Traversenvorbereitung

Bloß nichts vergessen

Auf Gletschereis in einer luftigen Höhe von 380 Metern und knapp 600 Metern stehen zwei der drei seismologischen Observatorien. "Mal eben" dort hinfahren, um die Seismometer zu kontrollieren, heißt in der Antarktis, eine mehrtägige Reise vorzubereiten. Abgesehen von der reinen Reisezeit muss die sogenannte Traverse auch technisch und wissenschaftlich lange geplant werden. Was das bedeutet, schildert der Geophysiker Stefan Christmann.

Der Watzmann Container im Licht des Sonnenaufgang. Der hohe Mast trägt drei UKW Funkmodems, eine WLAN-Antenne und einen Funk-Rundstrahler. Rechts auf dem Dach befinden sich die zwei Windräder der Windkraftanlage. (Foto: Stefan Christmann)
Routinecheck. Lars beim Überprüfen der Kabeldurchführungen am Funkmast des Olymp. (Foto: Stefan Christmann)
Blick in den Watzmann-Container. Auf der linken Seite befinden sich die Datenlogger und Funkmodems. Die grünen Rohre dienen als "Schacht" für die Arrayseismometer. Der Container ist mit Lebensmitteln und Schlafgelegenheit ausgestattet, so dass man im Er

Nachdem wir das geomagnetische Observatorium bereits vor einiger Zeit hier im Blog vorgestellt haben, ist es nun an der Zeit auch einmal die Seismologie näher zu beleuchten. Insgesamt betreiben wir an Neumayer drei seismologische Observatorien mit den Namen VNA1, VNA2 und VNA3. VNA1 ist ein einzelnes 3-Komponenten (Nord-Süd, Ost-West und Vertikalkomponente) Seismometer, das in einem kleinen Eisschacht im geomagnetischen Observatorium steht und über einen Datenlogger direkt an das Netzwerk der Neumayer-Station angebunden ist. VNA2 und VNA3 sind sogenannte Außenstationen, 40 km bzw. 90 km Luftlinie von der Station entfernt. Die Daten dieser autark arbeitenden Stationen werden per UKW-Funkmodems zu uns übertragen. Das Besondere an diesen beiden Außenposten ist, dass sie sich nicht wie VNA1 auf dem Schelfeis befinden sondern antarktischen "Boden" unter sich haben. So befindet sich VNA2 auf dem Gletschereis des sogenannten Halvfarryggen auf luftigen 380m Höhe. Diese Erhebung wird intern auch "der Watzmann" genannt. Hier befindet sich nicht nur ein einzelnes 3-Komponenten Seismometer sondern zusätzliches ein Array aus 15 Vertikalseismometern (die nur die Vertikalkomponenten messen), die in drei konzentrischen Ringen um das zentrale 3-Komponentenseismometer angeordnet sind. Mit Hilfe dieses Arrays kann man nicht nur die Ankunftsrichtung eines Bebens detektieren sondern auch deren ungefähre Herdentfernung.

Circa 70 km südwestlich vom Watzmann befindet sich eine weitere Festlanderhebung, der sogenannte Soreasen. Das 3-Komponenten Seismometer VNA3 befindet sich dort auf immerhin knapp 600m Höhe, so dass dieser Ort intern auch "der Olymp" genannt wird.

Während des antarktischen Sommers ist der Energiebedarf der Observatorien vollständig über Solarenergie gedeckt und die dort befindlichen Pufferakkus (100 Ah) werden regelmäßig geladen. Mit Beginn der Polarnacht und dem Verschwinden der Sonne versiegt jedoch die in der Antarktis so wichtige Quelle der Solarenergie. Glücklicherweise (jedenfalls für die Energiegewinnung) ist die Antarktis ein sehr windiger Ort, so dass mit der Windenergie eine alternative Energiequelle zur Verfügung steht. Aus diesem Grund besitzen VNA2 und VNA3 kleine Windkraftanlagen, die vornehmlich in der sonnenlosen Zeit dafür sorgen sollen, dass die Pufferbatterien der Observatorien auch weiterhin aufgeladen werden können.

Die scheinbar praktische Kombination aus Wind- und Solarenergie hat jedoch einige Tücken, die auf den ersten Blick nicht ersichtlich sind. Prinzipiell müssen sowohl Solar- als auch Windenergie über sogenannte Laderegler in die Pufferbatterien eingespeist werden. Diese gewährleisten, dass die Batterien weder tiefentladen noch überladen werden und können zudem eine temperaturabhängige Ladespannung ausgeben. Da dies nur in einem gewissen Maße möglich ist existiert weiterhin die Möglichkeit Akkus über Heizwiderstände zu erwärmen und somit ihre Ladespannung zu verringern.

Was jedoch geschieht wenn die Akkus voll sind und immer noch Energie zur Verfügung steht? Und was geschieht wenn die Sonne scheint und es windig ist? Wer darf wann laden? Was geschieht wenn der Wind so stark wird, dass die Eingangsspannung den Laderegler beschädigen würde (die meisten handelsüblichen Windkraftanlagen sind nicht für antarktische Windgeschwindigkeiten ausgelegt)? Was geschieht wenn die Spannung nicht ausreicht um kalte Akkus mit hohem Innenwiderstand zu laden? Es gibt eine Reihe von Problemen, die bei der Erstellung einer autarken Energieversorgung für Außenstationen gelöst werden müssen und es wird schnell klar, dass die Thematik alles andere als trivial ist.

Langer Rede kurzer Sinn: Unsere Windkraftanlage am Olymp funktionierte während der gesamten Polarnacht tadellos, so dass unser Seismometer VNA3 kontinuierlich Daten senden konnte. Anders verhielt es sich am Watzmann. Einige Tage nach dem letzten Sonnenuntergang herrschte plötzlich Funkstille zwischen Neumayer und VNA2. Sobald die Temperaturen es zuließen und die Sonne wieder schien, würden wir "mal hinfahren" und nach dem Rechten sehen müssen.

Was in Europa auf normalen Straßen einer Reisezeit von ein paar Stunden entspricht wird hier in der Antarktis schnell zu ein paar Tagen. Neben der reinen Reisezeit (dazu komme ich noch) muss die sogenannte Traverse auch langfristig geplant werden. Von technischer Seite her müssen die Traversenfahrzeuge und Stromgeneratoren gewartet, vorbereitet und zusätzlich eine ganze Reihe von Ersatzteilen für den Pistenbully gepackt werden. Gemeinsam mit einer ausreichenden Menge an Treibstofffässern müssen die Materialien auf einem großen Schlitten verstaut und befestigt werden. Anschließend muss unser Wohnanhänger (eine Biwakschachtel/Kabause) enteist und mit Geschirr, Lebensmitteln, Kochern und Bettzeug ausgestattet werden.

Die wissenschaftliche Seite der Traversenvorbereitung bezieht sich in erster Linie auf das Packen notwendiger Ersatzteile für die Observatorien. Da es schon öfter vorkam, dass die antarktischen Stürme die Windkraftanlagen irreparabel beschädigt haben, sollte man immer davon ausgehen bei Ankunft an den Außenstationen einen großen Trümmerhaufen vorzufinden, den man anschließend wieder neu aufbauen muss. Im Klartext heißt das: Einpacken von Ersatzsolarpanelen, Ersatzflügeln für die Windkraftanlage, Ersatzladereglern, Ersatzbatterien, Ersatzdies, Ersatzjenes. Zusätzlich jede Menge Werkzeug: Schraubenzieher Schlitz, Schraubenzieher Kreuz, Schraubenzieher Torx, Maulschlüssel groß, Maulschlüssel klein, Inbus metrisch, Inbus zöllisch, Ratschenkasten, Akkuschrauber, Kabelklemmen, Lüsterklemmen, Polschuhe, Messgeräte und und und. Diese Vorbereitung dauert in der Regel zwei bis drei Tage und muss sehr gewissenhaft durchgeführt werden. Nichts wäre ärgerlicher als nach zehn Stunden Bullyfahrt am Observatorium anzukommen und dann zu merken, dass man etwas vergessen hat.

Die Traversenfahrer am Watzmann-Wegweiser. Von links nach rechts: Maike, Lars, Chris und Stefan. (Foto: Stefan Christmann)
Vorraum des Watzmann-Containers. Hier befinden sich die Laderegler für Solar- und Windenergie, sowie die 10 100Ah Pufferakkus. (Foto: Stefan Christmann)
Blick in die Kabause - der "Wohnanhänger" der Antarktis. (Foto: Stefan Christmann)
Der aufgehende Vollmond über dem Traversenzug. (Foto: Stefan Christmann)
Watzmann Container unter dem antarktischen Sternenhimmel. Die aus dem Boden kommenden Kabel verbinden die Seismometer des Array mit der Energieversorgung und den Datenloggern des Containers. (Foto: Stefan Christmann) (Foto: Stefan Christmann)

Reise-Tagebuch

Tag 0/1:

Am Abend des 28.08. war es endlich so weit. Alle Materialien waren verstaut und unser Zug abfahrbereit. Um 7.00 Uhr am Morgen des 29.08.2012 machten sich Meike, Lars, Chris und ich dann auf den ersten Fahrtabschnitt zum Olymp. Leider können die Observatorien nicht auf direktem Wege angefahren werden da die Wege sonst durch gefährliche Spaltengebiete führen würden. Mit Hilfe von Satellitenaufnahmen und Erkundungsfahrten wurde jedoch schon vor vielen Jahren eine sichere Alternativroute gefunden. Aus den ca. 80 km Luftlinie zwischen Olymp und Neumayer wurden so jedoch 110 km, die bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von ca. zehn Stundenkilometern 11h reiner Fahrtzeit entsprechen. Wenigstens das Wetter war uns wohl gesonnen und überraschte uns mit fast wolkenlosem Himmel und angenehm milden Temperaturen um die -25 Grad Celsius. Alle drei bis vier Stunden führten wir einen Fahrerwechsel durch, so dass jeder einmal in den Genuss kam die Fahrt über die antarktischen Sastrugis (windbedingte Abtragungen von Schnee, die den antarktischen Boden sehr uneben und holprig machen) in unserer Kabause zu erleben. Die Vorstellung eines sanften Gleitens über den antarktischen Eisboden wich dabei sehr schnell der Realität von Flugzeugturbulenz-artigen Erschütterungen und Schlägen, die das Schlafen oder Lesen während der Ruhepausen nahezu unmöglich machten. Erschöpft aber erleichtert kamen wir nach ca. 12h Fahrt endlich am Olymp an. Bereits aus der Ferne hatten wir schon erkennen können, dass unser Windrad fröhlich drehte und auch der Funkmast noch gerade stand. Selbst unsere Mastabspannungen waren in tadellosem Zustand. Nachdem ein paar neue GPS Punkte genommen waren gingen wir zügig schlafen, um am nächsten Morgen bereits früh Richtung Watzmann aufbrechen zu können. Wie nach einem Tag Achterbahnfahren fühlte mein Körper auch nachts noch das Rütteln und Wanken der Kabause.

Tag 2:

Nach einem kurzen Frühstück machten wir uns früh morgens auf den zweiten Fahrtabschnitt Olymp -> Watzmann. Beide Observatorien liegen bereits Luftlinie 90 km auseinander, so dass unsere Fahrtrasse eine stattliche Länge von 120 km aufwies. Dazu kam erschwerend hinzu, dass die letzten 12 km der Strecke in Süd-Nord Richtung und somit senkrecht zur vorherrschenden Sastrugi-Richtung verlaufen. Obwohl wir sehr gut vorankamen brauchten wir für diese letzten 12 km √ºber drei Stunden (!!!) Fahrzeit und trotz unserer extrem niedrigen Reisegeschwindigkeit (zu Fuß gehen wäre sicherlich schneller gewesen) fielen Teller aus den Schränken der Kabause. Vierzehn Stunden nach Abfahrt am Olymp kamen wir im Dunkel der Nacht am Watzmann an. Glücklicherweise hatte sich unsere Befürchtung nicht bewahrheitet und der gesamte Außenposten befand sich in gutem äußeren Zustand. Durch die Containerfenster hindurch konnten wir erkennen, dass ein paar LEDs von elektronischen Geräten im Innern noch leuchteten, was uns optimistisch stimmte die Datenübertragung nach Neumayer recht schnell wieder in Betrieb nehmen zu können. Da die Tür des Containers jedoch von einer Schneewehe verschlossen war verschoben wir die Erstbegehung des Containers auf den folgenden Tag. Auch in dieser Nacht spürte ich ein sanftes Wanken meines Betts.

Tag 3:

Frisch ans Werk lautete das Motto des Tages und einen Instantkaffee später war der Containereingang auch schon freigeschaufelt. Schnell bauten wir den am Watzmann befindlichen Stromgenerator auf und versorgten die Heizfolien der zehn Pufferakkus mit Strom, um diese aufzuheizen. Schnell fiel auf, dass sich der Mikrocontroller einer der Solarladeregler in einem undefinierten Zustand befand, was uns das Gerät durch ein wildes Blinken von Kontrolllämpchen signalisierte. Die Lösung des Problems bestand darin den Regler abzuklemmen und einen Speicher-Reset durchzuführen. Beim anschließenden Reboot wurden plötzlich all unsere Datenlogger und Funkmodems wieder mit Strom versorgt und es hatte den Anschein als ob der Container zum Leben erwachte. Binnen weniger Minuten erhielten wir dann auch einen Funkspruch von den Daheimgebliebenen auf Neumayer, die uns mitteilen, dass unsere Daten wieder ankamen. Erleichtert darüber das Problem schnell gefunden zu haben führten wir unsere Arbeiten fort und checkten nach und nach alle wichtigen Systeme des Observatoriums. Dabei fiel auf, dass beide Windladeregler (am Watzmann betreiben wir zwei Windräder) den Dienst verweigerten. Im Laderegler des nördlichen Windrades hatte es eine 25A Sicherung bis auf den Sockel verbrannt was sicherlich auf den starken Sturm von Anfang August (siehe Blogbeitrag) zurückzuführen ist. Beim südlichen Windrad war ein Leistungstransistor der Notfallbremselektronik durchgeschmort, so dass dieses kontinuierlich bremste und keine Energie erzeugen konnte. Die Sicherung war schnell getauscht, doch für die Notfallbremselektronik des südlichen Windrades hatten wir keinen Ersatz. Wir entschieden uns daher es vorerst stillzulegen, da während des nahenden Polartages die Solarpanels alleine bereits ausreichen würden, um den Energiebedarf von VNA2 und dem Array zu decken. Am Nachmittag verschlechtere sich das Wetter, so dass wir die noch anstehenden Außenarbeiten auf den nächsten Tag verschieben mussten. Den Abend verbrachten wir gemütlich in der Kabause und genossen den Umstand uns auch mal ohne Erschütterungen in ihr aufhalten zu können. Leicht übermüdet fielen wir dann auch relativ bald ins Bett. Dieses Mal kein Wanken.

Tag 4/5:

Der Wind hatte über Nacht wieder nachgelassen und somit konnten wir bereits am Morgen des vierten Tages die restlichen Arbeiten ausführen. Am südlichen Windrad demontierten wir die Flügel, um es bis zur nächsten Traverse stillzulegen. Diese wird jedoch bereits im kommenden Sommer stattfinden, so dass pünktlich zum Beginn der nächsten Polarnacht beide Windkrafträder wieder in Betrieb sein werden. Anschließend klemmten wir die Heizfolien wieder auf die Windladeregler und checkten noch einmal alle Kabelverbindungen bevor die Türe zum Container verschlossen und wieder alles wind- und wetterfest gemacht wurde. Unser Werkzeug war schnell auf den Schlitten geladen, so dass wir uns gegen 13.00 Uhr auf den Heimweg machten. Das Wetter zeigte sich trüb und durch whiteout-ähnliche Bedingungen waren die Kontraste am Boden fast gar nicht wahrzunehmen. Wir waren froh als es endlich dunkel wurde und das gleißend weiße Tageslicht durch das Licht unserer Scheinwerfer ersetzt wurde. Nun konnte man endlich alle Sastrugis erkennen und die besonders großen Unebenheiten umfahren. Dabei fuhren wir die meiste Zeit unseren Spuren vom Hinweg nach. Die Umgebung erinnerte an eine heimatliche weiße Landstraße bei plötzlichem Wintereinbruch und die im Licht unserer Scheinwerfer fallenden Schneeflocken ließen fast schon ein leichtes Weihnachtsgefühl aufkommen. Bereits aus 30km Entfernung konnte man die Beleuchtung der Station erkennen und so fuhren sich die letzten Kilometer der Strecke noch einmal ein bisschen leichter. Von unseren Kollegen wurden wir freudig empfangen und unser Stationsleiter Christoph kam uns sogar ein stückweit mit dem Pistenbully entgegen. Um 1.00 Uhr morgens luden wir noch die wichtigsten Sachen aus dem Wohncontainer aus und jeder von uns kannte nur noch einen Weg: Ab unter die Dusche und dann ins Bett!

Stefan Christmann, Geophysiker des 32. Überwintererteams, geschrieben am 12. September 2012.