PS104 - Wochenbericht Nr. 4 | 27. Februar - 5. März 2017

Spannende Entdeckungen

[06. März 2017] 

Als ein Wechselbad der Forschergefühle lässt sich die vergangene Woche beschreiben. Auf der Suche nach alternativen Einsatzgebieten, die bessere Eis- und Windbedingungen versprachen, haben wir uns in den östlichsten Teil der Amundsenmeer-Bucht zwischen der Burke-Insel und der King-Halbinsel begeben.

Hier sind während des Maximums der letzten Kaltzeit – also dem letzten maximalen Gletschervorstoß vor etwa 20.000 Jahren – zwei Gletscher, die etwas kleiner als die benachbarten großen Pine-Island- und Thwaites-Gletscher waren, zusammengeflossen. Aus vorhergegangenen Arbeiten in diesem Gebiet wussten wir bereits, dass die Beschaffenheit des Meeresbodens hier sehr interessant ist und somit als Ersatz für die ausgefallene Bohrstation dienen könnte. Als wir mit unseren speziellen akustischen Loten an Bord – dem Hydrosweep-Fächerecholot, mit dem sehr hochauflösend die Topographie des Meeresbodens großflächig dargestellt werden kann, und dem Parasound-Sedimentecholot, das auch sehr hochauflösend in den Meeresboden hineingucken kann – den Meeresboden auf dem Weg zur neu ausgesuchten MeBo-Bohrlokation erkundet haben, ist uns jedoch das ganze wissenschaftliche Potential dieses Gebietes mehr und mehr bewusst geworden. Der kleine Teil, den wir bereits kannten, ist eine charakteristische Ablagerung von Sedimenten am Meeresboden, die durch das Verharren einer Gletscherfront über längere Zeit am gleichen Ort entsteht. Während dieser Stabilisierungsphase werden unterhalb der Basis der Gletscherfront Sedimente in Form einer Art Rampe abgelagert, die der Gletscher aus dem Hinterland an der Grenze zwischen Sediment und Eis mitbewegt hat. Diese rampenförmigen Strukturen am Meeresboden (im Englischen „grounding zone wedge“ genannt), die auch nach so langer Zeit mit unserem Fächerecholot noch dargestellt werden können, sind für das Verständnis der ehemaligen Gletscherdynamik extrem wichtig. In den letzten Tagen wurde uns aber deutlich, dass nicht nur eine dieser Strukturen am Meeresgrund zu finden ist, sondern dass wir ein ganzes System dieser Formen über eine Ausdehnung von fast 50 km aufgespürt haben. Voller Erwartungen setzten wir das MeBo-Bohrgerät ab, um Sedimentkerne durch diese Struktur bis zu 40 oder 50 m Tiefe zu erbohren. Leider zwangen uns erst ein technisches Problem an einer Verschraubung des Bohrstranges und dann auch noch ein Schaden am Versorgungskabel des an Deck abgesetzten MeBo zu einer längeren Reparaturpause.

Abb. 1: Das Schwerelot geht ins Wasser, um für eine Sedimentbeprobung mehrere Meter tief in den Meeresboden einzudringen (Foto: T. Ronge)
Abb. 2: Das Geologen-Team zieht das Innenkernrohr mit den Sedimenten aus dem Schwerelot (Foto: T. Ronge)

Fasziniert von der Entdeckung dieser rampenförmigen Meeresbodenstrukturen kartierten wir – die Reparaturpause nutzend – das Gebiet systematisch aus, um im Anschluss daran eine seismische Vermessung zu fahren, die Informationen über die tieferen inneren Strukturen liefert. Auf Basis dieser Informationen haben wir dann an zehn Positionen Sedimentkerne aus diesen Strukturen geborgen, um ihre Zusammensetzung zu bestimmen und vor allen Dingen Aussagen darüber zu treffen, wie alt die Strukturen sind und welchen Stabilisierungszeitraum des Gletschers sie repräsentieren. Diese Arbeiten haben wir mit dem sogenannten Schwerelot durchgeführt. Dieses Gerät besteht aus einem langen Stahlrohr mit einem 1,5 Tonnen-Gewicht am oberen Ende, welches mit Hilfe eines dicken Stahlseils vom Schiff aus zum 500-600 m tiefen Meeresgrund geschickt wird. Das Schwerelot konnte an allen von uns ausgewählten Stationen bis zu fünf Metern in den Meeresgrund eindringen und die Oberfläche dieser vom Gletscher geschaffenen Strukturen beproben. Um Proben dieser Oberfläche zu erhalten, müssen erst einmal einige Meter an Sedimenten durchdrungen werden, die sich nach dem jeweiligen Rückzug des Eises im teilweise schon offenen Ozean abgelagert haben. Die neuen, spannenden Informationen des Fächerecholots im Zusammenhang mit den Daten des Sedimentecholots und den detaillierten Daten, die uns die Sedimentkerne in den nächsten Monaten nach aufwändigen Analysen in unseren Laboratorien zuhause liefern werden, könnten ein sehr viel genaueres Bild der Gletschergeschichte in diesem sich derzeit so schnell ändernden Gebiet geben. Denn nur ein präzises Verständnis der ehemaligen Dynamik der Gletscher, die in das Gebiet des Amundsenmeerschelfs münden, kann uns helfen, ihr zukünftiges Verhalten besser zu prognostizieren. Und dieses wird dann wichtig, wenn man sich verdeutlicht, dass diese Gletscher sich im Vergleich zur übrigen Antarktis momentan am stärksten zurückziehen und somit in großem und zunehmendem Maße am globalen Meeresspiegelanstieg beteiligt sind.

Abb. 3: James und Werner schneiden Scheiben von Meeressediment zur weiteren Untersuchung aus einem Rohr des Multi-Corer (Foto: Alfred-Wegener-Institut)
Abb. 4: Die Polarstern gibt dem Eisberg einen kleinen „Schubser“, damit die MeBo-Bohrung fortgesetzt werden kann (Foto: K. Gohl)

Das hervorragende MeBo-Team hat es geschafft, in nur einem Tag die komplizierte Reparatur am dicken Versorgungskabel mit neuer Terminierung abzuschließen, so dass wir bereit waren, das MeBo wieder zum Meeresboden zu schicken. Aber in der Zwischenzeit drehte sich die Richtung der Eisdrift, und der Wind nahm stark zu. Wir mussten die MeBo-Station schweren Herzens aufgeben, um nicht noch mehr Zeit zu verlieren. Wir entschieden uns dann zum vermeintlich windstilleren Süden der Pine-Island-Bucht zurückzukehren, um dort in einem kleinen Becken nach Sedimenten zu bohren, die vermutlich als Ablagerungen eines ehemaligen, subglazialen Sees aufgeschichtet sind. Doch auch hier wehte unablässig ein starker Wind vom vereisten Kontinent herunter, so dass wir auch diesen Bohrstandort aufgeben mussten. Aber unser Meteorologe Max machte ein Gebiet in der mittleren Pine-Island Bucht ausfindig, in dem der Wind bald nachlassen sollte. Und tatsächlich trafen wir vier Stunden später in diesem Gebiet ein, und es war nahezu windstill. Sofort wurde das MeBo zu Wasser gelassen und auf den 1400 m tiefen Meeresgrund eines Sedimentbeckens geschickt. Und wieder einmal Eisbergalarm: Ein Eisberg näherte sich dem Schiff von der Steuerbordseite. Müssen wir abbrechen und das MeBo bergen? Immerhin beträgt der Bewegungsradius, innerhalb dessen sich das Schiff nur bewegen darf, wenn das MeBo ausgesetzt ist, nur wenige Zehner Meter. In einer navigatorischen Meisterleistung haben Kapitän Schwarze und seine nautischen Offiziere es geschafft, das Schiff vorsichtig um den Eisberg herum zu manövrieren und diesem dann mit dem Bug auch noch einen sanften „Schubser“ zu geben, so dass er an uns vorbeidriften konnte. Nach einer Bohrtiefe von knapp 36 Metern haben wir die Bohrung beendet. Fast 50% der Kernrohre waren gefüllt, was bei glazial-transportierten Sedimenten, die generell schwierig zu erbohren sind, überraschend viel ist. Bisher war keine Zeit, die Sedimentproben genauer zu analysieren, aber wir hoffen, dass sich hier auch Nachweise für einen ehemaligen subglazialen See liefern lassen. Solche Seen sind unter dem heutigen mehrere Kilometer dicken antarktischen Eisschild bekannt, aber deren Sedimente sind bisher aufgrund der Eisdicke noch nicht beprobt. Von daher würden Sedimente aus einem ehemaligen See, der früher mit Eis bedeckt war und dessen Sedimente jetzt unter dem zugänglichen Meeresboden liegen, wichtige Hinweise für die damalige und heutige Eisschilddynamik liefern. Auch dieses Sedimentbecken haben wir mit unseren seismischen Messgeräten in direkter Anbindung an die MeBo-Bohrung auskartiert, um ein Bild davon zu bekommen, wie sich die Sedimentablagerung räumlich entwickelt hat.

Abb. 5: Tim und Markus inspizieren das MeBo nach einer erfolgreichen (Foto: Alfred-Wegener-Institut)
Abb. 6: Ricardas Wärmelanze kommt wieder ans Deck zurück, nachdem die kleinen Temperatursensoren die Temperaturen in verschiedenen Tiefen im Sediment für die Bestimmung des geothermischen Wärmestroms gemessen haben (Foto: K. Gohl)

Diese Expedition zeigt, wie eng Geologen, Geophysiker und Geodäten zusammenarbeiten, um die Entwicklung und Mechanismen des westantarktischen Eisschildes besser zu verstehen. Dort, wo Sedimentproben über die Kernlote und Bohrungen genommen werden, messen Ricarda und Katharina mit Hilfe einer Temperatursonde die Änderung der Temperatur im Sediment. Entlang eines 6 m langen Stahlrohres sind hochempfindliche Temperatursensoren angebracht. Diese Sonde wird mittels eines Gewichtsblocks in den Meeresboden abgesenkt. Über die Änderung der Temperatur mit der Tiefe kann der geothermische Wärmestrom abgeleitet werden, der, wenn er ungewöhnlich hoch sein sollte, auch einen Einfluss auf die Fließdynamik des Eisschildes haben kann. Gerade im Gebiet der Pine-Island-Bucht wird ein hoher Wärmestrom angenommen, weil die Küstenregion eine der wenigen Gebiete der Antarktis ist, in der noch vor wenigen tausend Jahren Vulkane aktiv waren.

Wir haben jetzt die Pine-Island-Bucht verlassen und begeben uns auf den westlichen Schelf des Amundsenmeeres, wo wir den letzten Abschnitt unserer MeBo-Bohrungen und der anderen Arbeiten durchführen wollen.

 

Mit herzlichen Grüßen im Namen aller Expeditionsteilnehmer

Johann Klages & Karsten Gohl

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