BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

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SO-240-FLUM-Tagebuch

Unter Leitung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) startet am 04. Mai 2015 in Manzanillo (Mexiko) eine 7-wöchige Expedition mit dem neuen deutschen Tiefseeforschungsschiff "SONNE". Das Ziel ist der Manganknollengürtel im Zentralpazifik zwischen Hawaii und Mexiko. Die Meeresforscher werden dort im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Projekts (SO240-FLUM). u.a. den Einfluss von untermeerischen Bergen (sog. Seamounts) auf die Bildung von Manganknollen untersuchen.

Während der Expedition veröffentlicht die BGR ein Tagebuch über die Arbeit und das Leben der Forscher an Bord.

Einführen des Plastikliners in das Stahlrohr des Schwerelots

SO-240-FLUM-Tagebuch, 10.06.2015

Sedimentkerne - Ein Blick zurück in die geologische Vergangenheit

Der Boden der Ozeane ist mit Schlamm bedeckt, der sich im Laufe vieler Millionen Jahre dort abgesetzt hat. Der geologische Fachbegriff für diese Ablagerungen ist „Sediment“. In unserem Arbeitsgebiet hier im Pazifik besteht das Sediment aus kleinen Tonpartikeln, die vom amerikanischen Kontinent aus mit dem Wind und den Meeresströmungen antransportiert werden. Außerdem enthält das Sediment Überreste von Plankton, das nach dem Absterben von der warmen, lichtdurchfluteten Oberfläche des Ozeans über 4000 Meter tief bis auf den dunklen, kalten Meeresgrund sinkt.

Zwei Arbeitsgruppen an Bord der TFS SONNE - Geologen und Geochemiker - untersuchen die Sedimente. Einerseits um die Bildung der Manganknollen zu rekonstruieren und andererseits um die chemischen Bedingungen im Porenwasser des Meeresbodens zu bestimmen. Das Sediment wird mit einem Schwerelot vom Grund des Pazifiks an Bord geholt. Das Schwerelot besteht aus einem 15 Meter langen Stahlrohr, an dessen oberem Ende ein Gewicht von 2,5 Tonnen aufgesetzt ist. In das Stahlrohr setzen die Techniker ein Kunststoffrohr ein das schließlich die Sedimente aufnimmt. Das Lot wird mit einem starken Draht über eine große Winde in etwa anderthalb Stunden zum Meeresboden hinabgelassen. Aufgrund seines hohen Gewichtes dringt das Lot fast vollständig in den Boden ein, so dass ein meist mehr als 10 Meter langer Sedimentkern mit einem Durchmesser von 12 Zentimetern ausgestanzt wird. Im Anschluss wird die Probe wieder hochgeholt (bisher haben wir 14 Sedimentkerne gezogen).  

Sobald das Schwerelot wieder an Bord ist, wird das Kunststoffrohr herausgezogen und in ein Meter lange Segmente zerschnitten. Die Geochemiker messen zunächst die Sauerstoffkonzentration im Porenwasser (siehe Tagebucheintrag „Kühllabor“), dann werden die einzelnen Segmente der Länge nach aufgeschnitten, die Sedimente detailliert beschrieben und in Abständen von 10 bis 20 Zentimetern für spätere geochemische Analysen in den Laboren der BGR und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung beprobt.

Die Ablagerungsrate am Meeresboden beträgt in dieser landfernen Region nur etwa 5 Millimeter pro Jahrtausend. Deshalb enthält ein 10 Meter langer Sedimentkern vielfältige Informationen über die wechselhaften Umweltbedingungen der vergangenen 2 Millionen Jahre. Eine unserer spannenden Aufgaben ist die Entzifferung dieser Informationen mit verschiedenen geowissenschaftlichen Analysemethoden. Erst wenn am Ende des dreijährigen Forschungsprojektes die Ergebnisse der verschiedenen, sich mit ihren Methoden sinnvoll ergänzenden geowissenschaftlichen Fachgruppen vorliegen, wird sich ein Gesamtbild unserer zentralen Fragestellung ergeben: Wie genau vollzieht sich der Transport von Wasser durch die ozeanische Kruste wieder hinauf zum Meeresboden und welchen Einfluss haben die in diesem Wasser gelösten Metalle auf die chemische Zusammensetzung des Porenwassers der Sedimente sowie der Manganknollen?

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Fotoaufnahme vom Meeresboden aus 4.300 m Wassertiefe mit einer Seegurke (ca. 50 cm lang), mehreren Schlangensternen und Manganknollen

SO-240-FLUM-Tagebuch, 08.06.2015

Eine Nacht Tiefsee-TV

Heute Nacht ist es wieder so weit: Der STROMER (Simpler TauchRObotor, Modular Erweiterbar) - unser Videoschlitten - wird zum Meeresboden hinunter gelassen. Die Datenzentrale ist abgedunkelt, die Luken verschlossen. Das Licht kommt nur von den zehn Computerbildschirmen und dem großen Fernseher, der wie eine Kinoleinwand wirkt. Aber heute kommt nicht der neuste Film, sondern es läuft Tiefsee-TV.

Der STROMER ist auf dem Weg nach unten, im Licht der Scheinwerfer sieht man aufgewirbelte Schwebeteilchen im dunklen Graublau, das den Schlitten umgibt. Noch 2000 Meter bis zum Meeresboden. Jetzt sind es nur noch 54 Meter. 25 Meter. 11 Meter. Schließlich kommen die ersten Konturen ins Bild. Hellbraunes Sediment wirbelt bei den Bewegungen des STROMERs nach oben, dazwischen sieht man dunkle Manganknollen. Die Hubkompensation wird eingeschaltet und der Videoschlitten schwebt etwa zwei Meter über dem Meeresboden. Langsam, sehr langsam, legt sich der Staub um den Videoschlitten wieder. „Brücke aus Labor“, meldet sich Dr. Carsten Rühlemann bei dem wachhabenden Offizier auf der Brücke. „STROMER ist unten, Fahrt voraus mit 0,5 Knoten.“ Als das Schiff Fahrt aufnimmt, beginnt der Meeresboden langsam an uns vorbei zu ziehen. Wir sind unterwegs.

Der Meeresboden unter dem Videoschlitten wird nun auf den großen Fernseher übertragen. Während der STROMER hinter dem Schiff hergleitet, zieht der Grund unter uns hinweg. Für uns Biologen an Bord, also meine Kollegin Annika Janssen und mich, Katja Uhlenkott, sind natürlich vor allem die Tiere dort unten sehr interessant. Unter uns können wir Schlangensterne, Seegurken, Korallen und Schwämme erkennen. Aber noch besser als das Video sind die deutlich schärferen Bilder, die eine Fotokamera alle zehn Sekunden schießt. Erst dort kann man die verschiedenen Organismen in ihrer vollen Pracht erkennen. Aber neben uns Biologen wechseln sich auch noch die BGR-Kollegen vor den Bildschirmen ab und dokumentieren die geologische Beschaffenheit des Bodens und vor allem den Besatz mit Manganknollen.

Irgendwann halten wir wieder an. Vorsichtig wird der Videoschlitten noch weiter nach unten gelassen bis er mit seinem Stahlgestell aufsetzt. Das Wasser trübt sich wieder ein, eine Staubwolke verdeckt Manganknollen und Schwämme gleichermaßen. Hier unten dauert es jedes Mal, bis sich eine Wolke gesetzt hat, aber schließlich bessert sich die Sicht. Elektroingenieur Henning Wedemeyer steuert einen kleinen Robotorarm. Wir wollen mit dem Roboter einen kleinen Teil Mangankruste nach oben holen. Als der Robotorarm sich wieder in seiner Ruheposition befindet, fahren wir wieder an. Neue Schlangensterne und Schwämme ziehen unter uns vorbei und so wird es noch weitergehen, bis der STROMER mit dem Sonnenaufgang wieder nach oben gehievt wird.

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Anna Wegorzewski und Christina Heller beim vermessen und dokumentieren der Manganknollen

SO-240-FLUM-Tagebuch, 04.06.2015

Im Labor der Manganknollenforscherinnen Anna Wegorzewski und Christina Heller

Unsere Arbeit an Bord besteht unter anderem aus der Beprobung der Kastengreifer. Ein Kastengreifer wird vom Schiff herabgelassen und sticht eine 50 x 50 cm große Sedimentprobe aus dem Meeresboden, die die natürliche Sedimentoberfläche wiederspiegelt. Wenn ein Kastengreifer eingeholt wird, warten alle gespannt, was er diesmal enthält (z.B. Manganknollen) und über den  Meeresboden verrät. Dazu wird von den Biologen zunächst das Oberflächenwasser abgesaugt. Anschließend wird die so freigelegte Oberfläche fotografiert und die vorhandene benthische Fauna (Bodenlebewesen) aufgelesen. Danach entnehmen wir die Manganknollen von der Sedimentoberfläche und fotografieren, beschreiben, vermessen und wiegen sie im Labor. Die Knollengröße und Menge variiert von Arbeitsgebiet zu Arbeitsgebiet. Es gibt KG mit kleinen Knollen (1,2 x 1 x 0,8 cm; bis zu 588 Stück) und KG mit großen Knollen (12 x 8 x 7,5 cm; ca. 20 Stück), alle per Hand mit der Schublehre vermessen. Anhand dieser Daten kann dann die Belegungsdichte des Arbeitsgebietes berechnet werden. An einigen Knollen wird eine Handheld Röntgenfluoreszenz Analyse (RFA) durchgeführt, um die geochemische Zusammensetzung zu ermitteln. Dadurch sind Rückschlüsse auf die unterschiedlichen Wachstumsbedingungen sowie den Einfluss der Fluide aus der Erdkruste möglich. Im Anschluss werden die Knollen verpackt und für weitere Analysen in der BGR aufbewahrt.

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Hospitant Ulrich Stegger und Andreas Lückge (BGR) beim Öffnen eines Sedimentkernes

SO-240-FLUM-Tagebuch, 25.05.2015

Aus der Sicht eines Hospitanten: Einblicke in die Forschungsarbeiten an Bord der neuen SONNE

Um es gleich vorwegzunehmen: Dieses ist meine erste große Forschungsfahrt an Bord eines Forschungsschiffes. Ich, Ulrich Stegger, habe von meiner BGR-Dienststelle die einmalige Gelegenheit bekommen, im Rahmen einer Hospitation über einen Zeitraum von sieben Wochen das Leben und die Forschungstätigkeiten auf der neuen SONNE kennenzulernen.

Nach nunmehr drei Wochen auf See sind alle Arbeitsabläufe an Bord perfekt eingespielt - jeder weiß, was wo und wann zu tun ist. In der täglichen Arbeitsbesprechung am Morgen stellt der Fahrtleiter Dr. Thomas Kuhn den Arbeits- oder Stationsplan der nächsten 24 Stunden vor. Bei dieser Gelegenheit diskutieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erste, vorläufige an Bord durchgeführte Untersuchungen und Analyseergebnisse.

Das Spektrum der Forschung bei dieser Forschungsfahrt reicht von Wärmestrommessungen, der Untersuchung von Sedimentstrukturen und bodennaher Fauna über Sediment- und Wasser-Beprobungen bis hin zur bathymetrischen und optischen Kartierung des Meeresbodens. Einige der hierfür eingesetzten Geräte wiegen bis zu 1.000 kg, die über große Winden bis in eine Tiefe von über 4.000 m abgesenkt werden. Das „Fieren“ bis zum Meeresboden dauert mitunter eineinhalb Stunden. Nocheinmal die gleiche Zeit wird für das „Hieven“ (den Aufstieg) benötigt.

Neben meiner Tätigkeit als GIS-Spezialist an Bord helfe ich u. a. dabei, die bis zu 20 m langen Sedimentkerne, die mithilfe des Kolben- oder Schwerelots gewonnen werden, für die Sedimentanalyse vorzubereiten. Am Tag der Probenahme erfolgt die Beschriftung und Teilung in Ein-Meter-Abschnitte, nach 12 Stunden im Kühlraum werden diese dann der Länge nach in eine Work- und eine Archivhälfte zerlegt.

Für mich als Wissenschaftler aus dem Boden- und Grundwasserbereich der BGR sind die Einblicke in dieses, für mich bislang eher unbekannte, Forschungsgebiet eine neue und wertvolle Erfahrung.

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Sedimentprobenahme im Kühllabor des FS SONNE bei 30 °C Außentemperatur

SO-240-FLUM-Tagebuch, 18.05.2015

Im Polaranzug in den Tropen: Die Arbeit der Geochemiker an Bord

Nach fünf Tagen im Arbeitsgebiet spielen sich die Abläufe an Bord so langsam ein. Die Arbeitsgruppen des Alfred-Wegener-Instituts und der Jacobs Universität Bremen befassen sich unter der Leitung von PD Dr. Sabine Kasten mit der geochemischen Zusammensetzung der marinen Tiefseesedimente im Arbeitsgebiet. Dazu werden die Sedimente mithilfe von Kerngeräten aus 4.500 m Tiefe an Deck der SONNE geholt und bereits in den Labors an Bord sowie auch später nach der Rückkehr nach Deutschland analysiert.

Vor den Analysen wartet eine sehr interessante Arbeit auf uns Geochemiker an Bord: Die Beprobung im 4 °C kalten Kühllabor des Schiffes. Also geht es bei tropischen 25–30 °C Außentemperatur ersteinmal in die Polaranzüge des Alfred-Wegener-Instituts. Ein sehr seltsames Gefühl – erst recht, wenn die Kollegen an Deck zur gleichen Zeit in kurzen Hosen und T-Shirt weiterarbeiten. Unsere Arbeiten im „Kühlkeller“ konzentrieren sich sowohl auf die Beprobung des Feststoffs (Sediment) als auch des Wassers, das in den Porenräumen des Meeresbodens zirkuliert (Porenwasser). Die Kerne beinhalten dabei entweder oberflächennahe und abwechslungsreiche (0–40 cm) oder sehr lange (bis 15 m) Sedimentabfolgen. Um den Einfluss der Temperatur auf die Geochemie der Proben zu minimieren, müssen diese Probenahmen im Kühlkeller an Bord der Sonne durchgeführt werden.

Unsere Analysen an Bord fokussieren sich dabei vor allem auf die Sauerstoffkonzentrationen und die Silikat- und Phosphatgehalte im Porenwasser, um eine mögliche Meerwasserzirkulation in der basaltischen Kruste unterhalb der Tiefseesedimente zu detektieren. Zurück in Deutschland, werden die Proben auf Haupt- und Spurenmetalle sowie auf organisches Material untersucht. Diese Analysen leisten dabei einen wichtigen Beitrag zu den Auswirkungen dieser Zirkulation auf die Bildung der Manganknollen.

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Biologinnen mit viel Spaß bei der Arbeit

SO-240-FLUM-Tagebuch, 11.05.2015


Erste Tage auf See: Transit zum Arbeitsgebiet im Pazifik

Seit dem Auslaufen aus dem Hafen in Manzanillo, Mexiko, sind nun bereits fünf Tage vergangen. Der Transit zu unserem ersten Arbeitsgebiet dauerte etwa drei Tage. Diese Transitzeit ist für uns Wissenschaftler immer sehr angenehm, um sich in Ruhe an die neuen Bedingungen an Bord zu gewöhnen und die Labore einzuräumen. Zu Beginn ist es gar nicht so einfach, sich die wichtigsten Wege – wie z. B. zur eigenen Kammer, zum Labor oder zur Messe – auf so einem großen Schiff einzuprägen. Nachdem diese Aufgabe bewältigt ist, muß man sich auch erst einmal an das Schaukeln des Schiffes auf offener See gewöhnen. Wir hatten sehr viel Glück mit einer recht glatten und ruhigen See. Hinzu kommt, dass die neue SONNE sehr stabil auf dem Wasser liegt, so dass man manchmal schon vergessen kann, sich auf einem Schiff zu befinden. Dennoch wurde der eine oder andere Wissenschaftler von Seekrankheit geplagt. Aber zum Glück gibt es ja heutzutage gute Medikamente, damit sich keiner quälen muss.

Am Dienstagabend waren zwei Geburtstage Anlass, eine kleine Feier auszurichten, die gleichzeitig als Ice-Breaker-Party genutzt wurde, damit sich Wissenschaftler und Schiffscrew kennenlernen konnten. Die Wissenschaftscrew an Bord kommt aus unterschiedlichen Bereichen und Instituten. Um die Fluidströme zwischen Seebergen und deren Einfluss auf die Manganknollen zu untersuchen, haben wir natürlich vor allem Geologen, Geochemiker und Geophysiker an Bord. Meine Kollegin Katja Uhlenkott und ich, Annika Janssen, bilden dabei als einzige Biologen vom Institut Senckenberg am Meer (DZMB) in Wilhelmshaven die deutliche Minderheit an Bord. Wir arbeiten bereits seit fünf Jahren gemeinsam mit der BGR und untersuchen die benthische Fauna im deutschen Manganknollenlizenzgebiet. Auch bei dieser Fahrt werden wir viele wertvolle Proben nehmen, die wichtige Antworten zur Verbreitung der Fauna liefern. Diese Proben werden dazu beitragen, dass wir Aussagen machen können, wie empfindlich die Fauna am Meeresboden bei einem potenziellen industriellen Manganknollenabbau reagieren könnte.

Seit Donnerstagmittag befinden wir uns nun schon im ersten Arbeitsgebiet. Die Geräteeinsätze und Probenahmen verliefen bisher zur vollen Zufriedenheit für alle und bescherten vor allem uns viel Spaß im Tiefseeschlamm …

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Das TFS SONNE im Hafen von Manzanillo

SO-240-FLUM-Tagebuch, 07.05.2015


Beginn einer Forschungsfahrt: Anreise und Beladen des Tiefseeforschungsschiffes TFS SONNE

Eine Forschungsexpedition mit dem Tiefseeforschungsschiff TFS SONNE beginnt meist nicht mit dem Besteigen des Schiffes in einem Hafen in Deutschland, sondern mit einem beschwerlichen und langen Flug "über den Teich". So ist es auch dieses Mal. Wir besteigen ein Flugzeug in Hannover und ca. 24 Stunden später verlassen wir ein anderes Flugzeug in Manzanillo an der mexikanischen Pazifikküste. Unsere Ausrüstung, Probenahmegeräte, Laborausstattung und Ersatzteile haben wir schon zwei Monate zuvor per Container nach Mexiko geschickt. Wir – das sind Simone Sturm, Carsten Rühlemann und Thomas Kuhn von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover sowie drei Kolleginnen vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven – bilden den Voraustrupp einer 31-köpfigen Wissenschaftlergruppe, die mit der SONNE in den Weiten des Pazifiks forschen wird.

Mexico is another planet“, hat uns der Agent schon im Vorfeld gewarnt, und es hat sich wieder einmal als sehr richtig erwiesen, einen Voraustrupp zu bilden. Nicht alles klappt mit den Transporten, der Luftfracht oder der Abholung der Wissenschaftler vom Flughafen in Manzanillo. Letzterer liegt immerhin 42 km vom Hafen entfernt, und nach einem langen Flug verspüren die wenigsten Lust auf Abenteuer auf dem Highway. So sind wir froh, dass wir alle Hindernisse überwinden können und am 2. Mai 2015 alle wissenschaftlichen Teilnehmer der SO-240-Forschungsfahrt wohlbehalten in Manzanillo angekommen sind.

Am nächsten Tag, einem Sonntag, besteigen wir das Schiff und verbringen den Rest des Tages mit dem Auspacken der Container und dem Einrichten der Labore. Dank der tatkräftigen Hilfe der Mannschaft geht dies zügig und sehr professionell, sodass noch Zeit bleibt, sich mit dem Schiff vertraut zu machen. Die neue SONNE wurde erst Ende 2014 in Dienst gestellt, und wir sind alle sehr gespannt auf diese neue und hochmoderne Arbeitsplattform, die unser „Zuhause“ für die nächsten sechs Wochen sein wird.

Nach der ersten Nacht an Bord und der Organisation von Spezialtransporten der vorherigen Forschungsfahrt geht es am Nachmittag des 4. Mai 2015 endlich los: Wir verlassen den Hafen von Manzanillo und gleiten in die ruhige See. Unser Ziel liegt 900 Seemeilen westlich von Manzanillo (also ca. 1.600 km). Dort ist der Pazifik 4.200 m tief, und der Meeresboden bietet einen Wechsel von Tiefsee-Ebene und untermeerischen Bergen, die zwischen 100 und 2.400 m über dem Meeresboden aufragen. Die Untersuchung dieser Seamounts ist das Ziel unserer Expedition.

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