Verankerungen

 

Für akustische Aufnahmen unter Wasser nutzen wir spezielle Akustikrekorder (s.u.), die an ozeanographischen Verankerungen befestigt werden.

Diese Verankerungen bestehen in der Hauptsache aus einem ca. 1 t schweren Bodengewicht, dem Verankerungsseil aus Dyneema und Auftriebskörpern in Form von luftgefüllten Glaskugeln mit einer Kunststoffabdeckung. Das Verankerungsseil wird von den angebrachten Auftriebskörpern aufrecht in der Wassersäule gehalten. An diesem Seil können die unterschiedlichen wissenschaftlichen Instrumente in verschiedenen Wassertiefen befestigt werden, je nachdem welche Tiefe für bestimmte Daten interessant ist.  Unsere Akustikrekorder werden meist in eher flachen Wassertiefen zwischen 300 m und 1000 m verankert um näher an den vokalisierenden Walen zu sein. Die Verankerungen, die wir betreiben können jedoch, je nach Position, in bis zu 5500 m Wassertiefe liegen. In größeren Tiefen sind z.B. Geräte zur Messung der Meeresströmung, der Temperatur und des Salzgehaltes angebracht. Unsere Verankerungen im Südpolarmeer reichen nicht ganz bis zur Meeresoberfläche, sondern enden meist in ca. 300m Tiefe um zu verhindern, dass sie von vorbeidriftenden Eisbergen mitgerissen werden.

Um die Geräte mit ihren aufgenommenen Daten wiederzubekommen ist ein sogenannter Auslöser direkt über dem Grundgewicht angebracht. Somit können wir nach typischerweise 2-3 Jahren die Position wieder anfahren und den Haken des Auslösers mit Hilfe eines akustischen Signals öffnen lassen. Der Auftrieb sorgt nun dafür, dass die Verankerung mit allen Geräten langsam auftaucht und an Bord genommen werden kann.

Das Bild zeigt eine Skizze einer kurzen Verankerung mit 2 Akustikrekordern - einem SonoVault und einem AURAL. Die orangenen Kugeln sind die Auftriebskörper. Außerdem sind noch zwei Geräte befestigt die die Strömung messen und ganz unten zwei Auslöser um die Verankerung wieder zu bergen. ]

Was ist ein akustischer Unterwasserrekorder?

 

Akustische Unterwasserrekorder bestehen aus drei wichtigen Teilen:

Das Gehäuse ist ein Druckfester Körper der die Elektronik und die Batterien beinhaltet. Abhängig von dem Material, ist das Gehäuse für den Einsatz in unterschiedlichen Wassertiefen geeignet.

Das Hydrophon gibt ein Spannungssignal aus, das dem Druck des auftreffenden Schalls entspricht.

Die Elektronik wandelt dieses analoge Spannungssignal des Hydrophons in ein digitales Signal um, welches dann auf einem Speichermedium abgespeichert wird.

Aus dem abgespeicherten Spannungssignal kann man später berechnen wie laut das Signal war, das auf das Hydrophon getroffen ist. Aufgrund der bekannten Abtastrate bei der Wandlung vom analogen zum digitalen Signal kann man ebenfalls die Frequenz dieses Signals ermitteln.

Die eingestellte Abtastrate bestimmt welcher Frequenzbereich bzw. welche Walarten erforscht werden können. Zahnwallaute sind z.B. wesentlich höherfrequent als die Laute der Bartenwale. Das bedeutet, dass man zur Aufnahme von Zahlwallauten eine höhere Abtastrate benötigt. Damit erhöht sich allerdings der Speicherbedarf und, unter Umständen, auch der Stromverbrauch. Dies beeinflusst wiederum die maximale Aufnahmedauer.

Aus diesem Grunde wird sowohl von wissenschaftlicher Seite, alsauch aus technischer Sicht abgewogen, welche Einstellungen gewählt werden müssen, um die Arten von Interesse über einen ausreichenden Zeitraum belauschen zu können.

In unseren Verankerungen setzen wir momentan verschiedene Akustikrekorder ein:

Disclaimer:  Der kommerzielle Markt bietet eine ganze Reihe von Unterwasserschallrekordern an, die sich in einer Vielzahl von Eigenschaften unterscheiden. Im nachfolgenden Text listen wir die von uns eingesetzten Gerätetypen.  Unsere Kaufentscheidungen wurde dabei primär vom Forschungsziel und den logistischen Randbedingungen geleitet und soll in keinster Weise eine Kaufempfehlung für einen bestimmten Typ oder eine Aussage zu dessen Zuverlässigkeit darstellen.  Folgende Aspekte sind bei der Auswahl von Relevanz:

  • Zuverlässigkeit
  • Batteriekapazität und daraus resultierende max. Aufnahmedauer
  • Frequenzbereich
  • Speichergröße und daraus resultierende max. Aufnahmedauer
  • Maximale Einsatztiefe
  • Etwaige Klassifizierung als Dual-Use Gerät
  • Kosten
  • On-line oder offf-line Betrieb
  • Zusätzliche Sensorik (Drucksensor)

AURAL (Multi-Electronique, Kanada): [Bild: AURAL]

Das AURAL ist für eine Wassertiefe bis zu 700 m geeignet. Aufgrund der limitierten Batteriekapazität wird es bei unseren Einsätzen meist auf einen sogenannten ‚subsampling‘ Modus eingestellt. D.h. je nach Version des Gerätes und geplanter Aufnahmedauer wird es von uns so eingestellt, dass es jede Stunde 6-10 Minuten aufnimmt. Damit können wir bis zu 3 Jahre Daten sammeln.

Während das AURAL-M2 seine Daten noch auf 2,5`` Festplatten mit max. 1TB schreibt, nutzt das weiterentwickelte AURAL-M3 5 micro-SD Karten als Speicher. Aktuell sind hier ca. 1,2 TB verbaut. (5x 256 GB). Die Speicherkapazität des M3 kann mit fortschreitender Entwicklung der Speicherkarten erweitert werden.

Bisher decken die Aufnahmen der AURAL einen Frequenzbereich bis 16 kHz ab. Dies bedeutet, dass auch die niederfrequenteren Anteile von Zahnwalclicks in den Aufnahmen erkennbar sind.

Bild einer AURAL - Verankerung

SonoVault (Develogic GmbH, Deutschland):[Bild: SonoVault]

Das SonoVault ist der am häufigsten eingesetzte Rekorder in unserer Arbeitsgruppe. Das Gehäuse ist für Tiefen bis zu 6000m geeignet, wobei wir aktuell Hydrophone verwenden die eine maximale Einsatztiefe von 1500 m erlauben. Da diese Geräte mit Lithiumbatterien bestückt sind können sie bis zu 2 Jahre kontinuierlich aufnehmen. Als Speicher dienen hier 35 SD-Karten, die wir aktuell mit insgesamt 2-4 TB bestückt haben. Die eingesetzte Speicherkapazität ist abhängig von der eingestellten Samplingfrequenz die bei uns von 5 kHz bis 96 kHz reichen kann.

Bild einer SonoVault - Verankerung

MARU:[Bild: Maru]

Ein Sonderfall war der Einsatz zweier sogenannter MARUs von 2008 bis 2010. Diese waren in einer Wassertiefe von fast 5000m verankert. Leider konnte eines der Geräte nicht mehr geborgen werden.

Das Gerät war nur mit einem Grundgewicht und einem Auslöser am Boden verankert und war nicht in eine ozeanographische Verankerung eingebunden.

Die Daten wurden auf einer Festplatte aufgezeichnet, das geborgene Gerät hatte Daten über ca. 1 Jahr bei einer Abtastrate von 2 kHz aufgenommen.

Bild einer Maru - Verankerung

Unsere Horchstation in der Antarktis:

 

PALAOA:

2006 – 2014:

2006 nahm die akustische Horchstation PALAOA (PerenniAL Acoustic Observatory in the Antarctic Ocean, dt. ganzjähriges akustisches Observatorium im Antarktischen Ozean; auch hawaiisch für Wal-Zahn-Elfenbein)1[EB1]  ihre Arbeit auf Position 70° 31’ S, 008° 13’ W auf.  Zu Beginn waren 4 Löcher mittels Heißwasserbohrung durch das Schelfeis der Antarktis nahe der Forschungsstation Neumayer (damals noch Neumayer II, jetzt Neumayer III) gebohrt worden. Durch diese Löcher wurden 4 Hydrophone an Kabeln unter das Schelfeis gehängt. In einem Container befand sich damals eine Reihe von Computern und diverse Elektronik zur Aufnahme der unter dem Eis aufgefangenen Laute. Der Container wurde mit Brennstoffzellen und einem Windgenerator mit Energie versorgt. Die gewonnenen akustischen Daten wurden per WLAN nach Neumayer geschickt und auch im Internet gestreamt. Da der Aufwand den Container zu warten für die Überwinterer bei Neumayer sehr hoch war, wurde nach knapp 8 Jahren entschieden ihn durch eine wartungsärmere Version zu ersetzt. Aus diesem Grunde ist es daher das quasi-live Streaming nun leider nicht mehr möglich.

Das Foto zeigt den ehemaligen PALAOA Container

Seit Ende 2014:

Ende 2014 wurde der PALAOA Container durch eine Aluminiumkiste mit batteriebetriebenem Akustikrekorder ersetzt.  Die Kiste mit dem Rekorder ist in einem Schneeloch mit Holzabdeckung an der ehemaligen PALAOA Containerposition platziert. Eines der unter dem Eis hängenden Hydrophone (TC4034) ist an der Elektronik angeschlossen. Der eingebaute Rekorder ist in der Lage für ca. 4 Monate akustische Daten aufzuzeichnen.  Zur Wartung vor Ort muss die Kiste ausgegraben und eine Austausch der Batterien (je 35 kg) und des Rekorders (von dem es zwei zum Durchtauschen gibt) durchgeführt werden.

In 2019 befand sich die Kiste auf der Position 70° 30.321' S, 008° 12.579' W

Diese beiden Bilder zeigen die jetzige PALAOA BOX