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Logbuch SONNE SO260

Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist vom 12. Januar bis 14. Februar 2018 mit dem Tiefseeforschungsschiff (TFS) SONNE auf Expedition im Atlantik. Die Expedition SO260 ist eine Fahrt des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und wird von Fahrtleiterin Prof. Dr. Sabine Kasten (Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Projektleiterin des MARUM) zusammen mit Dr. Tilmann Schwenk (Fachbereich Geowissenschaften der Universität Bremen) geleitet. Die Forschenden untersuchen den Kontinentalhang vor Argentinien und Uruguay. Hier treffen verschiedene Ozeanströmungen aufeinander, was zu unterschiedlichen Ablagerungsprozessen führt. Sie wollen unter anderem herausfinden, wie sich die dortigen Meeresströmungen und die verschiedenen Sedimentationssysteme beeinflussen, woher das Material stammt, das dort abgelagert wird, und welche Auswirkungen die verschiedenen Sedimentationsprozesse auf biogeochemische Reaktionen und Elementkreisläufe im Meeresboden haben. Ein weiteres Ziel ist es zu verstehen welche Mikroorganismen das abgelagerte Material in welcher Weise verwerten. Hierzu vermessen sie den Meeresboden und nehmen Wasser- und Bodenproben, die in den Laboren an Bord mit unterschiedlichen Methoden aus Geophysik, Sedimentologie, Biogeochemie, Mikrobiologie sowie Pollenanalyse weiter untersucht werden. Auf dem zweiten Fahrtabschnitt kommt zudem das Bremer Meeresboden-Bohrgerät MARUM-MeBo70 zum Einsatz, mit dem sich Proben aus tieferen und damit älteren Schichten des Meeresbodens gewinnen lassen.

Weitere an der Expedition beteiligte Institutionen sind die Oklahoma State University, die Coastal Carolina University, die Royal Holloway University of London, der Servicio de Hidrografia Naval in Buenos Aires sowie die Argentinische Navy (Dirección de Investigación y Desarrollo, DGUD).

Hier be­rich­ten die For­sche­rin­nen und For­scher in ei­nem Log­buch vom Le­ben und Ar­bei­ten an Bord.

Forschungsschiff SONNE im Hafen von Buenos Aires (Foto: Sabine Kasten, AWI)
Forschungsschiff SONNE im Hafen von Buenos Aires
(Foto: Sabine Kasten, AWI)
   
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Der MeBo-Sedimentkern „Kurt“

Logbuch-Beitrag von Jessica Volz (AWI)

Hallo zusammen, ich bin Kurt, der MeBo-Sedimentkern, und erzähle Euch heute meine Geschichte. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Bord des FS SONNE untersuchen zur Zeit meine Nachbarschaft entlang des Kontinentalhanges vor Argentinien und Uruguay. Dabei möchten sie etwas über die Herkunft und die Ablagerungsgeschichte der Sedimente am Meeresboden des Kontinentalhanges herausfinden. Dieses ist in diesem Gebiet nicht so einfach, da verschiedene Ozeanströmungen aufeinandertreffen und somit unterschiedliches Sedimentmaterial angeliefert wird. Dadurch unterscheiden sich die Sedimente sogar auf nur wenigen Kilometern. Nicht nur das Sediment selber, sondern auch die mikrobielle Aktivität im Sediment wird durch die Dynamik und Variabilität der Ozeanströmungen und des Sedimentmaterials beeinflusst. Einfach gesagt bedeutet dies, dass es in manchen Bereichen sehr leckere Pizza und in anderen nur noch halb verfaulten Blumenkohl gibt. Um die Sedimentgeschichte meiner Umgebung zu untersuchen und zu rekonstruieren, nutzt man zunächst die Hydroakustik. Dabei wird die Struktur des Meeresbodens bildlich dargestellt und auf diese Weise ein geeigneter Punkt für die Bohrung ausgewählt. Während man mit dem Schwerelot eine Kernlänge von etwa 12 Metern erlangen kann, kann das MARUM-MeBo70 Sedimentkerne bis zu einer Länge von 70 Metern bohren. Damit füllt das MARUM-MeBo70 die Lücke zwischen herkömmlichen Beprobungs-Geräten wie dem Schwerelot und den richtigen Bohrschiffen, welche mehrere Kilometer tief in das Sediment bohren können.

Durch hydroakustische Untersuchungen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der SO260-Fahrt im Vorfeld eine optimale Stelle für den Einsatz des MARUM-MeBo70 vor der Küste Uruguays gefunden. Bevor der eigentliche Bohrprozess beginnt finden noch letzte Testläufe statt und dann startet der Tauchgang bis zu einer Wassertiefe von 1390 Meter.

Das MARUM-MeBo70 wird vom Deck des FS SONNE ins Wasser gelassen (Foto: Sabine Kasten).
Das MARUM-MeBo70 wird vom Deck des FS SONNE ins Wasser gelassen (Foto: Sabine Kasten).

Das MARUM-MeBo70 ist ein mobiles Bohrgerät, dessen Bohrvorgang vom Schiff aus ferngesteuert wird und mit Sensoren und 7 Kameras im Kontrollcontainer ständig verfolgt wird. Klingt das nicht wie ein Charakter aus Transformers? Nachdem das MARUM-MeBo70 auf dem Meeresboden aufgesetzt ist, beginnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der Bohrung. Die Stimmung in dem Kontrollcontainer ist angespannt - insbesondere weil die spannende Herr der Ringe Musik im Hintergrund den Marsch der Uruk-Hais in Richtung Helms Klamm verkündet.

Im Kontrollcontainer des MARUM-MeBo70 an Bord der FS SONNE (Foto: Natascha Riedinger).
Markus Bergenthal und Erik Linowski vom MeBo-Team kontrollieren und steuern den Bohrprozess des MARUM-MeBo70 aus dem Kontrollcontainer an Bord der FS SONNE (Foto: Natascha Riedinger).

48 Stunden später sind alle 28 Kernrohre mit Sediment gefüllt. Hier beginnt meine Geschichte: Nachdem das MARUM-MeBo70 zurück an Deck gehievt wird, tummeln sich sofort dutzende wissbegierige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um das Bohrgerät, um die 2,7 Meter langen Kerne in den Hangar zu befördern. Hier werde ich in zwei Teile aufgetrennt, sorgfältig beschriftet, zugeklebt und abgewischt.

Die einzelne Segmente von Kurt werden im Hangar abgelegt und von Marco Klann und Janina Bösche zugeklebt und die Kernrohre abgewischt (Foto: Natascha Riedinger).
Die einzelne Segmente von Kurt werden im Hangar abgelegt und von Marco Klann und Janina Bösche zugeklebt und die Kernrohre abgewischt (Foto: Natascha Riedinger).

Für diesen Arbeitsablauf sind die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bereits ein eingespieltes Team. Meine erste Station ist das Magnetiklabor. Hier fahre ich langsam durch den sogenannten Multi-Sensor Core Logger (MSCL). Dieses System dient zur Messung der physikalischen Parameter wie Dichte, Porosität und magnetische Suszeptibilität. An dieser Stelle ermitteln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler welche Sedimentlänge tatsächlich entnommen wurde: 49 Kernteile mit einer Netto-Recovery von 80% ergeben eine Gesamtlänge von 55 Metern – guter Fang!

Zur gleichen Zeit wird mein mittlerer Sedimentkernabschnitt bei kühlen 4°C im Geochemielabor bearbeitet. Während die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei diesen Temperaturen frieren und dick eingepackt sind, fühle ich mich sehr wohl, da die Temperaturen meiner früheren Umgebung entsprechen. Bei solchen großen Tiefen, die mit dem MARUM-MeBo70 erreicht werden, ist das Porenwasservolumen oft nicht ausreichend – wir sprechen hier von einem idealen Volumen von 8-10 Millilitern – um eine herkömmliche Rhizonenbeprobung durchzuführen. Daher werde ich genauso wie Orangensaft ausgepresst.

Anschließend werde ich längs in zwei Teile geschnitten. Meine eine Hälfte wird zur Sedimentbeprobung genutzt, während meine andere Hälfte gesäubert und für ein Fotoshooting vorbereitet wird. Desweiteren findet die Kernbeschreibung im Sedimentologielabor statt.

Der MeBo-Sedimentkern Kurt ist bereit für die Kernbeschreibung und wird anschließend in D-Röhren verstaut (Foto: Natascha Riedinger).
Der MeBo-Sedimentkern Kurt ist bereit für die Kernbeschreibung und wird anschließend in D-Röhren verstaut (Foto: Natascha Riedinger).

Nach diesen ganzen Stationen, die ich verteilt über mehrere Tage durchlaufen habe, ist endlich die Zeit gekommen, in gemütlichen D-Röhren verpackt zu werden. Hier werde ich bis an das Ende meiner Tage bleiben – es sei denn, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen weitere Proben von mir haben.

Mikrobiologie

Logbucheintrag von Annika Schnakenberg (Arbeitsgruppe Mikrobielle Ökophysiologie, Universität Bremen und MARUM)

Wir kennen gerade einmal 3 % des Meeresbodens, der etwa 70 % der Erdoberfläche ausmacht. Das ist sehr wenig, vor allem, wenn man sich vor Augen hält, dass wir es hier mit dem größten Ökosystem der Erde zu tun haben. Mit der Fahrt auf dem FS SONNE versuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Bord ein wenig mehr Licht ins Dunkle zu bringen. Verschiedene Disziplinen finden sich auf einem 116 Meter langen, schwimmenden Labor zusammen und holen eine Menge von dem, was unter der Wasseroberfläche verborgen liegt, ans Tageslicht. Dazu zählen die hydroakustische Kartierung des Meeresbodens, Partikel- und Planktonproben aus allen Schichten der Wassersäule, der Aufbau und die Struktur der Sedimente. Meine Aufgabe an Bord ist es, das zu finden, was tief unten im Meeresboden noch lebt.

Denn, obwohl schwer vorstellbar, wimmelt es 500, 1.000 oder auch 5.000 Meter unter der Wasseroberfläche auf dem Meeresboden von kleinen und großen Lebewesen. Sogar kilometertief im Meeresboden existiert Leben. Dieses ist zwar mikroskopisch klein, jedoch von großer Bedeutung für das gesamte Ökosystem Meer und darüber hinaus für jedes andere Ökosystem an Land.

Annika Schnakenberg (l.), David Aromokeye and Sarah Coffinet bereiten einen Schwerelotkern für mikrobiologische Inkubationsexperimente vor (Foto: Natascha Riedinger)
Annika Schnakenberg (l.), David Aromokeye and Sarah Coffinet bereiten einen Schwerelotkern für mikrobiologische Inkubationsexperimente vor (Foto: Natascha Riedinger)

Der Sauerstoff im Sediment wird schon in den obersten Schichten verbraucht. Alle Mikroorganismen, die man darunter findet, leben unabhängig von Sauerstoff. Um diese Organismen später im Labor untersuchen zu können, entnehme ich zusammen mit Dr. Sarah Coffinet von der Organischen Geochemie und David Aromokeye (ebenfalls Mikrobiologie) Sedimentproben aus Schwerelotkernen. Diese bestehen im Prinzip aus einem langen PVC-Rohr (Liner genannt), das in ein ebenso langes Stahlrohr (bis zu 12 Meter) gelegt wird, an dessen Kopf ein tonnenschweres Gewicht befestigt ist. Das Gerät wird in der Vertikale über ein Stahlseil bis zum Meeresboden herabgelassen und drückt sich durch das Eigengewicht in den Grund. Wieder an Bord gebracht, hält man plötzlich konservierte Erdgeschichte in den Händen, die abhängig von der Sedimentationsrate der Beprobungsstelle mehrere Jahrhunderte umfassen kann. Anschließend werden die Kerne dann der Länge nach aufgeschnitten und in regelmäßigen Abschnitten Proben entnommen und eingefroren. In meinem Heimatlabor in der Mikrobiellen Ökophysiologie unter der Leitung von Prof. Dr. Michael Friedrich an der Uni Bremen kann ich dann aus den Sedimentproben DNA isolieren und anhand dieser feststellen, welche Mikroorganismen wo vorkommen und was für Eigenschaften diese haben. Bakterien und Archaeen lassen sich schlecht vereinheitlichen, da sie unterschiedlichste Stoffwechselwege haben können, angefangen bei der Atmung. Da die an Land verbreitete aerobe (d.h. auf Sauerstoff basierend) Atmung in den tieferen Schichten des Meeresbodens nicht mehr möglich ist, verstoffwechseln die dort ansässigen Mikroorganismen andere Komponenten des Sediments, unter anderem Nitrat, Schwefelverbindungen, Methan und sogar Metalloxide. Quasi alles, woraus sich Energie gewinnen lässt. Für den gemeinen Mikrobiologen ist dieser Umstand aus mehreren Gründen interessant. Zunächst einmal wissen wir, dass der Sauerstoff, den wir Menschen jeden Tag veratmen, erst seit ca. 2,5 Milliarden Jahren in der Erdatmosphäre verfügbar ist. Leben gibt es auf der Erde aber schon seit ca. 4 Milliarden Jahren. Das Leben ohne Sauerstoff im Meeresboden hilft uns also zu verstehen, wie das ursprüngliche Leben auf der Erde aussah.

Das FS SONNE im Hafen von  Montevideo, Uruguay (Foto: Natascha Riedinger)
Das FS SONNE im Hafen von Montevideo, Uruguay (Foto: Natascha Riedinger)
Eines Tages schwimmt eine Delfinschule an der SONNE vorbei (Foto: Natascha Riedinger)
Eines Tages schwimmt eine Delfinschule an der SONNE vorbei (Foto: Natascha Riedinger)

Auch in heutiger Zeit sind die Lebensformen tief unten im Meeresboden von überaus großer Bedeutung für alles Leben an Land, vor allem für die Stabilität des Klimas. In den tieferen Schichten des Meeresbodens wird unaufhörlich Methan produziert und zwar von Mikroorganismen. Bevor dieses in die Atmosphäre gelangen kann, wird es jedoch von Konsortien von Sulfat-reduzierenden Bakterien und Methan-oxidierenden Archaeen wieder abgebaut. Atmosphärisches Methan, das primär anthropogenen Ursprungs ist, trägt bereits zu 20 % der Klimaerwärmung bei. Käme all das Methan, das im Meeresboden lagert, hinzu, würde sich die Erdatmosphäre aufheizen.

Umso wichtiger ist es für die Menschheit, den Methanzyklus zu verstehen, um den Status Quo zu erhalten und das Ökosystem Meer zu stabilisieren. Als Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem FS SONNE tragen wir unseren Teil dazu bei, indem wir unter anderem untersuchen, wie und warum Mikroorganismen Methan nutzen und produzieren, sodass wir ein wenig mehr vom Meer verstehen - dem größten Ökosystem der Erde.

Das Schwerelot wird nach dem Einsatz wieder an Bord gebracht (Foto: Sabine Kasten)
Das Schwerelot wird nach dem Einsatz wieder an Bord gebracht (Foto: Sabine Kasten)

Sedimentologie, Geologie und Paläozeanographie

Wie viele 19-jährige Studenten haben die Möglichkeit eine wissenschaftliche Expedition an Bord eines Forschungsschiffes zu begleiten und das auch noch mit der Erfahrung eines ersten Auslandsaufenthaltes zu kombinieren? Für mich wurde diese unglaubliche Vorstellung jetzt zur Realität. Mein Name ist JT Durica, ich bin Student an der Coastal Carolina Universität, South Carolina, USA und begleite diese Expedition des FS SONNE als ein Teil der Sedimentologie- und Geologiegruppe.

Wir sind eine große Gruppe, bestehend aus zehn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern, deren Disziplinen von Geologie über Sedimentologie bis zu Paläozeanographie reichen. Dabei arbeiten wir mit Geochemikern, Magnetikern und Geophysikern zusammen, um interessante Lokationen zu finden, an denen man Sedimentkerne ziehen kann. Gezogene Sedimentkerne werden von uns an die einzelnen Abteilungen für Probenahmen, Porenwasseranalysen und die Bestimmung weiterer physikalischer Parameter weiter gegeben. In erster Linie arbeiten wir mit vier verschiedenen Beprobungsgeräten: dem Schwerelot, dem Multicorer, dem Großkastengreifer und dem Backengreifer.

Nachdem eine Lokation ausgewählt wurde, das jeweilige Gerät zum Aussetzen bereit ist und die SONNE auf der Station angekommen ist, beginnt das große Getümmel, wobei alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Hangar auf die Ankunft ihrer nächsten Probe warten. Normalerweise beginnt jede Station mit einem Multicorer, Großkastengreifer oder Backengreifer, um die Bedingungen an der jeweiligen Stelle für ein Schwerelot zu testen und eine Probe von der Sedimentoberfläche zu erhalten. Diese vorangehenden Tests sind sehr interessant, da sie häufig eine Vielfalt von “Schätzen” wie verschiedene Steine, Lebewesen aus der Tiefe und viele Korallen an die Oberfläche befördern. Darum sammeln sich dann alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, um einen Blick auf die neue Probe zu erlangen.

Dr. Graziella Bozzano (links) und Dr. Till Hanebuth (rechts) sehen sich den Inhalt eines Kastengreifers an, der aus einem Contourit-Kanal am Meeresboden entnommen wurde und zahlreiche Steine enthält. (Foto: JT Durica)
Dr. Graziella Bozzano (links) und Dr. Till Hanebuth (rechts) sehen sich den Inhalt eines Kastengreifers an, der aus einem Contourit-Kanal am Meeresboden entnommen wurde und zahlreiche Steine enthält. (Foto: JT Durica)
Seitenansicht eines Großkastengreifers mit Korallenfragmenten, der an einem Kaltwasserkorallen-Mound gewonnen wurde (Foto: Janina Bösche)
Seitenansicht eines Großkastengreifers mit Korallenfragmenten, der an einem Kaltwasserkorallen-Mound gewonnen wurde (Foto: Janina Bösche)

Nach der Beprobung der Oberfläche wird nach Möglichkeit ein Schwerelot, ein Rohr das bis zu 15 Meter in den Meeresboden eindringen kann, gezogen. Unsere Gruppe ist dafür verantwortlich, den Kern in 1-Meter lange Segmente zu teilen, ihn zu beschriften und ihn der Länge nach in zwei Teile zu teilen, bevor sie weiter gegeben werden. Sobald alle Messungen und Probenahmen abgeschlossen sind, werden die Kerne detailliert beschrieben und in einem Kühlcontainer eingelagert. Man kann sagen, dass wir viel Zeit damit verbringen die Kerne von einem Labor ins andere zu transportieren, auf der anderen Seite habe ich jedoch in den letzten Wochen mehr Tischfußball gespielt, als in meinem ganzen Leben zuvor. Trotz der vielen Aufgaben tagsüber, findet unsere Gruppe meist trotzdem einen Moment für ein kurzes Spiel, ob es während einer Transitstrecke zwischen zwei Stationen ist oder der Kern noch ein paar 1000 Meter durch die Wassersäule überwinden muss, bis er an Deck ist.

Josh Long und JT Durica schauen zu, wie Klaus Dehning, Marco Klann, und Stephano Crivellari den Kernfänger eines Schwerelotes entfernen. (Foto: Sabine Kasten)
Josh Long und JT Durica schauen zu, wie Klaus Dehning, Marco Klann, und Stephano Crivellari den Kernfänger eines Schwerelotes entfernen. (Foto: Sabine Kasten)
Janina Bösche, Grit Warratz, und Brit Kockisch beim Verschließen und Beschriften der einzelnen Kernsegmente, welche im Anschluss gespalten werden. (Foto: Natascha Riedinger)
Janina Bösche, Grit Warratz, und Brit Kockisch beim Verschließen und Beschriften der einzelnen Kernsegmente, welche im Anschluss gespalten werden. (Foto: Natascha Riedinger)

Meine Aufgaben an Bord sind der Transport von Sedimentkernen und verschiedenen Geräten, das Beproben der Kerne, Reinigung von Materialien und Arbeitsplätzen, sowie das Zuschneiden und Zerteilen der Kerne. Außerdem hatte ich die Chance, bei der Beprobung der Wassersäule mitzuhelfen. Das fand nachts unter dem Mondlicht statt, wobei Schwärme von Fischen und sogar ein Hai angelockt wurden. Auch wenn ich auf den ersten Blick nicht die größte Rolle in der Gruppe spiele, fühlt es sich trotzdem so an, als wäre ich ein wichtiger Teil, dank aller Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die mich in ihre Gedankenprozesse, Beobachtungen und Diskussionen einbeziehen.

Neben der bedeutenden wissenschaftlichen Erfahrung, ist diese Expedition auch ein kulturelles Erlebnis. Es war zunächst ein Kulturschock für mich von einem Ort, an dem man alles verstehen kann, auf einmal viele Konversationen in Deutsch, Englisch, Italienisch, Portugiesisch und Französisch zu hören. Alles, von den Mahlzeiten bis zu den Gesprächen am Tisch hat mir neue Eindrücke gegeben, die ich nirgendwo sonst so hätte bekommen können. Trotz der vielen verschiedenen Menschen mit den diversesten Hintergründen, kommen wir hier als Gruppe zusammen, mit einem gemeinsamen Ziel, einem besseren wissenschaftlichen Verständnis unserer Umwelt. Auch wenn das hier nicht meine erste Expedition an Bord eines Forschungsschiffes ist, ist es eine der lehrreichsten und denkwürdigsten Erfahrungen, die ich bisher hatte.

Chauncey, unser Hochschulmaskottchen mit seiner Tauchausrüstung bereitet sich auf sein Tauchabenteuer zum Meeresboden an Bord des Schwerelotes vor. (Foto: JT Durica)
Chauncey, unser Hochschulmaskottchen mit seiner Tauchausrüstung bereitet sich auf sein Tauchabenteuer zum Meeresboden an Bord des Schwerelotes vor. (Foto: JT Durica)

Erforschung von Klimaveränderungen durch Geophysik

Während einige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Informationen aus Sedimentkernen verwenden, um Klimaveränderungen der Vergangenheit zu untersuchen, nutzen andere die Vorteile physikalischer Instrumente.

Ein Text von Dr. Lena Steinmann (University of Bremen) & Antoine Thiéblemont (Royal Holloway University of London)

Das Geophysikteam (Akustik) SONNE 260-1, von links nach rechts: Prof. Dr. Volkhard Spiess, Antoine Thieblemont, Dr. Stefan Wenau, Dr. Lena Steinmann, Rouven Brune, Fynn Warnke, Opeyemi Ogunleye.
Das Geophysikteam (Akustik) SONNE 260-1, von links nach rechts: Prof. Dr. Volkhard Spiess, Antoine Thieblemont, Dr. Stefan Wenau, Dr. Lena Steinmann, Rouven Brune, Fynn Warnke, Opeyemi Ogunleye. (Foto: Janina Bösche)

Um unser Klima besser zu verstehen und schlussendlich zuverlässige Vorhersagen über dessen Entwicklung machen zu können, ist es von höchster Wichtigkeit, Erkenntnisse über die Klimaveränderungen der Vergangenheit zu sammeln. In der Tat hat sich das Klima in den vergangenen hunderttausenden von Jahren mehrfach drastisch verändert. Beispielsweise gab es mindestens vier große Eiszeiten in den letzten 500.000 Jahren, währenddessen die Erdtemperatur signifikant niedriger war und sich somit die Eiskappen und Gletscher ausdehnten. Hinweise auf solche Klimawandel finden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an vielen Orten auf der Welt, so auch in der Gegend um den Mar del Plata Canyon vor der Küste Argentiniens. Dies ist ein idealer Ort, um die Wechselwirkungen zwischen Bodenwasserströmungen und Sedimentation sowie deren Veränderung im Zuge vergangener Klimawandel zu erforschen. Viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen chemische, paläontologische (Fossilien) oder biologische Hinweise von Meeresbodenproben oder -kernen, um Prozesse rund um den Klimawandel zu untersuchen. Andere hingegen nutzen indirekte Methoden, wie die Geophysik, um solche Vorgänge von einer anderen Seite zu beleuchten. Daher nimmt an der SONNE 260-1 Expedition ein internationales Team von insgesamt sieben Geophysiker*innen unter der Leitung von Prof. Dr. Volkhard Spieß (Universität Bremen) teil. Die Wissenschaftler*innen sammeln Mehrkanalseismik sowie Sediment- und Fächerlot-Daten, um großflächige Informationen über die Topographie des Meeresbodens sowie der Untergrundstrukturen zu erhalten. Aus diesen Erkenntnissen können dann Rückschlüsse auf Ablagerungsvorgänge und klimarelevante Prozesse gezogen werden.

AKQUISE UND PROZESSING MEHRKANALSEISMISCHER DATEN

Einholen der GI-Gun. (Foto: Lena Steinmann)
Einholen der GI-Gun. (Foto: Lena Steinmann)

An Bord der SONNE ist das Team um Prof. Dr. Volkhard Spieß unter anderem verantwortlich für die Akquise, das Prozessing und die Analyse mehrkanalseismischer Daten. Um solche Daten zu erzeugen, wird zunächst ein akustisches Signal mittels einer seismischen Quelle, einer sogenannten GI-Gun, ausgesandt. Dieses Signal breitet sich dann durch die Wassersäule sowie das Sediment aus und wird an Grenzflächen, welche durch eine Veränderung der akustischen Impedanz (das Produkt von Dichte und seismischer Geschwindigkeit) charakterisiert sind, reflektiert. Diese Reflektion wird dann von Empfängern (Hydrophonen) in einem sogenannten Streamer-Kabel aufgezeichnet. In diesem Fall umfasst der Streamer 96 solcher Aufzeichnungseinheiten (Kanäle). Einfach ausgedrückt agieren diese Hydrophone wie Unterwassermikrofone.

Das 96 Kanal Streamerkabel. (Foto: Lena Steinmann)
Das 96 Kanal Streamerkabel. (Foto: Lena Steinmann)

„Eine optimale Akquise mehrkanalseismischer Daten variiert in Abhängigkeit von lokalen Gegebenheiten. Für eine bestmögliche Abbildung des Untergrunds müssen daher bei der Wahl der Quelle und des Streamers sowie bei der Planung von Profillinien die geologischen Strukturen berücksichtigt werden“, sagt Dr. Stefan Wenau, Geophysiker an der Universität Bremen.

 

Basierend auf dieser Methode werden hochauflösende Querschnitte durch den Meeresboden generiert, welche essentielle Einblicke in das sedimentäre System sowie dessen Veränderung im Zuge von Klimawandel (z.B. einhergehende Variationen von Strömungen oder Wassermassen) liefern. Mit dieser Herangehensweise können Untergrundstrukturen bis in eine Untergrundtiefe von über einen Kilometer abgebildet werdet.

Schlussendlich werden die Daten noch prozessiert, um das Signalrauschverhältnis zu verbessern.

„Ein gutes, individuell angepasstes Prozessing verbessert die Abbildung der Reflektionsgeometrien und ermöglicht so eine optimale Interpretation der Untergrundstrukturen“, sagt Dr. Lena Steinmann, Geophysikerin an der Universität Bremen.

Da die generierten Daten ausschlaggebend für die bestmögliche Lokalisierung von Kernstationen und somit für den Erfolg der Sedimentprobenentnahme sind, müssen sie schnellstmöglich und dementsprechend zeitgleich zu der Akquise analysiert werden. Diese Aufgabe wird hauptsächlich vom Gruppenleiter Prof. Dr. Volkhard Spieß durchgeführt.

Zusätzlich zu der Mehrkanalseismik werden auch noch Fächerecholotdaten zur Abbildung der Meeresbodentopographie sowie Sedimentecholotdaten zur Abbildung der oberen 70 Meter des Untergrunds gesammelt. Rouven Brune und Opeyemi Ogunleye, zwei Masterstudenten der Universität Bremen, arbeiten während der Expedition an der Verarbeitung der Fächerecholotdaten. Fynn Warnke, ebenfalls ein Masterstudent der Universität Bremen, beschäftigt sich hingegen hauptsächlich mit den Sedimentecholot-Daten.

„Es handelt sich um ein sehr vielfältiges Arbeitsgebiet“, sagt Fynn Warnke. „Man lernt unglaublich viel.“

21. Januar

Hallo, mein Name ist Chris Jones und ich bin Student der Oklahoma State Universität in Stillwater, Oklahoma (USA). Oklahoma ist quasi das Übergangsgebiet von der bewaldeten Region rund um den Mississippi, hin zum Fuß der Rocky Mountains. Der Bundesstaat Oklahoma ist durch verschiedene Landschaften, wie kleine Berge, Hügel, weite Ebenen und bewaldete Flusstäler und Seen gekennzeichnet. Eine Sache fehlt jedoch, nämlich eine Küste. Tatsächlich ist dies nicht nur das erste Mal, dass ich auf einem Forschungsschiff bin, sondern auch auf dem Ozean. Ich kann mir nicht vorstellen, dass man diese Erfahrung hätte besser machen können als hier. Ich bin Teil der Geochemie-Arbeitsgruppe an Bord und alle haben mich von Anfang an sehr unterstützt und mir dabei geholfen, mich mit dem Leben auf See und bei der Zusammenarbeit im Labor zurecht zu finden.

 Chris Jones im Geochemie-Labor. (Foto: MinCyT)
Chris Jones bei der Arbeit im Geochemie-Labor. (Foto: MinCyT)

In der Arbeitswelt ist das Klingeln des Weckers ein allgegenwärtiger Vorbote von Furcht, hier jedoch nicht. Ja klar, ich liebe Schlaf genauso wie jeder andere Student (das steht direkt nach Essen auf meiner Liste), aber hier bedeutet es den Beginn eines neuen Tages auf dem Tiefseeforschungsschiff SONNE. Ich rolle mich zur Bettkante, springe aus dem oberen Stockbett und hüpfe unter die Dusche. Klingt wie ein normaler Tag, richtig? Nun – stell dir vor, du machst das, während du völlig schläfrig Balance halten musst, in einer großen Kiste, die sich ständig bewegt. Sich mal hebt und senkt oder hin und her rollt. Frühstück gibt es ab 07:00 Uhr und besteht häufig aus verschiedenen traditionellen deutschen Gerichten, einer Auswahl an frischem und knackigem Obst und Dingen wie Müsli und Joghurt.

Nach nur einer Woche auf dem Schiff wird mir klar, dass das Leben auf dem Ozean völlig anders ist als das an Land. Mit der Geochemie-Gruppe des FS SONNE erlebe ich den Ozean beim ersten Mal nicht auf einem Disneyschiff, sondern auf einem großen Forschungsschiff. Hier habe ich das Privileg, zusammen mit netten und talentierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Entwicklung des Argentinien-Beckens zu erforschen.

Geochemie-Labor an Bord des Forschungsschiffs SONNE (Foto: Chris Jones)
Geochemie-Labor an Bord des Forschungsschiffs SONNE (Foto: Chris Jones)

Der Arbeitstag startet meist mit unserem Gruppenmeeting um 8:15 Uhr. Hier diskutieren wir den Stationsplan für den Tag oder welche Kerne und Messungen wer heute erledigen muss. Klingt das nicht wie ein Rezept für totales Chaos? Der Versuch einen Haufen enthusiastischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die sehnsüchtig ihre Proben sammeln wollen, unter einen Hut zu kriegen, könnte wie eine Herausforderung wirken. Dennoch sind alle immer sehr bemüht, zusammen zu arbeiten und den Arbeitsfluss nicht zu stören.

Es folgt ein Arbeitstag, an dem Sedimentkerne aufgeschnitten, Proben gesammelt und extrahiertes Porenwasser analysiert werden. Als Teil der Geochemie-Gruppe erstellen wir Porenwasserprofile von gelöstem Eisen und Sulfid (diese verlaufen gegensätzlich), pH-Wert, Redoxpotential, gelöstem anorganischen Kohlenstoff, Alkalität und verschiedenen Nährstoffen wie Silikat, Ammonium und Phosphat. All diese individuellen Parameter charakterisieren einen Sedimentkern von der geochemischen Seite. Jedoch ist einer der interessantesten Aspekte auf dieser multidisziplinären Fahrt: die Interaktion der verschiedenen Arbeitsgruppen zu sehen und mitzuerleben. Beispielsweise bin ich in unserer Gruppe auf die Messung des Sulfidgehaltes im Porenwasser spezialisiert und habe aus erster Hand gesehen, wie die Anwesenheit von Monosulfid-Mineralen (FeS), die als schwarze schmierige Flächen im Kern auftreten, tatsächlich die Übergangszone von gelöstem Eisen und gelöstem Sulfid ist. Diese Interdisziplinarität und Überschneidung der Expertisen der verschiedenen Arbeitsgruppen ist nur eine von vielen, denn unsere wöchentlichen Wissenschaftsmeetings im Konferenzraum beinhalten häufig einen Diskurs über das Zusammenspiel der vorläufigen Ergebnisse der geochemischen Signale, Mikrobiologie, Sedimentologie und wie diese das Resultat aus Sedimentation am Meeresboden sind. Darüber und über die Struktur des Kontinentalhanges und die Sedimentationsbedingungen erfahren wir durch die Seismik. Die verschiedenen Gruppen (Geochemie, Mikrobiologie, Sedimentologie, Wassersäule, Geophysik) sind alle ein Teil dieser umfassenden Expedition mit dem Ziel, die marine Welt ein bisschen besser kennen zu lernen.

Nun, ich, ein junger Student aus Oklahoma, der noch nie auf einem Schiff war, darf diese wunderbare und erleuchtende Erfahrung für die nächsten Wochen machen und jeden Tag mit einer willkommenen Pause beenden, während die Sonne am Horizont verschwindet. Ich warte allerdings immer noch auf den grünen Blitz!

Sonnenuntergang (Foto: Chris Jones)
Sonnenuntergang (Foto: Chris Jones)

11. Januar

Am 11. Januar fand ein von der Deutschen Botschaft in Buenos Aires und der Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe veranstaltetes Open Ship Event an Bord des Tiefseeforschungsschiffs (TFS) SONNE statt, das am Morgen mit einer offiziellen Eröffnung begann. An dem Empfang nahmen u.a. Vertreter des Argentinischen Wissenschaftsministeriums (MinCyT), der Deutschen Botschaft in Buenos Aires, der Hafenbehörden und zahlreicher argentinischer Universitäten und Forschungsinstitute teil.

 

Open Ship
Foto anlässlich der offiziellen Eröffnung des OPEN SHIP Events am an Bord der SONNE. Von links nach rechts: Mariano Jordán (MinCyT), Alejandro Mentaberry (MinCyT), Sabine Kasten (AWI; Fahrtleiterin SO260), Oliver Meyer (Kapitän TFS SONNE) und Botschafter Jürgen Christian Mertens (Deutsche Botschaft Buenos Aires) (Foto: MinCyT).

In der Zeit von 11 bis 17 Uhr war das TFS SONNE anschließend für die Öffentlichkeit zugänglich und rund 600 Gäste besichtigten das Schiff und informierten sich über die Forschungsaktivitäten und das Leben an Bord. Dies war umso bemerkenswerter als in Argentinien gegenwärtig Sommerferien sind und es sich darüber hinaus mit Temperaturen bis zu 38°C um den bisher heißesten Tag des Jahres handelte. Dank der perfekten Organisation der Schiffsführung, der Deutschen Botschaft in Buenos Aires und der Schiffsagentur AMI / Ultramar sowie des großartigen Engagements der gesamten Schiffsbesatzung und der wissenschaftlichen Fahrtteilnehmer wurde die Veranstaltung ein voller Erfolg. Wir waren alle beeindruckt von dem großen Interesse, das die Besucher dem Schiff und unseren geplanten Forschungsarbeiten entgegenbrachten.