PS97 Wochenbericht Nr. 3 | 29. Februar - 6. März 2016

Über die Drake Passage

[08. März 2016] 

Nach Abschluss der Arbeiten am chilenischen Kontinentalrand begann am 28. Februar unsere erste Überquerung der Drake Passage in Richtung Antarktische Halbinsel. Die etwa 500 Seemeilen lange Route führte uns etwas westlich der engsten Stelle zwischen Südamerika und der Antarktis auf die pazifische Seite der Drake Passage über ein bisher nur sehr wenig untersuchtes Meeresgebiet (Abb. 1). Schwerpunkt unserer Arbeiten auf dieser Überquerung der Drake Passage waren biologische Wasserprobenentnahmen, geologische Sedimentkernarbeiten und ozeanographische Profile.

Wir verließen den chilenischen Kontinentalrand am 28. Februar in Richtung Süden, um unser ozeanographisches Profil über den Kap-Hoorn-Strom in den Südost-Pazifik hinein zu vervollständigen. Der Kap-Hoorn-Strom ist bisher kaum ozeanographisch untersucht worden. Und das, obwohl er eine Schlüsselrolle für das Verständnis der heutigen Ozeanographie und der Paläoozeanographie im subantarktischen Südost-Pazifik und für den Austausch von Wassermassen in der nördlichen Drake Passage darstellt. Unsere Ozeanographie-Gruppe um Wolfgang Schneider (Universität Concepcion, Chile) und Harold Fenco (Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo, Argentinien) wird tatkräftig von unseren argentinischen und chilenischen Beobachter/innen unterstützt. Das Hauptarbeitsgerät der Ozeanographen ist die sogenannte CTD-Rosette („Conductivity, Temperature, Depth“ - Leitfähigkeit, Temperatur, Tiefe) zur Messung von Wassertemperatur und Salzgehalt in der gesamten Wassersäule. Zusätzlich installierte akustische Strömungsmessgeräte liefern Informationen über die Meeresströmungen. Mit der Rosette können gleichzeitig Wasserproben aus verschieden Tiefenbereichen gewonnen werden. Koordiniert von Lester Lembke-Jene (AWI) und Hartmut Schulz (Universität Tübingen), dienen diese sehr zeitaufwendigen Wasserprobennahmen zur Verbesserung, Kalibrierung und Validierung mehrerer mikrofossilbasierter Proxymethoden. Das ozeanographische Profil umfasst insgesamt 8 CTD-Stationen über den Kap-Hoorn-Strom und 16 Stationen über den westlichen Eingang der Drake Passage. Dieser Schnitt überquert die bekannten ozeanographischen Fronten des antarktischen Südozeans (von Nord nach Süd: Subantarktische Front, Polarfront und Südliche Antarktische Zirkumpolarfront) über eine vergleichsweise kurze Strecke. Deshalb wird seit mehr als 25 Jahren intensive ozeangraphische Forschung im Bereich der Drake Passage betrieben. Allerdings bisher fast ausschließlich an der engsten Stelle südlich von Kap Hoorn zur Antarktischen Halbinsel und nicht auf der pazifischen Seite.

Abb. 1: Dreidimensionale Ansicht der Drake Passage (Blickrichtung von Westen nach Osten). Der farbige Streifen ist die auf PS97 vermessende hochaufgelöste Meeresboden-Topographie und markiert gleichzeitig unsere Fahrtroute. (Grafik: Laura Jensen, AWI)

Die Geologen um Helge Arz (IOW), Gerhard Kuhn (AWI) und Dirk Nürnberg (GEOMAR) beobachteten derweil gespannt das PARASOUND Sedimentecholot. Dabei verfolgten sie mächtige Sedimentpakete über den Chile-Tiefseegraben hinaus in den Südost-Pazifik bis einige Zehnermeilen vor die subantarktische Front. Hier war die Sedimentbedeckung abrupt zu Ende und von nun an konnten wir nur noch dem Auf und Ab der ozeanischen Meereskruste mit ihren Rücken und kleinen Trögen folgen. Die Erklärung hierfür fiel leicht -  erinnerten wir uns doch noch lebhaft an den Beginn unserer Expedition am argentinischen Kontinentalhang im Bereich der „Isla de los Estados“ (Abb. 1). Auch hier ist die Subantarktische Front mit ihren starken, tiefreichenden Strömungen nahe. Dadurch kommt praktisch kein feinkörniges Sediment zur Ablagerung. Diese Situation blieb uns nach Süden, bis über die Polarfront hinweg, erhalten. Erstes Sediment konnten wir erst im Bereich des Antarktischen Phoenix Rückens beproben. Kurz vor der Hero Störungszone konnten wir bis zu 14 Meter lange Sedimentkerne gewinnen (Abb. 1). 

Das Wetter war zunächst fast beängstigend schön. Bei vergleichsweise milden Temperaturen von 8 bis 10°C, zeitweisem Sonnenschein und Windstärken von nur 4 bis 6 Beaufort verließen wir die subantarktische Zone, um schließlich wieder ungemütlichere Gefilde zu erreichen. Hier gelangten wir in das erste biologische Arbeitsgebiet. Schon zuvor, am 28. Februar hatte die ProIron Arbeitsgruppe (Abb. 2) um Scarlett Trimborn (AWI) und Christel Hassler (Universität Genf), sowie Kollegen/innen von den Universitäten Bremen und Oldenburg und der ETH Zürich ihre erste große Teststation. Die Schwerpunkte der biologischen Arbeit auf dieser Fahrt liegen auf Untersuchungen, wie die Limitierung von verschiedenen Spurenmetallen (Eisen, Zink, Kobalt, Mangan und Vitamin B12) und deren Recycling funktioniert. Diese Untersuchungen sind wichtig, um zu verstehen, wie sich der globale Klimawandel auf die Mikroalgengesellschaften in der Drake Passage und der Antarktischen Halbinsel auswirken wird. Die Testbeprobung war notwendig, um sicherzustellen, dass das Meerwasser, welches nur sehr geringe Spurenmetallkonzentrationen aufweist, ohne das Einbringen von Spurenmetallkontamination durch das Schiff beprobt werden kann. Hierzu wurde eine aus Teflon bestehende Membranpumpe und ein Schlauch aus Polyethylen zur Probenahme verwendet, mit Hilfe derer das spurenmetallarme Meerwasser aus 25 m Tiefe (Abb. 3) direkt in einen Reinraumcontainer gepumpt wurde. Der erste Testlauf fand unter sehr guten Wetterbedingungen statt. Die Sonne schien und der Wellengang war gering, sodass perfekte Bedingungen zum Beproben gegeben waren. Mikroskopische Untersuchungen ergaben, dass der Test erfolgreich war: Wir beprobten eine diverse Phytoplanktongemeinschaft, die keine Anzeichen von Schäden durch den Pumpvorgang aufwies.

Abb. 2: Die ProIron Gruppe. (Foto: Andreas Bäcker, FS Polarstern, Besatzung)
Abb. 3: Mehr als 8000 Liter Meerwasser wurden aus 25 m Tiefe unter spurenmetallsauberen Bedingungen direkt in einen Reinraumcontainer gepumpt (Foto: Scarlett Trimborn, AWI/Universität Bremen)

Da wir noch nicht in unserem Zielgebiet, den Gewässern südlich der Polarfront, angekommen waren, mussten wir noch bis zum 1. März mit der großen Probenahme warten. Leider zog zu diesem Zeitpunkt ein Sturm auf, was nicht untypisch für diese Region ist, welcher zu Windgeschwindigkeiten von bis zu 17 Metern pro Sekunde sowie einem Wellengang von über 4 Metern führte, was letztlich unsere Probenahme zu diesem Zeitpunkt unmöglich machte. Aus diesem Grunde musste die ProIron Gruppe auf bessere Wetterbedingungen warten und konnte noch ein paar Stunden mehr schlafen. Am 2. März um 5:25 Uhr konnte endlich der Polyethylenschlauch für die erste große biologische Station (BIO1) für die nächsten 23 Stunden zu Wasser gelassen werden. Das beprobte Wasser beinhaltete eine für die nährstoffreichen, jedoch chlorophyllarmen Gewässer der Drake Passage typische und diverse Phytoplanktongemeinschaft (Abb. 3). Mit dieser Mikroalgengemeinschaft werden nun mehrere Experimente gleichzeitig durchgeführt, um zu klären, wie sich Eisenlimitation sowie die Verfügbarkeit von Zink, Kobalt, Mangan, Vitamin B12 und Licht auf die Zusammensetzung und Produktivität dieser Phytoplanktongemeinschaft auswirken. Eisen ist an wenig charakterisierte organische Moleküle komplexiert, die wiederum stark Chemie und Bioverfügbarkeit des Eisens beeinflussen und somit potenziell das Wachstum des Phytoplanktons limitieren. Deshalb führen wir Experimente durch, die die Sensitivität dieser Phytoplanktongemeinschaft gegenüber unterschiedlichen Eisenkomplexen untersuchen. Insbesondere der Effekt von biologischen Verbindungen, hiermit sind vor allem Siderophore, Sacharide und exopolymere Substanzen gemeint, soll genauer untersucht werden.

Abb. 4: Das beprobte Meerwasser beinhaltet eine für die Drake Passage typische und diverse Phytoplanktongemeinschaft. Mit dieser Mikroalgengemeinschaft werden nun sieben Experimente gleichzeitig durchgeführt. (Foto: Lorena Rebolledo, Universität Concepcion)

Insgesamt führen wir nun sieben unterschiedliche Experimente mit demselben Meerwasser und derselben Phytoplanktongemeinschaft durch und beobachten, wie sich deren Zusammensetzung, die Wachstumsraten der einzelnen Arten, deren Produktivität, Photophysiologie und Spurenmetallaufnahme im Laufe der nächsten 10 Tage verändern wird. Darüber hinaus charakterisieren wir organische Molekülverbindungen, welche die in-situ Eisenchemie kontrollieren, indem wir 1000 Liter Meerwasser mit Hilfe der Festphasenextraktion an Bord von Polarstern untersuchen. Außerdem haben wir auch Phytoplankton, Bakterien und Viren, welche eine entscheidende Rolle im Eisenkreislauf spielen, für zukünftige Laborstudien isoliert. Nachdem mehr als 8000 Liter Meerwasser mit spurenmetallsauberen Techniken gepumpt wurden, beendeten wir unsere Probenahme erfolgreich am 3. März um 17 Uhr. Obwohl das Pumpen des benötigten Wassers für die Experimente nun beendet ist, beginnt erst jetzt die eigentliche Arbeit, da wir den Verlauf der unterschiedlichen Experimente beobachten müssen und deren arbeitsintensive Beprobung erst noch bevorsteht. Um dies alles zu bewerkstelligen, stehen uns sechs Laborcontainer, in denen die unterschiedlichen Experimentflaschen unter den verschiedenen Versuchsbedingungen untergebracht worden sind, zur Verfügung. Die ersten Messungen der Eisenkonzentration des gepumpten Meerwassers (mit sehr geringen Werten von 0.05 nmol pro Liter) bestätigen, dass wir das Wasser erfolgreich unter spurenmetallsauberen Bedingungen beprobt haben. Die von uns gemessenen Konzentrationen sind typisch für die offenen eisenlimitierten Gewässer der Drake Passage.

Nach Beendigung der biologischen Arbeiten ging es weiter in Richtung Antarktis. Der Wind und die Wellen beruhigten sich wieder etwas. Dafür näherten sich sowohl Luft- als auch Wassertemperaturen stetig dem Gefrierpunkt. Gestern Abend überquerten wir die südlichste ozeanographische Front des Antarktischen Zirkumpolarstroms im Bereich des bis zu 5000 Meter tiefen Südlichen Shetland-Trogs. Heute war dann endlich wieder Land in Sicht. Leider war es zunächst noch etwas diesig, so dass wir die abrupt aus dem Ozean aufragenden und bis zu 2000 Meter hohen Berge der Smith Insel nicht sehen konnten. Heute Mittag klarte es dann aber plötzlich auf. Für viele von uns ist es das erste Mal in antarktischen Gewässern und die Aussicht auf die vereinzelten Eisberge und die vor uns aufragenden vergletscherten Berge ist spektakulär. Momentan sind wir auf geologischer Stationssuche bei schwacher Brise und sich wieder leicht zuziehendem Himmel. Alle Fahrtteilnehmer sind wohlauf und freuen sich auf den Grillabend am kommenden Dienstag.

 

Frank Lamy

Fahrtleiter PS97

Position: 63°45,41´S; 60°26,5´W

(10 Seemeilen nördlich Graham Land; Antarktische Halbinsel)

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Wissenschaftliche Koordination

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