Gleiter-Mission in der Ostsee

Im Interview spricht Ozeanograf Johannes Karstensen vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung über die erste Gleiter-Mission in der Ostsee.

Herr Karstensen, Sie waren an der ersten Gleiter-Mission in der Ostsee beteiligt. Worum ging es dabei?
Die Mission hatte zwei Ziele: Zum einen wollten wir besser verstehen, welche Prozesse, insbesondere Windsituationen, den küstennahen Auftrieb an der Zeitserienstation „Boknis Eck“ steuern. Zum anderen wollten wir zeigen, dass autonom operierende Gleiter auch in der Ostsee eingesetzt werden können. In der Vergangenheit waren Versuche dazu gescheitert.

Was waren die Ziele Ihrer Kampagne in der Ostsee? 
Der küstennahe Auftrieb ist zu spüren, wenn man im Hochsommer bei ablandigem Wind ins Meer springt und feststellt, dass dieses grausig kalt ist. Der Grund dafür ist meist der Wind, der das warme Oberflächenwasser in die offene See schiebt und dann kälteres Wasser aus der Tiefe, als „Ersatz“ sozusagen, an die Oberfläche steigt.

Da dieser Vorgang auf der rotierenden Erde geschieht, ist es normalerweise am wirkungsvollsten, wenn der Wind parallel zur Küste weht, und zwar auf der Nordhalbkugel nach Norden, wenn die Küste im Westen liegt. Die „Corioliskraft“ bewirkt bei solch einem nordwärtigem Wind, dass das Wasser nach Osten weggeschoben wird – so die Theorie.

Bei sehr flachem Wasser, Küstennähe und bei abknickender Küstenlinie, wie bei der Zeitserienstation „Boknis Eck“, spielen lokale Effekte eine Rolle und die Theorie ist nicht 1:1 übertragbar.

Mit den Messungen vom Gleiter im Wasser und den Winddaten von einer nahegelegenen Messstation konnten wir die Verbindung zwischen Wind und Oberflächentemperatur herstellen. Wir hatten Glück, denn schon in der einen Woche Messdauer hatten wir bereits zwei unterschiedlich starke Auftriebsereignisse, die in den Daten eindeutig zu finden waren.

Welche positiven und negativen Auswirkungen hat der von Ihnen beschriebene „Auftrieb“?
Was für Badende eher ein Handicap ist, ist für das Ökosystem ein Segen - gerade im Sommer gehen den Pflanzen im warmen und leichten Oberflächenwasser häufig die Nährstoffe aus und sie sterben ab. Der Auftrieb befördert neue Nährstoffe aus der Tiefe in die lichtdurchfluteten oberen Wasserschichten – das Pflanzenwachstum wird unterstützt und bildet die Grundlage für die Existenz weiterer Glieder der Nahrungskette – bis zum Menschen. Das ist sicher auch der Grund, warum Meereswissenschaftler sich schon vor über 100 Jahren mit dem Phänomen beschäftigt haben.

Die ausgedehntesten Küsten-Auftriebszonen sind an den Westküsten der Subtropen/Tropen zu finden, wo die Passatwinde stetig Auftriebsbedingungen erzeugen – Mauretanien, Peru und Chile, Venezuela sind daher extrem fischreiche Regionen. 

Warum haben Sie sich gerade für das Gebiet „Boknis Eck“ für Ihre Untersuchungen entschieden?
„Boknis Eck“ ist für uns ein ideales „Testgebiet“ - wir kennen die Region sehr genau, da das GEOMAR (Anm. d. Red./Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel) dort seit Mitte der 50er Jahre eine so genannte „Zeitserienstation“ betriebt. Die Station ist nicht etwa ein Gebäude, das im Wasser errichtet wurde, sondern ein Areal, das durch vier gelbe Tonnen als „Sperrgebiet“ kenntlich gemacht ist und für die Schifffahrt gesperrt ist. Der Gleiter konnte dort ohne Gefahr operieren. Etwa einmal im Monat wird die Station mit einem Schiff vom GEOMAR aus besucht und es werden dann unterschiedlichste physikalische, biologische und chemische Proben aus der Wassersäule entnommen.

Durch unsere Untersuchungen konnten wir bestimmte Grenzwerte bezüglich Richtung und Stärke des Windes für die Zeitserienstation ermitteln. Glücklicherweise liegen uns Winddaten seit Anfang der 1980er Jahre vor und so konnten wir die Auftriebsaktivität für die letzten 30 Jahre rekonstruieren. Diese Ergebnisse erlauben es nun einzelne Messfahrten zur Boknis Eck Station in „normale“, d.h. ohne Auftrieb, und potenziell „unnormale“, also mit Auftrieb, zu unterscheiden und vielleicht noch andere Interpretationen der Daten zuzulassen.

Was ist ein Gleiter und wie funktioniert er bzw. was misst er?
Ein Gleiter ist eine autonome und mobile Messplattform. Der Gleiter hat keinen Propeller, sondern bewegt sich durch gezielte Änderungen seiner „Dichte“ fort. Mit Hilfe einer Pumpe ändert er dazu sein Volumen (wird größer oder kleiner), behält aber sein Gewicht bei. So ähnlich, als wenn man im Schwimmbad kräftig ausatmet und dann absinkt. Der Gleiter macht das praktisch so, dass er Öl aus seiner im Wasser befindlichen Gummiblase in sein Druckgehäuse hineinpumpt – dann sinkt er ab, wenn er das Öl wieder in die Gummiblase rauspumpt, steigt er auf.

Bei der Auf- und Abbewegung bewirken kleine Flügel an seinem Rumpf, dass die Bewegung auch nach vorn passiert. Für einen Meter runter (oder rauf) geht es dabei etwa zwei bis drei Meter vorwärts. Seine Richtung kontrolliert der Gleiter mit Hilfe eines kleinen Ruders am Heck. Immer wenn er an die Oberfläche kommt, steckt er Antennen aus dem Wasser, um seine Position über GPS zu bestimmen und mit Hilfe eines Iridium-Satellitentelefons Kontakt mit dem Kontrollzentrum an Land aufzunehmen. So werden Daten ausgetauscht und neue Kurse auf den Gleiter übertragen. Bei  „Boknis Eck“ haben wir den Gleiter zwischen zwei dicht beieinander liegenden Punkten hin und her fahren lassen – als wenn man quasi an einem Ort die Beprobung durchführt.

Mit welchen Problemen hatten Sie zu kämpfen?
Der Gleiter driftete ein paar Mal in einen sehr flachen Teil des Sperrgebietes, wahrscheinlich weil kurzzeitig die Strömung zunahm. Das führte dazu, dass er auf dem Boden „landete“ und erst nach ein paar Stunden wieder auftauchte. Beim ersten Mal waren wir sehr erschrocken und hatten schon Befürchtungen, dass etwas passiert war. Ansonsten lief alles prima.

Sind weitere Versuchsreihen in der Ostsee oder anderen Meeren für die Zukunft geplant?
Die Ostsee ist nicht unser Hauptforschungsgebiet - das ist mehr der Atlantik und da haben wir eine Menge Gleiter-Missionen bereits durchgeführt. Zurzeit läuft gerade ein Experiment, wo es auch um küstennahen Auftrieb geht – allerdings etwas großskaliger, vor der Küste von Westafrika.

Das GEOMAR gehört zur Helmholtz-Gemeinschaft. Inwieweit findet ein Datenaustausch bzw. eine allgemeine Zusammenarbeit mit anderen Zentren statt?
Die Gliderdaten werden während der Mission schon an uns geschickt und sofort so prozessiert, dass sie online angeschaut werden können. Des Weiteren werden die meisten Daten auch automatisch an ein großes europäisches Datenzentrum geschickt – dort stehen sie dann für weitere Analysen, insbesondere für Ozean-Vorhersagen, für jeden Interessierten zur Verfügung.

Die Gleiternutzer-Gemeinschaft in Deutschland hat eine Gruppe, die „German Glider Group“ (GGG), die sich in der Regel einmal im Jahr trifft und auf nationaler Ebene Erfahrungen im Umgang mit Gleitern bespricht – da ist beispielsweise das Thema der Genehmigung von Einsätzen insbesondere in Nord- und Ostsee immer auf der Tagesordnung. Auf internationaler Ebene, in European aber auch weltweit, gehören wir der „Everyone Gliding Observatories“ EGO-Gruppe an, wo in aller Breite über relevante Themen gesprochen wird. In beiden Gruppen sind auch unsere Helmholtz-Kollegen vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht und dem Alfred-Wegener-Institut vertreten, die diese neue Technologie auch sehr erfolgreich einsetzen.

Wissenschaftler der Uni Kiel und des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel bei der Probenahme an der Zeitserien-Station „Boknis Eck” (www.bokniseck.de Ostsee) am 21. Juni 2014 (Film: GEOMAR).

Die Fragen für die Wissensplattform "Erde und Umwelt" stellte Karl Dzuba, GFZ.

Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0
eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

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