Frisches Meerwasser für die Forschung

Wie kommt das Meer ins Labor? Am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel mit einer 1,4 Kilometer langen Leitung, die direkt aus der Förde in die Seewasserzentrale im Keller des neuen Gebäudes am Ufer der Schwentine führt. Von der Seewasserzentrale aus fließt es über ein Ringleitungssystem in Klima-Kulturräume und Labore und steht dort für Experimente mit Meeresorganismen zur Verfügung. Heute wurde diese außergewöhnliche Infrastruktur feierlich eingeweiht.

„Forschungsinfrastrukturen wie die neue Seewasser-Pipeline am GEOMAR schaffen entscheidende Voraussetzungen, um Meeresprozesse im Labor zu untersuchen“, sagt Prof. Dr. Martin Keller, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Die Meere sind zentral für das Leben auf der Erde: Sie regulieren das Klima, produzieren einen großen Teil unseres Sauerstoffs und sichern die Ernährung von Milliarden Menschen. Ihr Zustand entscheidet damit maßgeblich über die Stabilität unserer Umwelt und die Zukunft unserer Gesellschaft. Umso wichtiger ist es, die vielfältigen Prozesse vom Meeresboden bis in die Atmosphäre umfassend zu verstehen. Das GEOMAR setzt genau hier an: Mit seinem Fokus auf die Erforschung des globalen Ozeans leistet es einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis seiner Rolle im Erdsystem. Dank exzellenter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, starker internationaler Partnerschaften und hochmoderner Infrastruktur leistet es weltweit Pionierarbeit auf diesem Gebiet.“

Warum Experimente frisches Seewasser brauchen

Für viele Fragen der Meeresforschung sind Experimente unter kontrollierten Bedingungen unverzichtbar. In Klima-Kulturräumen untersuchen Forschende zum Beispiel, wie sich Veränderungen von Temperatur, Salzgehalt oder Nährstoffen auf Organismen aus dem Ozean auswirken. Damit solche Experimente wissenschaftlich belastbare Ergebnisse liefern, müssen sie mehrfach parallel durchgeführt werden. Das erfordert eine kontinuierliche Versorgung mit großen Mengen frischen Seewassers.

„Experimentelle Forschung ist ein Schlüssel, um die Auswirkungen des Klimawandels auf den Ozean zu verstehen. Mit der neuen Seewasser-Pipeline verfügen wir über eine einzigartige Infrastruktur, die es uns ermöglicht, Forschung mit Meeresorganismen unter realistischen Bedingungen in unseren Laboren durchzuführen – auch an unserem neuen Standort an der Schwentinemündung“, sagt Professorin Dr. Katja Matthes, Direktorin des GEOMAR.

Herausforderungen am Grund der Schwentine

Die Leitung verbindet den Ansaugpunkt auf dem Gelände des Marine-Arsenals in der Kieler Förde mit dem 2023 fertiggestellten GEOMAR-Gebäude am Seefischmarkt. Dabei führt sie 1400 Meter durch die Förde und die Schwentine – ein Flüsschen, das noch immer mit Munitionsaltlasten belastet ist, was den Bau zu einer besonderen Herausforderung gemacht hat.

Mehrfach musste der Kampfmittelräumdienst anrücken, um Bomben aus dem Zweiten Weltkrieg zu bergen. Zudem musste die Leitungsführung während des Baus angepasst werden, um sie um Trümmerteile herumzuführen, die nicht entfernt werden konnten. An der Kaikante vor dem GEOMAR-Gebäude wurde ein neues Schachtbauwerk errichtet, um die Wasserkante zu stabilisieren und die Leitungsführung ins Gebäude zu ermöglichen. Nach zwei Jahren Bauzeit sind die wesentlichen Arbeiten nun abgeschlossen. Die Kosten liegen bisher bei gerundet elf Millionen Euro.

„Ohne die Unterstützung des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt wäre dieses außergewöhnliche Projekt kaum zu stemmen gewesen“, sagt der Verwaltungsdirektor des GEOMAR, Frank Spiekermann. „Das BMFTR hat uns nicht nur geholfen, die finanziellen Herausforderungen bei der Umsetzung zu bewältigen, sondern das Vorhaben auch mit viel Verständnis begleitet – dafür sind wir sehr dankbar. Mein besonderer Dank gilt außerdem den Kolleginnen und Kollegen der Technischen Dienste des GEOMAR, die dieses anspruchsvolle Bauprojekt mit Geduld und großer Ausdauer erfolgreich zu Ende geführt haben.“

Der Weg des Meerwassers von der Ostsee ins Labor

Die Pump- und Filterstation ist am Ufer der Kieler Förde auf dem Gelände des Marinearsenals untergebracht. Die 100 Quadratmeter große graue Halle mit Steg ist vom Wasser aus gut sichtbar. Dort wird das Meerwasser angesaugt und in zwei Filterstufen gereinigt, bevor es in die Pipeline gelangt. Dies soll verhindern, dass sich Muscheln, Seepocken oder andere Organismen in der Pipeline ansiedeln und sie im Laufe der Zeit verstopfen. Die Leitung besteht aus insgesamt vier Rohren, die im Wechsel betrieben werden können, um eine Versorgungssicherheit zu gewährleisten und die Reinigung der einzelnen Rohrstränge während des laufenden Betriebs zu ermöglichen. Bis zu 20 Kubikmeter Wasser pro Stunde können so zum GEOMAR transportiert werden.

Im Gebäude angekommen, fließt das Wasser in die Seewasserzentrale im Keller. Sie ist das Herzstück der Meerwasserversorgung am GEOMAR. Hier werden den Wissenschaftler:innen drei Arten von Meerwasser bereitgestellt: Neben dem kontinuierlich fließenden Ostseewasser auch Wasser aus der Nordsee sowie künstlich hergestelltes Meerwasser. Das Nordseewasser wird mit Forschungsschiffen angeliefert und über einen Anschluss am Anleger direkt in die Seewasserzentrale gepumpt. Künstliches Meerwasser wird vor Ort mit dem gewünschten Salzgehalt angemischt.

Die Seewasserzentrale umfasst mehrere große Becken. Das größte fasst rund 80.000 Liter Nordseewasser. Zusätzlich können bis zu 20.000 Liter künstliches Meerwasser hergestellt werden. In drei weiteren Tanks mit jeweils etwa 10.000 Litern Fassungsvermögen können besondere Wassersorten gelagert werden, die von Expeditionen aus anderen Regionen des Ozeans nach Kiel gebracht werden.

Für die Versorgung der Labore und Klima-Kulturräume wird das Wasser weiter aufbereitet: Eiweiße werden abgeschäumt, Sedimente entfernt, und UV-Reiniger reduzieren Mikroorganismen. Anschließend pumpen leistungsstarke Anlagen das Wasser in ein Ringleitungssystem, das durch das Gebäude führt. Dieses System hält das Wasser ständig in Bewegung. So bleibt das Wasser frisch und sauerstoffreich.

In den Laboren und Klima-Kulturräumen können Forschende das Meerwasser schließlich direkt aus einem der drei Wasserhähnen zapfen – je nach Bedarf Ostsee-, Nordsee- oder künstliches Meerwasser.

„Die Versorgung unserer Klima-Kulturräume mit frischem Seewasser stellt – bei gleichzeitiger Verfügbarkeit moderner Analytik unter demselben Dach – einen entscheidenden Standortvorteil der meeresbiologischen Forschung am GEOMAR dar“, sagt Dr. Claas Hiebenthal, Leiter des Zentrallabors zur Kultur mariner Organismen, einer zentralen Einrichtung des GEOMAR.