Wissenschaftlich-Technisches Konzept

Einleitung

Das vorliegende Konzept beschreibt die technische Umsetzung einer ozeanographischen Probennahme auf einem Segelboot unter Berücksichtigung der an Bord vorhandenen Gegebenheiten sowie der zu erwartenden schwierigen Bedingungen.

Wichtige Faktoren dabei sind die Energieversorgung, der Zeitaufwand, die begrenzten Räumlichkeiten, das Handling an Bord auch bei schlechtem Wetter und die Kosten.

Der Zeitaufwand muss für eine Messung und Probenahme möglichst gering (<30 min) gehalten werden und die Durchführung einfach sein. Je nach meteorologischen Bedingungen sollten die Untersuchungen möglichst alle 2-4 Tage erfolgen.

Wichtige wissenschaftliche Fragen sind:

Wissenschaftliche Fragen

  1. Wie hoch sind die Konzentrationen der klimarelevanten Mikronährstoffe (Eisen, Mangan und Kobalt) im Oberflächenwasser der verschiedenen Regionen des „Southern Oceans“?
  2. Gibt es Düngungseffekte in Form von Phytoplanktonblüten in Abhängigkeit von der Windrichtung und zur Entfernung der Kontinente sowie in Abhängigkeit zu Fluktuationen des Salzgehaltes und der Temperatur?
  3. Können anhand der Wasserfarbe Gebiete identifiziert werden, die durch Flusswasser, Saharastaub, sowie absorbierender und streuender Phytoplanktonblüten beeinflusst werden? Die Ergebnisse unterstützen die Interpretation der Eisenmessungen und der Satellitendaten.
  4. Wie hoch sind die Konzentrationen an anthropogenen Schwermetallen (Blei & Cadmium) außerhalb der Zivilisation?

Technische Durchführung

Spurenelemente

Die Probenahme von Oberflächenwasser liefert einen Probensatz, indem am IOW die klimarelevanten Mikronährstoffe Eisen, Kobalt und Mangan sowie die anthropogenen Schwermetalle Cadmium und Blei analysiert werden. Für diese Thematik wäre das der erste komplette Datensatz im „Southern Ocean“ rundum!

Die Probenahme erfolgt in Abhängigkeit von der Wettersituation alle 2-4 Tage. Dabei wird eine entkontaminierte Probenflasche aus Polyethylen in ein ca. 3 m langes präpariertes Teleskoprohr (gesponsored von HYDRO-BIOS) eingespannt, sodass die Probenahme bequem von Bord des Segelbootes durchgeführt werden kann. Die Proben werden konserviert, in PE-Beuteln doppelt verpackt und in einer Kunststoffkiste bis zur Messung im IOW aufbewahrt. Die vorgereinigten Probenflaschen werden zur Verfügung gestellt. Möglicherweise, kann der erste Probensatz bereits am Wendepunkt Gran Canaria übergeben werden.

Da das Boot selbst aus Aluminium ist, besteht keine Kontaminationsgefahr der Schwermetalle, deren Konzentrationen letztendlich in den Proben gemessen werden sollen. Dieses ist ein großer Vorteil gegenüber den üblichen Forschungsschiffen, da hier Kontaminationen, die sich unweigerlich aus dem Rumpfmaterial, z. B. Antifouling - Schiffsfarben und Schiffsanoden ergeben, berücksichtigt werden müssen.

Das in den Probenflaschen zur Reinigung enthaltene „Reinst-Super-Wasser“ kann jeweils für die salzfreie Spülung des Sondensystems (siehe unten) nach der Nutzung verwendet werden.

Remote Sensing

„Ocean Colour“ Sensoren messen die Wasserfarbe, die durch das Wasser selbst und die darin vorhandenen optisch wirksamen Wasserinhaltsstoffe erzeugt werden. Sie geben Aufschluss über Gebiete mit Einfluss von Flusswasser, Saharastaub, sowie Blüten absorbierender und streuender Phytoplanktonarten speziell im wenig vermessenen Südpolarmeer.

Die „Ocean Colour“ Sensoren werden von TriOS zur Verfügung gestellt. Die Sensoren sind ca. 20 cm lang mit einem Durchmesser von 5 cm. Es ist vorgesehen einen Sensor zur Messung der einfallenden Sonneneinstrahlung am Heck des Bootes (Geräteträger) zu installieren.

Der zweite Sensor misst das aus dem Wasser zurück gestreute Licht (Wasserfarbe) und wird mit der CTD (Sea & Sun) so kombiniert, dass alles in nur einem gemeinsamen Messvorgang realisiert werden kann.

CTD-Profile (CTD- Conductivity, Temperature, Depth)

Mess-Sonden sollen vom Boot aus direkt Informationen über die Windsituation, den Salzgehalt und die Wassertemperatur liefern. Mit diesen begleitenden Parametern können z.B. Veränderungen des Salzgehaltes und mögliche Süßwasser- und Mikronährstoffquellen durch das Schmelzen von Eisbergen registriert werden.

Hier kommt ein CTD – Sonden-System zum Einsatz, das von der Firma „SEA & SUN“ zur Verfügung gestellt wird. Das System wird in den oberen 20-100 m der Wassersäule gefahren. Es wiegt ca. 10 kg und wird über über eine Winde (gesponsored von HYDRO-BIOS) , die am Geräteträger (gesponsored von KUCHENBECKER) des Hecks installiert ist, gefahren.

Die garantierte wasserdichte Vernetzung der Sensoren mit dem Energiesystem wird von der Firma ENITECH gesponsored.


Die Messungen erfolgen vor der Wasserprobenahme und sie muss so organisiert sein, dass sie mit einem möglichst geringen zeitlichen und körperlichen Aufwand verbunden ist. Deshalb wird das CTD-System und der Strahlungssensor kombiniert, so dass nur ein Messvorgang notwendig ist.  Die Messdaten werden auf dem angeschlossenen Computer gespeichert, und können regelmäßig per Satellit übermittelt werden. Der Messvorgang soll möglichst einfach sein, und mit wenig Tastenbedienungen auskommen.

Präsentation im Internet

Auf der Webseite werden in regelmäßigen Abständen die aktuelle Position des Schiffes auf einem Satellitenbild dargestellt, das gleichzeitig Informationen über die Wasserfarbe und die Wolkenbedeckung gibt. Zusätzlich werden Messdaten und aus Satellitendaten abgeleitete Windgeschwindigkeiten präsentiert, die dem Betrachter einen Eindruck über die Segelbedingungen für das Schiff liefert.