PS97 Wochenbericht Nr. 4 | 7. - 13. März 2016

Antarktische Halbinsel

[15. März 2016] 

Die 4. Woche der Polarsternexpedition PS97 war ganz der Antarktischen Halbinsel gewidmet. Vielen von uns wird diese Woche, wegen der eindrucksvollen Landschaften, der Eisberge und der in der Entfernung vorbeiziehenden Wale, sicherlich lange in Erinnerung bleiben.

Gleichzeitig war diese Woche aber auch durch intensive und anstrengende Arbeiten, besonders für die Geologen, gekennzeichnet. So wurden zahlreiche Meter Sedimentkerne und Oberflächenproben mit dem Schwerelot, Kolbenlot und Multi-Corer vom Meeresgrund gewonnen. Hinzu kamen mehrere Helikoptereinsätze zum Ausbringen geodätischer Messstationen und zur Sammlung von Gesteins- und Wasserproben. Diese Lokationen in der Inselwelt der Südshetland-Inseln und der angrenzenden Antarktischen Halbinsel sind ansonsten für den Menschen komplett unzugänglich.

Abb. 1: Das Gruppenfoto der PS97 Expeditionsteilnehmer vor Gibbs Island (Foto: Lars Lehnert, Polarstern Besatzung)

Das Klima der Antarktischen Halbinsel hat sich während der letzten Dekaden überdurchschnittlich stark erwärmt. Gleichzeitig haben sich die Gletscher zurückgezogen. Die Frage ist, ob diese rezente Klimaerwärmung einmalig ist oder Teil eines natürlichen Klimazyklus’ darstellt. Das Ziel der meeresgeologischen Arbeiten in dieser Region ist deshalb die Rekonstruktion des Klimas bzw. der daraus resultierenden Umweltbedingungen, der letzten ca. 2000-4000 Jahre und diese Daten mit der modernen Klimaentwicklung zu vergleichen. Deshalb ist dieser südlichste Teil unseres Expeditionsgebietes insbesondere auch für Juliane Müller (AWI) von großem Interesse. Mit ihrer Helmholtz Nachwuchsgruppe "PALICE", die ab April diesen Jahres am AWI und an der Universität Bremen forschen wird, möchte sie untersuchen, wie sich die Meereisbedeckung im Südpolarmeer während vergangener Klimaschwankungen verändert hat. Das Meereis spielt aufgrund seiner hohen Albedo (Reflektion der Sonneneinstrahlung) und als effektive Trennschicht zwischen dem Ozean und der Atmosphäre eine wichtige Rolle für den Wärmehaushalt der polaren Breiten. Des Weiteren beeinflusst das Meereis das Wachstum von Algen, die einen beträchtlichen Anteil an CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen. Inwieweit die heutigen Veränderungen in der Meereisbedeckung sich noch im Rahmen einer natürlichen Klimavariabilität bewegen, ist Gegenstand laufender Untersuchungen und hier hilft oft der Blick in die Vergangenheit

Abb. 2: Vorbereitung des Schwerelotes vor Elephant Island (Thomas Ronge, AWI, Sascha Plewe, IOW, Marc Wengler,AWI, und Christian Hass, AWI). (Foto: Juliane Müller, AWI)

Die dringend benötigten Informationen, wie sich die Umweltbedingungen in den hohen Breiten in der geologischen Vergangenheit veränderten, liefern uns sogenannte Proxies, die in marinen Sedimenten „archiviert“ sind. Unter einem Proxy wird in der Klimaforschung also ein Anzeiger für das Paläoklima verstanden. Um nun herauszufinden, wann und für wie lange eine Meeresregion einmal mit Meereis bedeckt gewesen war, wird die Forschergruppe um Juliane Müller organisch-geochemische Analysen an den hier gewonnenen Sedimentkernen durchführen. Hauptaugenmerk dieser Studien wird auf der Identifizierung bestimmter organischer Moleküle liegen, die von Kieselalgen gebildet werden, die im Meereis leben. Mit dem Schmelzen des Eises sinken diese Algen und Moleküle zum Meeresboden und werden im Sediment gespeichert. Im Gegensatz zu den fragilen Gehäusen der Algen, die häufig aufgelöst werden, sind die Moleküle länger erhaltungsfähig. Man spricht daher auch von geochemischen Fossilien oder Biomarkern. Ein Ziel der Forschergruppe "PALICE" ist es, zu vergleichen, inwieweit es Unterschiede in dem Vorkommen der fossilen Algenreste und der Biomarker gibt. Auch soll anhand der Kombination verschiedener Biomarker untersucht werden, ob quantitative Aussagen über die Oberflächenwassertemperaturen und die Intensität der Paläomeereisbedeckung möglich sind. Diese quantitativen Daten sind wichtig, um beispielsweise Klimamodelle zu testen. Stimmen die aus den Sedimentkernen gewonnen Daten nicht mit den am Computer generierten Szenarien für Temperatur- und Meereisbedingungen überein, ist das ein Hinweis darauf, dass die Berechnungen des Klimamodells möglicherweise fehlerhaft sind und nachgebessert werden muss. Unsere neu gewonnenen Kerne aus der Bransfieldstraße (das Meeresgebiet zwischen den Südshetland-Inseln und der Antarktischen Halbinsel), in denen Kieselalgen sehr gut erhalten sind, eignen sich ideal, um zu untersuchen, wie zuverlässig die Biomarker als Paläoklimaanzeiger funktionieren. Das ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung und Anwendung von Biomarkern als Klimaproxies. An einzelnen Lokationen haben wir in den 80er Jahren beprobte Polarstern Kernlokationen wiederbesucht. Dieses ist notwendig, weil für die Biomarker-Analysen frisches Sedimentmaterial benötigt wird.

Abb. 3: Nächtliche Begegnung mit einem Eisberg in der Bransfieldstraße, der von den Scheinwerfern der Polarstern kunstvoll angestrahlt wird. (Foto: Thomas Ronge, AWI)

Die Sedimentkernarbeiten im Bereich der Bransfieldstraße dauerten fast die gesamte Woche an. Parallel wurden mehrere Helikoptereinsätze für die Geodäsie geflogen (Lutz Eberlein & Peter Busch, Univ. Dresden). Ziel der geodätischen Untersuchungen sind wiederholte Messungen mittels des Global Positioning Systems (GPS) auf vermarkten Felspunkten, die horizontale und vertikale Bewegungen im Bereich von Millimetern pro Jahr zeigen. Die horizontale Komponente dieser Bewegung wird zum größten Teil durch die Verschiebung der Antarktischen Kontinentalplatte im globalen Puzzle der Plattenbewegungen verursacht. In der Region der Bransfieldstraße existieren sogenannte Mikroplatten. Mit Hilfe von GPS-Messungen, westlich und östlich dieser Meeresstraße, lässt sich die Öffnung dieser aktiven Verwerfungszone beobachten. Die Öffnungsgeschwindigkeit beträgt einige Millimeter pro Jahr. Die vertikale Komponente der Messergebnisse zeigt die Krustendeformation (Hebung/Senkung), welche durch historische und heutige Eismassenänderungen dominiert wird. Diese viskoelastische Reaktion der festen Erde, durch Veränderung der Eisauflast, liegt ebenfalls im Bereich von ein paar Millimetern pro Jahr.

Abb. 4: Besuch bei der chilenischen Antarktis-Station „Arturo Prat“ nach Installation eines geodätischen Messpunktes. Frank Lamy, Peter Busch, Lutz Eberlein, Lars Vaupel, Roland Richter zusammen mit dem Kommandanten der Station Francisco Mayorga Mora (Foto: Alfred-Wegener-Institut)

Einer der geodätischen Messpunkte liegt in der Nähe der chilenischen Antarktis-Station „Arturo Prat“. Diese, seit 1947 von der  chilenischen Armee betriebene Station auf der Greenwich-Insel (Südliche Shetlandinseln), dient heute hauptsächlich zur Unterstützung der Wissenschaft. In der Tat wurden wir von Kommandant Francisco Mayorga Morales sehr herzlich empfangen und die Geodäten wurden tatkräftig bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit unterstützt. Gleichzeitig konnten wir uns einen Eindruck von den Lebensbedingungen auf der Station machen. Ähnlich wie auf der Neumayer-Station des AWI, bleibt im Winter nur eine kleine Gruppe vor Ort. Nur während der kurzen Sommermonate befinden sich bis zu 40 Personen auf der Station.

Abb. 5: GPS Antenne auf dem Punkt Gibbs Island. (Foto: Peter Busch, Universität Dresden)
Abb. 6: Max Zundel (Univ. Bremen) nimmt Gesteinsproben für thermochronologische Untersuchungen auf Elephant Island. (Foto: Alessa J. Geiger, University of Glasgow)

Auch die Landgeologen konnten die Nähe zu den Südlichen Shetlandinseln während kürzerer Schönwetterphasen ausnutzen, um einige Landeinsätze per Helikopter durchzuführen. So beprobten Alessa Geiger (Universität Glasgow) und Max Zundel (Universität Bremen) Findlinge und die Gesteine des Grundgebirges auf den Inseln Half Moon, Nelson und Gibbs, sowie der Elephant Island. Dabei war die Auswahl der Beprobungsgebiete durch die großräumige Schnee- und Eisbedeckung und die meist steilen Küstenabschnitte der Inseln nicht immer ganz einfach. Schlussendlich eigneten sich flache felsige Küstenabschnitte sowie höher liegende eisfreie Plateaus am besten für die Landung des Helikopters und damit zur Probennahme. Dort konnten unter zur Hilfenahme von Lupe, Hammer, Meißel und Gesteinssäge mehrere Festgesteinsproben für thermochronologische und isotopengeochemische Untersuchungen ausgewählt und gewonnen werden. Zusätzlich wurden viele Beobachtungen hinsichtlich der lokalen Geologie und der vorhandenen Glazialformen gemacht, die für spätere Interpretationen von großem Nutzen sein können. Mit der Analyse der genommenen Proben erhoffen sich die Geowissenschaftler Rückschlüsse auf die langfristige tektonische Geschichte bzw. auf die Vereisung der Inseln zu ziehen.

Während der letzten 2 Tage hielten wir uns in der Nähe von Elephant Island auf. Diese wilde und weitgehend von Gletschern bedeckte Insel wurde berühmt, als sie der Mannschaft Ernest Shackletons im Jahre 1916 als Zuflucht diente, nachdem ihr Schiff HMS Endurance von Packeis eingeschlossen und zerstört worden war (siehe auch Blog Nr. 8). Bei wechselhaftem Wetter und einem nächtlichen Sturm, den wir im Schatten der Insel abwetterten, gelang uns erst am 11.03. ein erfolgreicher Hubschraubereinsatz zur geologischen Beprobung und Ausbringung einer weiteren geodätischen Messstation auf der nahegelegenen Gibbs Insel. Zwischendurch gingen die meeresgeologischen Arbeiten am Kontinentalhang der südlichen Drake Passage weiter. Heute sind wir weiter in Richtung Norden vorgestoßen und befinden uns momentan auf der zweiten biologischen Station. Alle Fahrtteilnehmer sind wohlauf. Die bis zu 5 Meter hohe Dünung kann kaum noch jemandem etwas anhaben. Man gewöhnt sich eben an alles!

 

Frank Lamy

Fahrtleiter PS97

Position: 60°35´S; 55°42´W

(35 Seemeilen nördlich Elephant Island)

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