Ozeanzirkulation und Klimadynamik

Floats, Gleiter, AUV

Die jüngste Gruppe ozeanographischer Messgeräte zeichnet sich durch einen von Ozeanographen und Forschungsschiffen mehr oder minder autonomen Betrieb aus. Floats, Gleiter und AUVs (Autonome Unterwasser-Vehikel) sind die logische Weiterentwicklung von mehreren Jahrzehnten ozeanographischer Messinstrumente. Sie kombinieren die schon seit vielen Jahren in Verankerungen verwendeten Sensoren (siehe z.B. MicroCats) mit einer mobilen Plattform. Durch die Mobilität können Messungen nicht nur an einer Stelle sondern verteilt über ganze Meeresgebiete durchgeführt werden.
Floats, Gleiter und AUVs unterscheiden sich grundlegend in ihren Antriebssystemen. Während Floats ohne eigene Steuerung durch Meeresströmungen mitgeführt werden, können Gleiter und AUVs selbständig durch die Ozeane fahren. AUVs werden dabei konventionell durch einen Propeller angetrieben und zeichnen sich durch ihre hohe Geschwindigkeit und gute Steuerbarkeit. Gleiter haben hingegen keinen Propeller und können sich nur relativ langsam durch die Meere bewegen (etwa halbe Fußgängergeschwindigkeit). Sie teilen ihr augeklügeltes Antriebssystem mit den Floats. Eine Hochdruckpumpe kann Öl aus dem Inneren der Druckgehäuse der Geräte in eine Blase außerhalb des Gehäuses und wieder zurück pumpen. Dadurch können Float und Gleiter vergleichbar einem U-Boot ihre Dichte verändern und bewegen sich im Wasser rauf und runter. Während das Float diese Vertikalbewegung dazu durchführt, um Messungen über den gesamten Tiefenbereich zu gewinnen, wird sie von Gleitern nach dem Prinzip eines Papierflugzeuges auch zur Vorwärtsbewegung genutzt.
Alle drei neuartigen Beobachtungsplattformen haben Batterien als Energielieferanten gemein. Ihre Reichweite ist somit nur begrenzt. In Kombination mit ihren unterschiedlichen Antriebssystemen ergeben sich komplementäre Messtrategien. So können AUVs mit einer Batteriefüllung für einen Tag lang einen bis zu 200 km langen vorprogrammierten Kurs abfahren. Gleiter bewegen sich hingegen viel langsamer und gehen mit ihrer Batterie sparsamer um. Sie können bis zu mehrere Monate unterwegs sein und dabei über 2000 km zurücklegen. Floats hingegen sind die Energiesparmeister. Bis zu 5 Jahre sind sie in den Ozeanen unterwegs. Während dieser Zeit werden sie mit den Meeresströmungen mitgeführt und können so, abhängig von diesen sehr variablen Strömungen, viele tausend oder auch nur wenige dutzend km zurücklegen.
Eine weitere Gemeinsamkeit dieser drei Geräte ist ihre grundlegende Konzeption als Sensorträger. Je nach Bedarf und Verfügbarkeit können verschiedenste Sensoren an ihnen installiert werden. Bei Floats ist die Bandbreite einsetzbarer Sensoren aufgrund ihrer langen Einsatzdauer und des geringen Energievorrates noch sehr eingeschränkt. Ausser den ozeanographischen Standardsensoren für Temperatur und Salzgehalt, kommen bei ihnen seit Neuestem auch Sauerstoff- und Kohlendioxidsensoren zum Einsatz. An Gleitern wurden darüberhinaus schon Strömungsmesser, Chlorophyll- und Trübungssensoren, sowie Hydrophone zur Überwachung von Meeressäugern eingesetzt. AUVs unterliegen wegen ihrer kurzen Einsatzdauer und ihres relativ grossen Energievorrates wesentlich geringeren Einschränkungen bei den installierbaren Sensoren. So können sie beispielsweise mit energiehungrigen Fächerecholoten ausgestattet werden und mit deren Hilfe größere Meeresgebiete hochgenau kartographieren.