Meerestechnik & Analytik

Forschungsschiff, AUV und ROV

 

 

Forschungsschiffe

Aufgrund unserer Arbeitsgebiete in den großen Meeren der Erde greifen wir vor allem auf die mittelgroßen und großen Schiffe der Deutschen Forschungsschiffflotte zurück. Neben der am GEOMAR beheimateten FS Poseidon (Mittelmeer/Nordatlantik) sind dies vor allem FS Meteor (Atlantik), FS Maria S. Merian (Nordatlantik) und die neue FS Sonne (Pazifik/Indischer Ozean).

In Zusammenarbeit mit Kollegen aus aller Welt sind wir aber auch mit Forschungsschiffen anderer Nationen unterwegs, wie z.B. RV James Cook (UK), NO L'Atalante/NO Pourqui Pas? (beide Frankreich), RV Kilo Moana/DV JOIDES Resolution (beide USA), RV Falkor (privat).

Erkundung des Meeresbodens

Vergleich der Auflösung schiffsgestützter und AUV-gestützter Bathymetrie

Eines der wichtigsten Hilfsmittel zur Erkundung des Meeresbodens in hunderten bis tausenden Metern Wassertiefe ist die schiffsgestützte Bathymetrie. Je nach System und Wassertiefe können mit modernen Fächerecholoten bis zu 9 km breite Streifen des Meeresbodens mit einer Genauigkeit von 30-70 m kartiert werden. Auch sind Geschwindigkeiten von 8-10 Knoten (15-18 km/h) möglich, was die kartierbare Fläche innerhalb einer begrenzten Zeit deutlich erhöht. Trotzdem sind gerade einmal 10% des Meeresbodens auf diese Weise kartiert. Zum Vergleich, an Land können Satelliten Höhenunterschiede von wenigen Zentimetern ausmachen. Etwas genauer geht es aber auch unter Wasser mit Hilfe Autonomer Unterwasserfahrzeuge (Autonomous Underwater Vehicle - AUV). Diese "fliegen" missionsspezifisch wenige Meter bis 200 m über dem Meeresboden und erreichen so eine Genauigkeit von 2-5 m. Bei einer Geschwindigkeit von 3 Knoten (5.5 km/h) und einer Tauchdauer von maximal 20 Stunden ist die kartierbare Fläche jedoch deutlich begrenzt. Das GEOMAR verfügt mit dem AUV "Abyss" über eines der leistungsfähigsten AUVs weltweit.

Weitere wichtige Methoden sind das Seitensicht-Sonar und die Intensität der Rückstreuung des Echolots. Diese Techniken geben uns Hinweise auf die Art des Untergrundes am Meeresboden, z.B. ob es sich um frisches magmatisches Gestein handelt oder weiches Sediment, das sich über Jahrtausende hinweg ablagert. Mehr Informationen dazu, wie man den Meeresboden kartiert, finden Sie hier.

In Zusammenarbeit mit unseren Kollegen am GEOMAR nutzen wir darüber hinaus zahlreiche andere geophysikalische Verfahren wie z.B. Gravimetrie, Seismologie & aktive Seismik, Elektromagnetik, etc.

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"Plume hunting"

Wasseranomalie aufgespürt mittels eines "Tow-Yos" einer Dredge mit 5 MAPR (Mini-Autonomous Plume Recorder)

An hydrothermalen Quellen wie z.B. Schwarzen Rauchern strömen bis zu 400°C heiße Fluide aus, die sich physisch und chemisch deutlich vom umgebenden Meerwasser unterscheiden. Dieses Fluid verdünnt sich unmittelbar bei Austritt aus der hydrothermalen Quelle mit dem in nahezu unendlicher Menge vorhandenem Meerwasser. Doch auch kleinste Veränderungen in der Chemie (z.B. pH-Wert) oder Physik (z.B. Temperatur, Trübe, elektrisches Potential) können mit moderner Technik aufgespürt werden. Diese sogenannten "Plumes" verbreiten sich über deutlich größere Entfernungen als das eigentliche Feld hydrothermaler Aktivität von dem sie ausgehen. Einmal entdeckt, versuchen wir dann der Herkunft des "Plumes" hinterher zu jagen. Dies geschieht mit Wasserproben mittels CTD-Rosette, Tow-Yos und MAPR (Mini-Autonomous Plume Recorder) und dem AUV, das routinemäßig mit speziellen Wassersensoren ausgestattet ist.

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Beprobung des Meeresbodens

Mittlerweile stehen zahlreiche Verfahren zur Verfügung um Proben vom Meeresgrund zu holen. Eine einfache Kettensack-Dredge wird seit Jahrzehnten benutzt, hat jedoch den Nachteil, dass keine zielgeführte Beprobung möglich ist. Genauer sind da schon Vulkanit-Stoßrohr und TV-geführte Greifer. Die beste, aber auch teuerste Methode ist die Beprobung mittels eines Tauchbootes, wie z.B.  "Jago" oder Tauchrobotern, den sogenannten Remotely Operated Vehicles (ROV). Das GEOMAR verfügt über zwei dieser ROVs, dem ROV "Phoca" für Einsätze bis 3000 m Wassertiefe und das ROV "Kiel 6000" für Einsätze bis 6000 m Wassertiefe. 

Soll es tiefer in den Meeresboden gehen, helfen nur Bohrungen. Bei Sedimenten geht das zunächst noch mit Schwereloten, aber in Festgesteinen ist dies nur mit Bohrungen möglich, die entweder über mobile Plattformen direkt am Meeresgrund (z.B. RockDrill 2 / MeBo) oder von schwimmenden Plattformen (z.B. Schiff) aus durchgeführt werden. Aufgrund der enormen Kosten, wird Letzteres fast ausschließlich über das "International Ocean Discovery Program" (IODP) durchgeführt.

TV-geführter Greifer
Probennahme mit ROV
Fluid-Beprobung

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Labore & Analytik

Die Gruppe Marine Mineralische Rohstoffe unterhält ein eigenes Labor zur Aufbereitung hydrothermaler Prezipitate.

Darüber hinaus stehen der Gruppe zahlreiche andere Labore innerhalb des GEOMARs zur Nutzung zur Verfügung. Diese beinhalten u.a. das ARENA Labor zur Visualisierung, das Geochronologie-Labor, das Mikrosonden-Labor, das Laser-Ablations ICPMS-Labor und das Labor für Radiogene Isotope.

Extern greifen wir auf die Expertise hochspezialisierter Arbeitsgruppen und Labore zurück wie Transmissionselektronenmikroskopie, hochreine Spurenelementanalytik mittels ICPMS, SekundärIonenMassenSpektrometrie SIMS etc.

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