Moderne Geräte helfen den Meeresforschern, selbst in 1000 Meter Tiefe noch feinste Details zu erkennen.
Mit einer Seekarte arbeitet an Bord eines Forschungsschiffs eigentlich nur noch der Nautiker auf der Brücke. Für die Forscher sind diese Karten viel zu ungenau. Außerdem befassen sie sich mit Tiefen, die für den Kapitän eines Schiffs uninteressant sind. Ob er eine Meeresschlucht von 1900 oder 2000 Meter Tiefe überfährt, ist ihm egal. „Ganz im Gegensatz zu uns Wissenschaftlern, die in dieser Tiefe nach Schlammvulkanen oder Schwarzen Rauchern suchen, die manchmal nur einen halben Meter Durchmesser haben”, sagt Gerhard Bohrmann, Geologe am Bremer Forschungsinstitut Marum.
In den oftmals wüstenartigen Einöden der Tiefsee war das mit den bisherigen technischen Möglichkeiten wie die sprichwörtliche Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Entsprechend häufig übersahen die Forscher früher interessante Dinge. Erst seit einigen Jahren ermöglichen ihnen moderne Geräte, hochauflösende Bilder und Karten zu erstellen – und prompt entdeckten sie, dass es überraschend viele Oasen in der Wüste gibt.
Jahrhundertelang konnten Meeresvermesser nur Punkte erfassen, egal, ob sie wie Kapitän James Cook ein Bleilot verwendeten oder – ab dem frühen 20. Jahrhundert – das Echolot. Nach der Messung wussten sie nur: Hier ist es 15 Meter tief. Wie es links und rechts davon aussah, blieb ihnen verborgen. Wobei das Bleilot sogar Informationen über die Bodenbeschaffenheit lieferte: Es enthielt die sogenannte Lotspeise, einen Pfropfen aus Talg oder Wachs. Darin setzten sich Spuren des Untergrunds fest, zum Beispiel Sand, Kies oder Pflanzenteile. Ein erfahrener „Lotgast” – wie man die Männer mit dem Lot nannte – konnte außerdem beim Aufprall des Lots an der Leine fühlen, wie der Untergrund beschaffen war. Moderne Echolotsysteme können dies auch – und noch viel mehr. Bereits das Echolot von Forschungsschiffen wie der Meteor liefert ein recht genaues Landschaftsprofil. Mit seinem sogenannten Fächer-Echolot schaut es nicht nur auf einen Punkt unter dem Schiff, sondern auf einer fächerförmigen Fläche querschiffs. „Je nach Wassertiefe können wir Strukturen am Meeresgrund mit einer Genauigkeit von etwa zehn Metern erkennen”, sagt Paul Wintersteller, ein Bathymetriker, also ein Experte für Meerestiefenmessungen.
Um eine genauere Auflösung zu bekommen, lässt man auf vielen Forschungsschiffen so genannte Seitensicht-Sonare in die Tiefe hinab und schleppt sie hinter sich her. Am Marum will man es genauer wissen – und hat auch die technischen Möglichkeiten dazu. Der Meeresgeologe Gerrit Meinecke leitet die AUV-Gruppe des Bremer Meeresforschungszentrums. Ein AUV (Autonomes Unterwasser-Vehikel) sieht aus wie ein gelber Torpedo mit Flügeln – 5,50 Meter lang und 1250 Kilogramm schwer, voller moderner Elektronik und Messgeräten. „Das AUV liefert uns ein Geländeprofil mit 20 bis 30 Zentimeter Auflösung. So entdecken wir Strukturen, die auf Methanhydrate oder Leben in der Tiefsee deuten. Und finden sichere Plätze, um Unterwasserroboter oder Messgeräte abzusetzen”, sagt Meinecke. „Wenn man diese Orte nicht sorgfältig wählt, verliert man seine Geräte schnell.”
Schraubenförmig in die Tiefe
Unter Wasser kann ein AUV weder Funk- noch GPS-Signale empfangen. Damit man trotzdem weiß, wo die Strukturen unter Wasser liegen, stellt Meinecke zuerst den genauen Ort per GPS fest und lässt dann den gelben Torpedo schraubenförmig nach unten tauchen. Auf diese Weise kommt er fast genau unter seinem Abtauchpunkt dicht über dem Meeresboden an. Jetzt beginnt das Vehikel selbstständig sein Messprogramm. Wie ein Trecker auf dem Acker fährt es eine festgelegte Strecke geradeaus, wendet und fährt Bahn für Bahn direkt neben der eben abgefahrenen Bahn entlang.
„Die Navigation ist das Anspruchsvollste an diesem System”, sagt Eberhard Kopiske, der Physiker in Meineckes Team, „anders als bei einem Fahrzeug, das an einem Kabel hinter dem Schiff hergezogen und ferngesteuert wird. Unser AUV ist da unten autonom, und das kann natürlich Probleme machen.” Die Forscher müssen ihr Tauch-gerät vor dem Tauchgang sorgfältig mit den Geländedaten des Fächersensors versorgen, damit es zum Beispiel weiß, wo unter Wasser Hindernisse sind, denen es ausweichen muss – denn Kommunikation ist nur sehr begrenzt möglich. Funk dringt nicht durch Wasser. Akustische Signale können das zwar, aber deren Datendichte ist sehr gering. Nur 1000 Bits pro Sekunde lassen sich so übermitteln. Zum Vergleich: Die Modems aus der Frühzeit des Internets hatten Übertragungsraten von 2400 bis 19200 Bits pro Sekunde. „Messwerte und Geländeprofile können wir damit nicht empfangen”, sagt Kopiske.
Das AUV zu steuern, ist eine Herausforderung – doch dafür liefert es Daten, von denen die Forscher bislang nur träumen konnten. Es zeigt nicht nur viele Details, sondern erkennt sogar die Beschaffenheit des Bodens. „Ton reflektiert Schall anders als Fels oder Sand, auch Korallen haben ein charakteristisches Echo im Seitensicht-Sonar. Fels gibt zum Beispiel ein sehr hartes ungedämpftes Signal”, erklärt Paul Wintersteller. Seine Karten aus mehreren Tausend Meter Tiefe zeigen die Unterwasserwelt farbig und in 3D. Man sieht, woraus die Strukturen bestehen.
Methanblasen werden sichtbar
„Das hier sind Methanblasen, die im Wasser nach oben steigen”, sagt der Bathymetiker und deutet auf eine seiner neuen Karten. „ Man hätte die Blasen im Prinzip auch früher schon erkennen können, aber bislang hat man sich auf die Bearbeitung der aufgezeichneten Meeresboden-Oberfläche konzentriert und die Daten der Wassersäule als Artefakte verworfen.” Die Geräte haben die Blasen zwar gesehen, aber die Software hat sie nicht beachtet. Erst die neuen Messgeräte können diese Informationen verarbeiten.
Nur wenige Forschungsschiffe verfügen über die hochauflösenden Fächer-Echolote. Die Meteor gehört zu diesem elitären Kreis. Bei der diesjährigen Schwarzmeer-Expedition (siehe Beitrag „Vorstoß in die Todeszone”) gelangen den Bremer Wissenschaftlern auf dem Schiff spektakuläre Aufnahmen. Um den Meeresboden zu scannen, kroch die Meteor mit nur einem halben Knoten Fahrt durchs Wasser – das ist weniger als ein Kilometer pro Stunde. Je langsamer das Schiff fährt, umso genauer werden seine Bilder. Auf den Bildschirmen der Forscher tauchten plötzlich ein paar Blasen auf, dann wurden es immer mehr. Diese Blasen stiegen nicht senkrecht nach oben, sondern wurden offenbar kurz über dem Meeresboden von einer Strömung erfasst und durchs Meer abgetrieben. „Für uns ist es wichtig zu wissen, dass wir, wenn wir Methanblasen an der Oberfläche sehen, unter Umständen in 500 Meter Entfernung nach der Quelle suchen müssen”, sagt Bohrmann.
500 Meter sind unter Wasser eine weite Strecke, denn selbst mit starken Scheinwerfern kann man nur wenige Meter weit sehen. Deshalb werden die neuen Karten von den Forschern sehnsüchtig erwartet. Eine gute Planung vor dem Start in die Tiefe ist entscheidend für den Erfolg der Mission. Allerdings steigen die Tiefseeforscher kaum selbst ins U-Boot. Stattdessen sitzen sie zusammen mit Volker Ratmeyer im Steuercontainer an Bord des Forschungsschiffs und lenken dort den Einsatz des ferngesteuerten Roboters ROV (Remotely Operated Vehicle). Ratmeyer ist Leiter der ROV-Gruppe und Herr über Tauchroboter wie „Quest”, der bis zu 4000 Meter tief tauchen kann – tiefer als die meisten bemannten Forschungs-U-Boote. Über ein Datenkabel sehen die Forscher Videobilder vom Meeresgrund in exzellenter Qualität und aus verschiedenen Perspektiven. Doch scharfe Kameras und starke Lampen genügen nicht, um das ROV in der Dunkelheit der Tiefsee zu manövrieren. Dabei hilft nur ein Fächersonar. Es leitet das ferngelenkte Tauchvehikel um gefährliche Hindernisse herum, hin zu den wissenschaftlich interessanten Orten.
Dort knipsen Roboterarme Muscheln von Schwarzen Rauchern ab, und Probennehmer sammeln Wasser- und Gesteinsproben. Stück für Stück lesen sie all die Puzzleteile auf, mit denen die Forscher einen Lebensraum entschlüsseln, der ähnlich fremd, lebensfeindlich und schwer zu erkunden ist wie der Mond. ■
von Thomas Willke
Kompakt
· Ein neuartiges Tauchboot kartiert zentimetergenau den Grund des Ozeans.
· Es spürt bislang unentdeckte Stellen auf, an denen Gase aus dem Boden blubbern oder bizarre Wesen leben.
