreflektionen und überwachen die Lichtsensoren. Zwei weitere Personen führen das 300 m lange Kabel auf dem Eis nach und halten nach Eisbären Ausschau. Neben den eigentlichen Lichtmessungen werden vor und nach den Tauchgängen des ROVs auch vielfältige Messungen und Beprobungen des Meereises durchgeführt. Die Analyse dieser Daten erlaubt dann eine direkte Verknüpfung von Eiseigenschaften und Lichtmessungen.

Bis einschließlich der Station am geographischen Nordpol haben die Messungen mit dem ROV- die ersten ihrer Art in der Arktis - hervorragend geklappt und die Eisphysiker haben Profile unter verschiedensten Eistypen aufgezeichnet. Zumeist fahren sie das ROV direkt unter dem Eis in 1,5 bis 5 m Tiefe, manchmal schicken sie es allerdings auch bis zu 50 m tief, um zu sehen, welches Lichtes dort noch ankommt. Dabei hat Alfred einige Presseisrücken unterquert und vor allem die Lichtunterschiede unter Eis mit und ohne Schmelztümpel registriert. Mit der Videokamera wurden neben der Navigation auch interessante Eindrücke von der Welt unter dem Meereis gewonnen - und nebenbei die an anderen Stellen der Scholle eingesetzten Geräte der Kolleginnen und Kollegen aus der ungewöhnlichen Unterwasserperspektive beobachtet.

Mit zunehmender Annäherung an den magnetischen Südpol wurde die Navigation jedoch schwieriger, denn sie beruht natürlich auch auf Alfreds Magnetkompass. Der ist auf horizontale magnetische Feldstärke angewiesen, aber in der Nähe des magnetischen Südpols verlaufen die Magnetfeldlinien mehr und mehr senkrecht. Wenn Alfred aber keine eindeutige Richtung mehr findet, fängt er zunehmend an zu torkeln; man könnte sagen, Alfred ist es regelrecht schwindelig - und dann kann er wie jeder andere natürlich nicht mehr vernünftig arbeiten.

Aber die Meereisgruppe arbeitet unverdrossen daran, alternative Strategien zu entwickeln, um weiter Daten vom Licht unter dem Eis zu sammeln. Erste Erfolge der Bemühungen gab es am Freitag auf unserer südöstlichsten Station im Kanadischen Becken. Nun kehren wir um und dampfen zu einer russischen Driftstation, um dort Material abzuholen und die russischen Kollegen zu besuchen. Auf dem Wege dorthin werden wir den dritten Pol unserer Reise passieren, den „Pol der Unerreichbarkeit“, den am weitesten von allen Küsten entfernten Punkt der Arktis.

Beste Grüße von allen an Bord,

Ursula Schauer und Marcel Nicolaus (Beschreibung der ROV-Messungen)