3000 autonome Messroboter erkunden die Weltmeere

Aussetzen eines Tiefendrifers. Bild: (IFM-GEOMAR)

10 Jahre hat es gedauert, nun hat das globale Ozeanbeobachtungssystem mit dem Namen "Argo" (1) sein erstes großes Ziel erreicht. 3000 autonome Messroboter übermitteln Daten aus allen Ozeanen, die für Wetter- und Klimaprognosen und für die Meereswissenschaften wertvolle Informationen liefern.

Auch die deutsche Meeresforschung, unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) ist an diesem internationalen Programm von Beginn an beteiligt.

Sie sehen aus wie Minitorpedos, doch sie haben keine zerstörerische, sondern eine überaus nützliche Wirkung für den Menschen: profilierende Tiefendrifter, das sind autonome Messroboter vollgestopft mit modernster Messtechnik, die Daten aus den Tiefen der Ozeane übermitteln. Daten, die eine wertvolle Grundlage für Wetter- und Klimavorhersagen und für ein besseres Verständnis über unsere Ozeane liefern.

Wie funktioniert ein Tiefendrifter?

"Das Instrument sinkt, sobald es in den Ozean ausgebracht wird, auf eine Tiefe von etwa 1500 m ab", erklärt Projektleiter Dr. Jürgen Fischer vom IFM-GEOMAR. In dieser Tiefe sind die Strömungen meistens relativ gering im Bereich von wenigen Zentimetern pro Sekunde. Das Instrument verbleibt dort etwa 9 Tage bevor es auf etwa 2000 Meter Tiefe abtaucht und anschließend zur Meeresoberfläche aufsteigt. Während dieses Aufstiegs werden die Sensoren des Instrumentes aktiviert, die dann kontinuierlich Temperatur, Salzgehalt, Druck und ggf. noch den Sauerstoffgehalt in exzellenter Qualität bestimmen. An der Wasseroberfläche angekommen, werden diese Daten an ein globales Netzwerk von Satelliten abgestrahlt und dann von einem Datenzentrum aus weiter verteilt. Danach sinkt der Driftkörper wieder auf seine Parkposition in 1500 Meter Tiefe ab. Aus der Änderung der Auftauchposition kann zudem die Stärke und Richtung der Tiefenströmung ermittelt werden. Das Instrument selbst hat keinen Antrieb und keine Steuerung, die Energieversorgung wird lediglich für die Messung und die Veränderung des Auftriebs benutzt. Bei einem Tauchzyklus von 10 Tagen liefert so ein Instrument dann etwa vier Jahre lang Daten, ehe die Batterien erschöpft sind.

"Hier am IFM-GEOMAR wird schon seit langem an der Nutzung solcher Instrumente gearbeitet", so Dr. Jürgen Fischer. "Die ersten Prototypen solcher Drifter waren noch sehr unhandlich und empfindlich. Heute sind die Instrumente so robust, dass sie selbst von Flugzeugen, die knapp über der Wasseroberfläche fliegen, ausgebracht werden können."

"Als vor 10 Jahren ein internationales Wissenschaftlerkonsortium den ambitionierten Plan präsentierte, die Ozeane mit einem flächendeckenden Beobachtungssystem zu bestücken, das kontinuierlich Daten aus den Tiefen der Weltmeere ermittelt, haben auch viele meiner Kollegen nicht geglaubt, dass wir dieses Ziel erreichen können", erinnert sich Prof. Dr. Martin Visbeck, Leiter der Physikalischen Ozeanographie am Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR). Daraus wurde eine Erfolgsstory. "Diese Vision ist heute Realität, und hat uns bereits heute einen immensen Datenzuwachs geliefert", so Visbeck weiter. "Mit 3000 Instrumenten hat das System jetzt eine globale und sehr homogene Abdeckung erreicht (Abbildung hier). Nur in den polaren Seegebieten, ist ein Einsatz dieser Geräte nicht überall möglich". Allerdings werden in den teilweise eisbedeckten Regionen rund um die Antarktis bereits jetzt Argo Floats eingesetzt, die nur dann auftauchen, wenn kein Eis an der Oberfläche detektiert wird ? hier hat das Alfred Wegener Institut erfolgreiche Pionierarbeit geleistet.

Und für welchen Preis? Die jährlichen Kosten für die Unterhaltung liegen bei etwa 17 Mio. € (Summe aller nationalen Beiträge). Etwa 800 Drifter zu einem Preis von derzeit etwa 22.000 € müssen jährlich nachgefüttert werden, um das Beobachtungssystem zu erhalten. "Verglichen mit einem satellitengestützten Beobachtungssystem "sehr preiswert"", so Prof. Visbeck. Diese Kosten teilen sich etwa 30 Nationen und die Europäische Union, die das System gemeinsam unterhalten. Dafür sind die Daten dann auch für alle und jedermann frei verfügbar.

Stichwort Satellit. Gerade die zeitgleichen Messungen der Meeresoberfläche durch die JASON Satellitenmission und Argo Informationen aus dem Ozeaninneren erlauben es, langzeitliche Schwankungen und Veränderungen im Ozean frühzeitig zu entdecken, die einen wichtigen Einfluss auf unser Klima haben. Meeresspiegelanstieg, Veränderung von Strömungsmustern können so genauer bestimmt werden. Die Daten helfen ferner Ozeanmodelle besser zu eichen und liefern wertvolle Anfangs- und Randwerte für Vorhersagen künftiger Entwicklungen.

Deutschland wird sich auch zukünftig mit einem substantiellen Beitrag am Argo Programm beteiligen. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) wird über das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) mit jährlich ca. 50 Driftern den deutschen Beitrag langfristig sicherstellen. Der Einsatz dieser Drifter wird über das BSH koordiniert. Darüber hinaus beteiligen sich deutsche Meeresforschungsinstitute und das BSH aktiv an einer europäischen Initiative (EURO ARGO), deren Absicht es ist, auf lange Sicht den europäischen Anteil an diesem wichtigen globalen Ozeanbeobachtungssystem vertraglich zu garantieren.

Nachdem das System jetzt aufgebaut und ein effektives Datenverarbeitungs- und Verteilsystem etabliert ist, wird die nächste Herausforderung sein, Argo aus der forschungsorientierten- in eine zehnjährige vor-operationelle Phase zu überführen. Ferner steht natürlich auch die Weiterentwicklung der Instrumentierung (Verlängerung der Lebensdauer (Kostenreduktion), die Verbesserung der Sensorstabilität und die Einbindung neuer Sensoren) im Fokus.

(1)"Argo"? Die Abkürzung steht für Array for Realtime Geostrophic Oceanography, was man grob mit "Messnetz für physikalische Ozeanographie in Echtzeit" übersetzen könnte.

Quelle: Pressemitteilung Informationsdienst Wissenschaft e.V.