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Logbuch MSM136
Expedition MSM136 „LONTRA“ – Transport von organischem Material und Sedimenten über den Hang vor Westirland
20. April – 7. Mai 2025
Malaga (Spanien) – Reykjavik (Island)
Fahrtleitung: Prof. Dr. Elda Miramontes
Was passiert mit abgestorbenem Plankton, Sedimenten und winzigen Plastikpartikeln, wenn sie von der Meeresoberfläche auf den Grund sinken? Und welchen Beitrag leistet das europäische Schelfmeer zum weltweiten Kohlenstoffkreislauf? Diesen Fragen geht die nun gestartete wissenschaftliche Expedition MSM136 mit dem Forschungsschiff MARIA S. MERIAN nach. Unter Leitung von Prof. Dr. Elda Miramontes, MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften und Fachbereich Geowissenschaften der Universität Bremen, erforscht ein internationales Team die komplexen Transportprozesse im Nordostatlantik.
Das Team der Expedition MSM136 berichtet über die Fahrt und den Alltag an Bord in einem Expeditionslogbuch:
19. April: Wir starten in Südspanien
Wir sind in Málaga angekommen, bei bestem Wetter. Das Forschungsschiff MARIA S. MERIAN mit seiner Crew wartet schon auf uns im Hafen. Die Zeit im ruhigen Hafen wird genutzt, um die wissenschaftliche Ausrüstung auszupacken und aufzubauen sowie die Labore zu beziehen.
19. April: Ahoi! (einen Tag eher als geplant)
Und heute geht es auch schon los – einen Tag früher als geplant. Denn wir wurden vom nationalen meteorologischen Dienst des Vereinigten Königreichs (UK Met Office) um einen Gefallen gebeten. Westlich der Südküste Irlands ist schon seit über sechs Monaten eine Boje kaputt, die zur Erfassung von Wetterdaten eingesetzt wird. Diese frei zugänglichen Daten sind für viele Wettermodelle europaweit relevant – höchste Zeit, dass die Daten wieder gesendet werden. Daher sind wir gerne bereit, bei der Lösung des Problems zu helfen. Es bedeutet für uns nur einen kleinen Umweg. In Málaga ist ein Techniker vom UK Met Office zu uns an Board gekommen, um die Boje zu reparieren, wenn wir dort angelangt sind. Wir verlassen also heute Abend schon Málaga und brechen Richtung Irland auf.
20.April: Wer ist mit an Bord?
Neben der Schiffscrew sind diese Wissenschaftler:innen, Techniker:innen und sogar eine Künstlerin mit dabei. Die bin übrigens ich, Carolin Melia Brendel, die hier auch den Blog schreibt. Ich nutzte mal die Gelegenheit, mich vorzustellen. Ich mache ein PhD in künstlerischer Forschung an der Hochschule für Künste in Bremen und der Hochschule für Gestaltung und Kunst Basel und arbeite dafür mit Elda Miramontes García, Florence Schubotz und Marlis Reich vom MARUM zusammen.
In meiner Promotion geht es um toxische Kreisläufe zwischen digitalen Infrastrukturen und marinen Ökosystemen, vom Tiefseebergbau bis hin zum Elektroschrott in Wassersystemen. Und vor allem um die Frage nach postdisziplinären Wissensformen und Methoden, um den Herausforderungen unserer Zeit nicht mit denselben Paradigmen zu begegnen, die diese hervorgebracht haben. Mehr dazu gibt es hier.
Bei dieser Expedition war noch ein Platz frei, und Elda hat mich eingeladen teilzunehmen, um die Arbeit vom MARUM besser kennenzulernen. Ich bin ihr sehr dankbar für diese tolle Möglichkeit und schon sehr gespannt!
21. April: Auf hoher See
Der Seegang hat uns alle direkt ziemlich mitgenommen. Danke an unseren Schiffsarzt Frank Heblich, der gleich zur Stelle war und uns mit Medikamenten gegen Seekrankheit versorgt hat. An Tag drei vor der Küste von Portugal ist nun aber alles ruhig. Der Kapitän Klaus Bergmann sagt: „Bessere Bedingungen als heute wird es nicht geben." Die ideale Gelegenheit, um mit den Vorbereitungen weiterzumachen.
Hannah Marchant, Julia Pamphile Dos Santos und Runa Reuter bereiten den sog. Meeresschneefänger vor, der zum Aufsammeln intakter Aggregate verwendet werden soll. Diese Aggregate können aus verschiedenen organischen und anorganischen Partikeln bestehen, die auch als Meeresschnee bezeichnet werden und durch die Wassersäule sinken.
23. April: Auftrag fürs UK Met Office erfüllt
Das ist die Boje des UK Met Office, die seit über sechs Monaten kaputt ist. Wir hatten Glück! Als wir ankamen, war die See ruhig und das Wetter gut, sodass die Besatzung diese sieben Meter lange Boje aus dem Wasser holen konnte. Alex Collins, der Techniker des Wetterdienstes, reparierte sie und jetzt sendet sie wieder die wichtigen Wetterdaten.
25. April: Endlich angekommen und los geht’s mit der Forschung
Heute sind wir schließlich in unserem Forschungsgebiet angekommen. Allerdings ist das nun ein anderes als wie ursprünglich geplant am Kontinentalhang und auf dem Schelf in irischen Gewässern. Da wir von der irischen Regierung keine Genehmigung für die Durchführung der Forschung in irischen Gewässern erhalten haben, mussten wir ein neues Gebiet in internationalen Gewässern finden. Wir haben dort nun zwei Transekte mit mehreren Probenahmestellen und hydroakustischen Messlinien geplant. Am Freitagabend ging es dann los, u.a. mit der Entnahme von Plankton und Wasserproben aus unterschiedlichen Tiefen.
26. April: Sedimentproben und Messung der Bodenströmungen
Heute haben wir die Probenentnahme mithilfe der verschiedenen Forschungsinstrumente fortgesetzt, um die Kohlenstoffkreisläufe im europäischen Schelfmeer besser zu verstehen. Wir haben beispielsweise dieses Gerät auf den Meeresboden hinabgelassen, um Sedimente von dort zu erhalten. Das ist ein sogenannter Multi Corer (MUC). Anhand der entnommenen Proben können wir nachvollziehen, welche Art von Sediment sich im Meeresboden ablagert und analysieren, wie viel Kohlenstoff in Form von organischem Material im Meeresboden gespeichert wird.
Die sogenannte Verankerung ist eine vertikal verbundene Folge unterschiedlicher Instrumente. Sie wird am Meeresboden befestigt und sammelt verschiedene Arten von Daten, darunter auch die Geschwindigkeit der Bodenströmungen. Auf diese Weise können die Wissenschaftler:innen erforschen, wie der Kohlenstoffkreislauf, d. h. die Prozesse der Speicherung von Kohlenstoff am Meeresboden in Form von organischem Material, von den Meeresströmungen beeinflusst wird.
27. April: Meeresschnee & Grindwale
Nach der zweiten Nachtschicht sind alle ziemlich müde, aber freuen sich auch über die vielen gesammelten Proben. Heute möchte ich eines der Forschungsinstrumente vorstellen, das zur Analyse der Prozesse des Kohlenstoffkreislaufs in der Wassersäule eingesetzt wird.
Die sogenannte Driftfalle ist eine freischwimmende Verknüpfung verschiedener Forschungsinstrumente, die an der Oberfläche beginnt und bis in etwa 400 m Tiefe reicht. Sie umfasst Sedimentfallen, die absinkende Partikel auffangen, welche organischen Kohlenstoff von der Oberfläche in die Tiefsee transportieren. Um die Sinkgeschwindigkeit der Partikel direkt messen zu können, macht eine Kamera alle vier Sekunden ein Foto von ihnen.
Bei diesen Partikeln handelt es sich hauptsächlich um die Ausscheidungen der winzigen Tiere (Zooplankton), welche die winzigen Pflanzen (Phytoplankton) im sonnenbeschienenen oberen Teil des Meeres fressen. Eine andere wichtige Partikelart wird von Phytoplankton gebildet, das aneinanderklebt. Diese Ansammlungen reflektieren das Licht sehr gut und sehen wie Schneeflocken aus, weshalb sie als Meeresschnee bezeichnet werden.
Um intakten Meeresschnee zu sammeln, setzen wir einen Meeresschneefänger ein (siehe Beitrag 4), mit dessen Hilfe wir feststellen können, welche Art von Partikeln das organische Material bindet und wie viel von diesem Kohlenstoff durch die Wassersäule bis zum Meeresboden sinkt. Die wichtigsten Fragen lauten: Wie viel davon ist vorhanden und wie schnell sinkt es?
Die auf dieser Forschungsreise entnommenen Proben ergänzen einen großen Datensatz, der in den letzten 20 Jahren an verschiedenen Orten im gesamten Atlantik gesammelt wurde. Diese Messungen sind sehr wichtig, da sie direkt in die globalen Klimamodelle einfließen und uns helfen, genauere Vorhersagen darüber zu treffen, wie viel Kohlendioxid der Ozean aufnehmen kann.
Heute Abend hatten wir Besuch! Etwa zwanzig bis dreißig Grindwale kamen vorbei und aßen in der Nähe unseres Schiffes zu Abend. Die meisten von ihnen waren mit dem Essen beschäftigt, aber einige schauten uns neugierig an und grüßten uns. Es gab auch einen sehr kleinen Wal, der zwischen zwei großen Walen schwamm und einen, der auf seinem Rücken spielte und mit den Flossen klatschte.
Video von Alice Lefebvre.
28. April: Was wir durch Wasserfiltrierung erfahren
Heute möchte ich die Forschungsinstrumente für die Filtration von Wasser vorstellen und über ihren Zweck sprechen. Eine Möglichkeit ist es, das Wasser aus den Niskin-Flaschen von der CTD zu filtern. Jede Flasche kann 10 Liter in einer bestimmten Tiefe aufnehmen. Das Wasser wird dann in der Filtrationsstation durch verschiedene Filter geschüttet, um sie anschließend einer biochemischen Analyse zu unterziehen. Dies wird insbesondere für die Forschung genutzt, die ich in meinem letzten Beitrag vorgestellt habe.
Ein weiteres sehr nützliches Instrument zum Sammeln von Partikeln aus dem Wasser ist die In-situ-Pumpe. Diese Pumpe kann das Wasser direkt und automatisch filtern, während sie an einer bestimmten Stelle im Meer platziert wird. Die im Wasser vorhandenen Partikel werden dann direkt auf dem Filter an die Oberfläche befördert. Es werden also nur die Ergebnisse der Filtrierung an Bord gebracht, nicht das ganze Wasser. Es handelt sich um eine sehr effiziente Methode, die im Vergleich zur Entnahme von Wasserproben und deren Filtrierung an Bord deutlich weniger Aufwand bedeutet. Diese Verfahren wird vor allem für Proben verwendet, bei denen viel Wasser gefiltert werden muss, um ein interessantes Ergebnis zu erhalten. Wenn die Pumpe 90 Minuten im Wasser ist, kann sie zwischen 200 und 700 Liter Wasser filtern.
Wir haben zwei verschiedene Forschungsteams, welche die In-situ-Pumpe nutzen (wir haben vier davon an Bord). Elda Miramontes García und ihre Kollegen setzten dieses Verfahren ein, um nach winzigen Plastikteilchen zu suchen, ihre Menge und Art zu bestimmen und herauszufinden, wo in der Wassersäule sie sich vermehrt befinden. Ziel ist es, zu verstehen, wie die Plastikfragmente durch die Meere transportiert werden, wo sie sich am meisten ansammeln und somit die marinen Ökosysteme dort am stärksten beeinträchtigen.
Bingbing Wei betrachtet seinen Filter mit viel Phytoplankton aus der In-situ-Pumpe. Photo: Alice Lefebvre.
Bingbing Wei und sein Team untersuchen die Zusammensetzung des partikulären organischen Kohlenstoffs in der Wassersäule, um den Kohlenstoffexport in die Tiefsee zu verstehen und zu bewerten. Mit den In-situ-Pumpen haben sie Wasser an drei Stellen der Wassersäule gefiltert: Oben, in der Mitte und am Meeresboden. In jeder Tiefe wurden etwa 250 l Wasser gefiltert. Anhand der gesammelten Partikel können sie das Alter des Kohlenstoffs sowie seine Reaktivität berechnen und anschließend seine Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf bewerten. In dieser Probe aus dem Oberflächenwasser zeigt die gelbe Farbe, dass der Filter voll von organischem Kohlenstoff ist, wie er typischerweise an der Wasseroberfläche vorkommt und der vermutlich jung und reaktiv ist.
Später am Tag kamen die Grindwale wieder in die Nähe unseres Schiffes. Anscheinend hängen sie gerne abends bei uns ab.
29. April: Und was ist mit dem Zucker?
Ein weiteres Forschungsteam an Bord trägt zur Analyse des Kohlenstoffkreislaufs bei, indem es speziell die Rolle von Zuckern untersucht. Aman Akeerath Mundanatt, Sofie Niggemeier und Linda Biehler untersuchen die Rolle von Zuckern beim Transport von Kohlendioxid aus der Atmosphäre zum Meeresboden. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf negativ geladenen und komplexen Zuckern, die während der Photosynthese von mikroskopischen Algen wie Kieselalgen oder makroskopischen Braunalgen produziert werden.
Die Wissenschaftler interessieren sich insbesondere für die schwer abbaubaren und negativ geladenen Zucker, da sie den meisten Kohlenstoff zum Meeresboden bringen. Für ihre Forschung analysieren sie Zucker in Partikeln und in gelöster Form in der gesamten Wassersäule, von oben nach unten, unter Verwendung des von der CTD gesammelten Wassers. Sie sammeln auch Sedimentproben, um zu untersuchen, ob der Zucker Kohlenstoff zum Meeresboden transportiert.
Das Wasser wird über Glasfaserfilter gefiltert, um Partikel aufzufangen, die auf ihre Zuckerzusammensetzung untersucht werden. Anschließend wird das Wasser durch die Anionenaustauschsäulen gepumpt, die alle negativ geladenen Zucker zur weiteren Analyse auffangen. Auf diese Weise können sie abschätzen, wie viel Kohlenstoff durch die jeweiligen Zucker im globalen Kohlenstoffkreislauf gespeichert wird.
30. April: Schneeflocken
Wir haben alle Forschungsstationen des ersten Arbeitsgebiets, auch Transekt genannt, gerade noch rechtzeitig bei gutem Wetter fertiggestellt. Da ein Sturm vorhergesagt war, mussten wir den Start des zweiten Transekts verschieben. In der Zwischenzeit wurde die Forschung in den Labors fortgesetzt. Hier sind einige schöne Bilder von Meeresschnee unter dem Mikroskop, die Morten Iversen gemacht hat (vgl. zur Forschung Post 8).
1. Mai: Stürmische See
Letzte Nacht kam der Sturm und es wurde ziemlich unruhig auf dem Forschungsschiff. Die Wellen waren bis zu 5 Meter hoch. Tagsüber wurden die Türen vom Kapitän geschlossen, so dass wir aus Sicherheitsgründen nicht nach draußen an Deck gehen konnten.
2. Mai: Den Ozeanboden kartieren
Ein bisher noch völlig unerwähnter Teil der Forschung an Bord betrifft die Kartierung des Ozeanbodens. Das liegt vor allem daran, dass die Messinstrumente dafür die ganze Zeit durchlaufen. Tilmann Schwenk hat sie mit seinem Kollegen angeschaltet als wir im Arbeitsgebiet in internationalen Gewässern angekommen sind.
Mit verschiedenen Echolotgeräten wurde die Beschaffenheit des Meeresbodens für diesen bunten Teil, den ihr auf dem Bild seht und der unserer Schiffsroute im Forschungsgebiet entspricht, abgebildet.
Es gibt im Wesentlichen zwei zentrale Geräte, um diese bildlichen Darstellungen herzustellen. Sie arbeiten beide mit Schall. Beginnen wir mit dem Fächerlot. Es ist am Schiffsboden befestigt und tastet mit akustischen Signalen den Meeresboden unterhalb des Schiffs in einem breiten Streifen ab. Dieses Gerät stellt also das Bild nicht durch eine Kamera her, sondern mittels Sound. Der Boden wird vermessen, indem Schallwellen ausgesendet werden und deren akustische Rückstreuung aufgezeichnet wird. In der Laufzeit der Schallwellen zum Meeresboden und zurück ist die Information über die Topographie des Bodens enthalten. So weit wie der Schall reicht, wird auch der Meeresboden sichtbar. In diesem Bild seht ihr das blaue Fächerlot und die Ausbreitung seiner akustischen Signale.
Das zweite Instrument ist das Sedimentecholot, auch Parasound genannt. Hier handelt es sich um eine senkrechte, schmale Schallkeule – ihr könnt euch das wie einen Strohhalm vorstellen, der vom Schiff bis auf den Meeresgrund und sogar noch etwas in ihn hinein geht. Der Schall dieses Geräts dringt nämlich auch in den Boden ein und wird dort an verschiedenen Schichten in den Sedimenten reflektiert, sodass die Sedimentstruktur bis zu knapp 70 m unter dem Meeresboden visualisiert werden kann. Es ergeben sich Querschnittbilder des Meeresbodens mit dieser Technik, wie ihr hier sehen könnt.
Mithilfe dieser Bilder können die Wissenschaftler:innen die Prozesse nachvollziehen, wie das Sediment dort abgelagert wurde. Die verschiedenen Farben geben Auskunft über die Art des Sediments am jeweiligen Ort. Da der gerichtete Schall dieses Echolots vor seinem Auftreffen auf dem Boden durch die ganze Wassersäule geht, kann auch diese bildlich dargestellt werden. Insbesondere die Verteilung kleinster Partikel darin, wie Plankton oder Sediment in Suspension, wird sehr gut sichtbar.
Wie ihr seht, betreffen diese Aufnahmen auch Themen der anderen Forschungsgruppen und liefern damit wichtige Erkenntnisse, wenn die verschiedenen Messungen miteinander verknüpft werden. Zum Beispiel können die Untersuchungen aus den Sedimentproben mit dem MUC in Kombination mit den Karten, die mit den hydroakustischen Messungen erstellt wurden, „in die Fläche gebracht werden“. Damit kann z. B. die Verteilung von Sedimenttypen auf dem Meeresboden näher bestimmt werden. Außerdem dienen diese Infos zur Verfeinerung der allgemeinen Meeresbodenkarte und werden daher auch öffentlich zugänglich gemacht.
4. Mai: Wasserströmungen
Heute haben wir die Verankerung (vgl. Beitrag vom 26. April) und den Lander vom Meeresboden geholt, wo sie eine Woche lang Daten gesammelt haben. Beide Geräte sind mit akustischen Strömungs-Doppler-Profilern (ACDP) ausgestattet, einem Instrument zur Messung von Wasserströmungen, sowie mit CTDs, die den Salzgehalt, die Temperatur und die Tiefe messen.
Der schwarz-weiße Teil ist der Meeresboden und die Farben zeigen die verschiedenen Geschwindigkeiten der Wasserströmungen an. Rot ist schnell, grün mittel und blau langsam. Diese Informationen werden anschließend auch mit den Echolotdaten kombiniert, die zur Kartierung des Meeresbodens verwendet werden (siehe Beitrag vom 2. Mai). Nach der Analyse durch das Forschungsteam im Hinblick auf ihre spezifischen Forschungsfragen werden diese Daten in allgemeine Karten wie diese Open-Source-Karte der Meeresströmungen eingespeist.
Das Team aus Elda Miramontes, Alice Lefebvre, Pauline Cornard und Ling Wang war sehr neugierig auf die Daten zur Wassergeschwindigkeit, die die Instrumente sammelten. So sehen die Daten aus.
5. Mai: Party Time
Gestern wurden die letzten Forschungsinstrumente aus dem Meer geborgen und die Forschungsphase ist heute zu Ende gegangen. Das haben wir am Abend mit Pizza, Getränken und Musik gefeiert.
6. Mai: Packen & Besichtigung des Maschinenraums
Heute haben wir damit begonnen, alle Forschungsgeräte zu verpacken, um sie für den Transport in den Containern zurück zum MARUM bereit zu machen.
Am Nachmittag bekamen wir eine Führung in den Maschinenraum durch das Besatzungsmitglied und den Ingenieur Hans Zimmer.
7. Mai: Ankunft in Island
Wir sind heute Morgen im Hafen von Reykjavík in Island angekommen und die Forschungsreise ist nun offiziell beendet.
Mit diesem letzten Bild verabschiede ich mich von Ihnen und hoffe, ich konnte Ihnen einige interessante Einblicke in die Forschungsexpedition MSM136 LONTRA geben.