In situ Messinstrumente

Informationen zu der Flachwasserlanze (einsetzbar bis 200 m Wassertiefe), die autonom als Freifallgerät oder gefiert an Winden benutzt werden kann, finden sich in dem Artikel:

Stegmann et al., 2006 (Sea Technology)

 seatech_stegmann_copy.pdf

Artikel erschienen in Sea Technology, v. 47/2, p. 27-33

Die Tiefwasser-FFCPT kann in Wassertiefen bis zu 4000 m arbeiten und wurde biher bis max. 2000 m Wassertiefe vor Chile, Uruguay, im Mittelmeer (Kreta, Ligurien) sowie in Nord- und Ostsee eingesetzt. Sie misst den Porendruck hochauflösend mit Differenzdrucksensoren und kann autark oder per Telemetrie über den Schiffsdraht betrieben werden. In einer zweiten Version wird nun ein 1 kHz Datenlogger eingesetzt und das Gestänge auf über 5 m Eindringung verlängert.

Seit 2009 verfügt die AG Marine Geotechnik am MARUM in einem ggemeinsamen Projekt mit IFREMER (Brest, Frankreich) über eine Piezometer-Lanze des Typs v.2. Dieses Gerät ist wie die CPT-Lanzen modular aufgebaut und derzeit mit bis zu 7 m Länge einsetzbar. Die einzelnen Piezomodule haben differentielle KELLER-Drucksensoren und Temperatursensoren, die durch kabelführende Metallrohre von 75 cm oder 150 cm verbunden sind. Das Gerät ist mit einem Gewichtssatz ausgestattet (IFREMER) und kann sowohl am Draht gefahren werden oder langfristig am Meeresboden ausgesetzt werden (dann von Gewichtssatz entkoppelt). Die obere Basisplatte enthält Druckgehäuse, die die Energieversorgung und die datenaufzechnung beherbergen. Hauptaugenmerk gilt der Erfassung der typischen Porendruck-Abklingkurven nach der Installation sowie dem Monitoring der Hintergrundporendrücke in Regionen seismischer Aktivität, Deformation oder Fluidstrom.

An der FINO1-Forschungsplattform betreibt das MARUM Bremen eine Unterwasserstation, die bis zu 10 Messgeräte mit Strom- und Datenübertragungsleitungen versorgen kann. Sie stellt ein Meeresboden-Observatorium im Flachwasser dar, wo Geräte und Sensoren langfristig getestet werden können. Die Station wurde im Juli 2009 für Wartungsarbeiten geborgen, soll dann jedoch wieder in der Nordsee eingesetzt werden.

NIMROD ist ein neu entwickeltes Flachwasser (200 m) - Freifall-Penetrometer, das der Charakterisierung des Meeresbodens in Hinblick auf dessen Festigkeit dient. Es zeichnet sich vor allem durch die einfache, schnelle Handhabung und Unabhängigkeit vom Schiffsequipment aus und ist geeignet für Einsätze von kleinen Schiffen und in Gebieten, die aufgrund hohen Wellengangs, starken Strömungen, Nähe zu Installationen oder ähnliches Messungen schwierig machen. Da NIMROD absolut frei fallend und nicht windengeführt ist, beeinträchtigen Schiffsbewegungen die Messungen nicht.

NIMROD ausgerüstet mit Beschleunigungssensoren (1.7 g, 18 g, 70 g, 250 g), Neigungssensoren, einem Absolutdrucksensor und einem 1 kHz Datenlogger. Eine Auswahl an Spitzengeometrien (Kegel, Zylinder, Hemisphäre) steht zur Verfügung. Bisherige Einsatzgebiete waren Nordsee, Ostsee und diverse Hafengebiete.

An die Unterwasser-Docking station, die an einem Stahlträger der FINO1-Plattform ozeanbodennah angebracht ist, wurde im September 2006 eine Porendrucklanze angeschlossen, die in den oberen 2 Metern unter Meeresboden Porendruck und Temperatur misst. Das System dient dem Test, inwieweit Bewegungen der Plattform bei Stürmen im Untergrund messbar sind und gegebenenfalls zur Schwächung (Liquifizierung) der Sedimente um die Gründungsstruktur führen.

Im Jahr 2007 wurde ein Rundumsicht-Sonarturm enwtickelt, der mit einem Imagenex 881L Sonarsystem ausgestattet ist. Mit einer Reichweite von bis zu 200 m Radius kann in vorprogrammierten Intervallen der Meeresboden hinsichtlich seiner Sedimentationsdynamik und Mobilität langzeitlich beobachtet werden. Das modulare Dreibein, auf dem das Sonar montiert ist, sitzt 3 m bzw. 5.5 m über Meeresboden und erfasst Zeitserien zu Rippel- oder Dünenbildung über Tidenzyklen oder auch mehrere Monate. Einsatzgebiete bisher waren Binnengewässer Norddeutschlands sowie Nord- und Ostsee (z.Bsp. im Projekt SD2 in der dänischen Nordsee nahe Esbjerg).

Zwei Messgeräte zur Erfassung der Aktivität eines Schlammvulkans wurden im Juli 2007 im Kratersee des Dashgil Schlammvulkans, Aserbaidschan installiert:

- Langzeitlanze zur Messung von Porendruck und Temperatur
- Gasausstrom-Messgeräte

Details sind der Rubrik Projekte und Arbeitsgebiete zu entnehmen.

Bohrloch-Monitoring mit sog. CORK-Systemen (Circulation Obviation Retrofit Kits) wird seit fast zwei Dekaden erfolgreich in wiss. Tiefbohrungen des ODP und IODP eingesetzt. Als Vorstufe der Bohrlochsensorik, die über Jahre in den CORKs verbleibt, wurden 2009 zusammen mit Kollegen am Pacific Geoscience Centre, Canada (Earl Davis, Bob Macdonald, Alison Labonte, Bob Meldrum) und der Pennsylvania State University, USA (Demian Saffer) Geräte entwickelt, die Porendruck- und Temperaturvariation im verrohrten, aber perforierten Bohrloch aufzeichnen, ehe die CORK-Observatorien installiert werden.

Die sog. "smart plugs" sind Teil einer mechanischen Sperre in der Verrohrung, die das Bohrloch vom darüberliegenden Ozean hydraulisch entkoppeln. So kann die Porendruckvariation in Störungen, etc. langzeitlich aufgezeichnet werden. Der "smart plug" beherbergt 2 Paroscientific Absolutdrucksensoren mit Frequenzzählern sowie 4 Temperatursensoren. Der erste Einsatz findet auf IODP Expedition 319 im Projekt NanTroSEIZE (Nankai Trough Seismogenic Zone Experiment) statt, das als Hauptziel Erdbebenentstehung in der Subduktionszone vor Japan hat.

Siehe auch Rubrik in Projekte und Arbeitsgebiete.