BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

Überblick

Was ist das International Ocean Discovery Program ?

Das International Ocean Discovery Program (IODP) ist ein zehnjähriges globales Vorhaben zur Erkundung der Bereiche unter den Meeresböden durch Tiefbohrungen. Es hat im Oktober 2013 begonnen und baut auf früheren wissenschaftlichen Ozean-Bohrprogrammen, insbesondere dem Deep Sea Drilling Project (DSDP, 1968 - 83), dem Ocean Drilling Program (ODP, 1983 - 2003) und dem Integrated Ocean Drilling Program (IODP, 2003 - 2013), auf. Diese Bohrprogramme ermöglichten die Erforschung von bislang unzugänglichen Bereichen des Meeresbodens und von bisher kaum verstandenen Vorgängen bei der Entwicklung unseres Planeten. Der Zusammenschluß von mittlerweile 26 Ländern im IODP ermöglicht eine Forschung auf höchstem wissenschaftlichen und technologischen Niveau.

Den Wissenschaftsplan "Illuminating Earth`s Past Present and Future" des International Ocean Discovery Program finden Sie hier:

http://www.iodp.org/science-plan-for-2013-2023

Der Wissenschaftsplan baut auf den Leistungen der Vorgängerprogramme auf, gleichzeitig werden neue, zukunftsweisende Fragestellungen, Methoden und Modelle in den Vordergrund gerückt. Obwohl weiterhin klar der Grundlagenvorschung verschrieben, widmet sich das IODP nun auch verstärkt gesellschaftsrelevanten Themen (z.B. Fragen zum Klimawandel, zu Naturkatastrophen und Rohstoffen). Die Zusammenarbeit mit anderen geowissenschaftlichen Programmen, vor allem aber dem International Continental Scientific Drilling Program (ICDP), soll dabei deutlich verstärkt werden.

Warum brauchen wir wissenschaftliche Bohrungen im Meeresboden?

Mehr als siebzig Prozent der festen Erde sind von Wasser bedeckt. Unter der Wasserbedeckung der Ozeane laufen alle wichtigen Prozesse ab, die das dynamische Bild unseres Planeten prägen:

  • Fortlaufende Entstehung von Erdkruste und Rückführung derselben in das Erdinnere.
  • Neunzig Prozent aller Erdbeben setzen ihre Energie unter den Meeren frei. Dabei können auch die gefürchteten Tsunamis ausgelöst werden.

Reste der marinen Lebewelt und Partikel, die von den Kontinenten mit dem Wind und durch Flüsse ins Meer getragen wurden, haben sich über viele Millionen Jahre hinweg auf der ozeanischen Erdkruste abgelagert. Diese Ablagerungen enthalten u.a.

  • Informationen über die Klimaentwicklung auf der Erde sowie zur Entwicklung der marinen Lebewelt und ihrer Umweltverhältnisse.
  • Im Meeresboden gibt es bis in große Tiefe hinab mikrobielles Leben, ein noch kaum erforschter, aber signifikanter Anteil an der gesamten Biomasse der Erde.
  • Der Meeresboden enthält zudem ein weitgehend unerforschtes Potential an mineralischen und Energie-Rohstoffen.

Über die letzten 40 Jahre hinweg haben die wissenschaftlichen Ozean-Bohrprogramme mit tausenden von Bohrungen zum Verständnis des Zusammenwirkens von harter Erdkruste, plastischem Erdinneren, Meer, Eiskappen, Atmosphäre, Erdmagnetfeld, planetaren Kräften und Lebewelt beigetragen. Vieles blieb aber bis heute unverstanden. Mit dem International Ocean Discovery Program wird diesen offenen Fragen nachgegangen. Die aus Meeresbohrungen und Bohrlochobservatorien gewonnenen Erkenntnisse sind wichtig, um unsere Erde besser zu verstehen, zu nutzen und zu schützen.

Die Forschungsziele im neuen IODP

Obwohl die Ozeane im Rahmen der großen Ozean-Bohrprogramme seit über 40 Jahren intensiv erforscht werden, sind viele Fragen immer noch unbeantwortet. Diese sind zum Teil von großer gesellschaftlicher und ökonomischer Relevanz. Die wachsende Erdbevölkerung, der Klimawandel, der steigende Bedarf an Rohstoffen und die großen Risiken von Naturkatastrophen, wie Erdbeben und Tsunamis, erfordern ein besseres Verständnis des Systems Erde. Diesem Verständnis dient das International Ocean Discovery Program.

Im Initial Science Plan dieses Bohrprogrammes sind vier Forschungsschwerpunkte festgelegt, die ihrerseits in verschiedene wissenschaftliche "Herausforderungen" unterteilt sind:

  1. Schwerpunkt 1 "Climate an Ocean Change": Wie werden sich das Klima, die Ozeane und Eiskappen verhalten, wenn die Treibhauskonzentrationen in der Atmosphäre weiter zunehmen? In der Erdgeschichte gab es zahlreiche Zeitabschnitte mit signifikanten und manchmal sehr raschen Klimaveränderungen, die als Analogmodell für den aktuellen Klimawandel herangezogen werden können. Nur durch geowissenschaftliche Bohrungen können zeitlich hochauflösende und quantitative Daten gewonnen werden, um die Gründe und Auswirkungen solcher Ereignisse zu verstehen. Die Bohrungen der Vorgängerprogramme des IODP ermöglichen lediglich ein prinzipielles Verständnis der Prozesse. Um bessere Vorhersagen treffen zu können, benötigen die derzeitigen Modell und Simulationen der Klimaforscher jedoch eine breitere Datenbasis.
  2. Schwerpunkt 2 "Biosphere Frontiers": Eine Herausforderung ist die Erforschung von Leben tief unterhalb des Meeresbodens, wo Mikroben isoliert von der photosynthetischen Welt an den Grenzbereichen theoretisch möglicher Lebensräume leben. Die Erforschung dieser extremen Lebensräume erlaubt unter anderem Rückschlüsse auf die Entstehung des Lebens auf der Erde, da zu dieser Zeit ähnlich extreme Bedingungen herrschten. Eine weitere wichtige Herausforderung im Rahmen dieses Schwerpunktes ist die Beziehung zwischen Biodiversität und raschen Umweltveränderungen. Große vulkanische Eruptionen, Meteoriteneinschläge und Klimaveränderungen haben die Biodiversität im Laufe der Erdgeschichte wiederholt und signifikant beeinflusst. Eine Fülle von Informationen darüber sind in Meeresablagerungen gespeichert. Ihre Erforschung ermöglicht Vorhersagen, wie der derzeitige Umweltwandel die marine Biodiversität beeinflussen könnte.
  3. Schwerpunkt 3 "Earth Connections": In diesem Schwerpunkt wird auf die geochemischen Austauschprozesse zwischen der festen Erde, den Ozeanen und der Atmosphäre fokussiert. Eine wichtige Herausforderung sind Bohrungen in den Erdmantel. Dieses größte geochemische Reservoir der Erde ist immer noch weitgehend unerforscht. Weitere Herausforderungen sind unter anderem das Verständnis der Entwicklung des Magnetfelds der Erde sowie Fragen zu geochemischen Austauschprozessen zwischen ozeanischer Kruste und dem Meerwasser und deren Rolle bei der Entstehung von Lagerstätten mineralischer Rohstoffe.
  4. Schwerpunkt 4 "Earth in Motion" fokussiert auf kurzfristige geodynamische Prozesse mit großer und unmittelbarer gesellschaftlicher Relevanz. Hierunter fallen z.B. Prozesse im Zusammenhang mit Erdbeben, Erdrutschen und Tsunamis. Meeresbohrungen werden Untersuchungen und Aussagen zur Frequenz, zu Größenordnungen, Mechanismen und Auswirkungen dieser Ereignisse ermöglichen. Ebenfalls unter diesen Schwerpunkt fallen Herausforderungen wie ein Verständnis der Fluidflüsse in Sedimenten und vulkanischer Kruste, die Bildung und Stabilität von Gashydraten und das Potential für die Sequestierung großer Mengen Kohlendioxid in Gesteinen der Tiefsee. Gemeinsam mit anderen Programmen, wie z.B. dem ICDP, wird das IODP dazu beitragen, die Entwicklung von Netzwerken, von Bohrlochobservatorien voranzutreiben. Dies ist u.a. erforderlich, um Frühwarnsysteme für Erdbeben aufzubauen.

Die Bohrwerkzeuge

Bohrgestänge im  Einsatz auf der  JOIDES RESOLUTION Bohrgestänge im Einsatz auf der JOIDES RESOLUTION Quelle: BGR

Beim Bohren mit den verschiedenen IODP-Bohrplattformen werden modernste Bohr-, Beprobungs- und Beobachtungstechnologien eingesetzt. Zwei eigene Bohrschiffe stehen zur Verfügung, die JOIDES Resolution und die Chikyu. Zusätzlich werden bedarfsweise so genannte Mission Specific Platforms (MSP) gechartert und in Gebieten eingesetzt (z.B. flache Schelfmeere), in denen die beiden anderen Bohrschiffe nicht operieren können. Im Rahmen des International Ocean Discovery Program ist geplant, die JOIDES Resolution volle 8 Monate eines jeden Jahres einzusetzen. Das japanische Bohrschiff, die Chikyu, wird 4-6 Monate pro Jahr für das IODP aktiv sein. Mit den von ECORD finanzierten missionsspezifischen Plattformen soll jährlich eine Expedition durchgeführt werden. Mit den beiden Schiffen, den MSPs und den hochmodernen landgestützten Einrichtungen, wie Probelagern und Laboren, wird den Forschern das bestmögliche Arbeitsfeld für die wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen zur Verfügung stehen


Die Finanzierung des IODP

Das International Ocean Discovery Program ist ein Zusammenschluß von drei finanziell unabhängigen Partnern. Der gemeinsame wissenschaftliche Rahmen ist der neue Wissenschaftsplan.

Die drei Partner sind:

  • U.S. National Science Foundation (NSF)
  • Japan´s Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT)
  • European Consortium for Ocean Research Drilling (ECORD)

NSF, MEXT und ECORD stellen jeweils eine der drei Bohrplattformen (JOIDES Resolution, Chikyu, MSPs). Andere Partnerorganisationen und Mitgliedsländer tragen zu den Kosten der Plattformen oder einzelner Expeditionen bei und können dann auch an wichtigen Entscheidungen mitwirken.

Die Struktur

Das übergeordnete Gremium in der IODP-Struktur ist das IODP Forum. Hier werden allgemeine Fragen zum Bohrprogramm diskutiert und es wird über die Aufgaben der anderen Gremien beraten. Im IODP-Forum treffen sich Mitglieder aus allen Ländern und Konsortien, die zur Finanzierung der IODP-Expeditionen beitragen.

Die wichtigste Basis der IODP-Expeditionen sind die Bohrvorschläge, die von den IODP-WissenschaftlerInnen auf der ganzen Welt eingereicht werden.  Eine gemeinsame, unabhängige Beratungsstruktur (Site Evaluation Panel) begutachtet diese Bohrvorschläge und sorgt damit für einen Pool potentieller Expeditionen. Der Begutachtungsprozess wird durch ein weiteres Gremium unterstützt, welches die Umweltaspekte der vorgeschlagenen Expedition prüft (Environmental Protection and Safety Panel). Die zeitliche Planung der Expeditionen erfolgt durch die “Facility Boards” der jeweiligen Plattformbetreiber  (U.S. Facility Board, ECORD Facility Board, Chikyu IODP Board). Hier wird entschieden, welche Expedition von welcher Plattform durchgeführt wird.

International Ocean Discovery Program

Weitere Informationen zur Struktur des IODP finden Sie hier:

http://www.ecord.org/about/aboutecord/about-us

Eine Auflistung der Gremienmitglieder finden Sie hier.

http://www.iodp.org/facility-boards

Änderungen in der Struktur ab 2013

Neben allen wissenschaftlichen Erfolgen des 2013 ausgelaufenen Integrated Ocean Drilling Programs und des sehr positiven Wirkens von ECORD haben die vergangegen neun Jahre auch gezeigt, dass die Organisation und Struktur verbesserungsbedürftig ist. Die gemeinsam aufgebaute zentrale Infrastruktur band Gelder, die von vielen Vertragspartnern lieber in der Finanzierung zusätzlicher Expeditionen angelegt worden wären. Weiterer Handlungsbedarf bestand in einer Vereinfachung der komplexen und daher zu langsamen und unflexiblen Beratungsstruktur (Science Advisory Structure). Die Verweildauer von Bohrvorschlägen im Begutachtungsprozess war häufig zu lang. Sowohl die Organisation als auch die Beratungsstruktur des IODP wurde daher grundlegend überarbeitet.

Im International Ocean Discovery Program arbeiten drei wissenschaftlich voneinander unabhängige Partner (ECORD, IODP-USA und IODP-Japan), die unter einem gemeinsamen wissenschaftlichen Schirm agieren. Die Basis allen Handelns der drei Partner ist der neue Wissenschaftsplan. Eine gemeinsame, unabhängige Beratungsstruktur begutachtet und initiiert Bohrvorschläge und sorgt damit für einen Pool potentieller Expeditionen. Aus diesem Pool bedienen sich die jeweiligen Partner, wenn sie Expeditionen durchführen.

Weitere Informationen zur Struktur des International Ocean Discovery Program finden Sie hier:

www.ecord.org

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