Per Anhalter durch den Arktischen Ozean: das aufregende Leben einer Eisboje

07. September 2017
Das Leben einer Boje im eisbedeckten Polarmeer ist typischerweise alles andere als langweilig: Temperaturen bis unter -40°C, schwere Schneestürme, ringsherum sich aneinander reibende und bedrohlich auftürmende Eisschollen. Als wäre das nicht schon aufregend genug, kommt im Sommer die ausgedehnte Oberflächenschmelze hinzu, ganz zu schweigen von den zufälligen Besuchen verspielter Eisbären. Normalerweise bekommen die Wissenschaftler diese Geschichten in den seltensten Fällen in dieser Art mit. Die einzige „Form der Kommunikation“ einer Boje ist die Übermittlung ihrer Messdaten. In den meisten Fällen endet diese irgendwann abrupt, ohne dass die genauen Gründe dafür jemals ans Tageslicht kommen. Hier möchten wir allerdings von einer Boje berichten, die eine ganz besondere Geschichte erlebt hat.

Vorstellung und Anfang der Reise
22. September 2015, GPS Position 85° 5.0 N, 139° 57.6 E, ein schöner, klarer Sommertag im hohen Arktischen Ozean. Der Forschungseisbrecher Polarstern (Expedition PS94) ankert an einer etwa 2 m dicken Eisscholle. Das Forschungsteam um den Meereisphysiker Mario Hoppmann installiert mehrere Bojen auf dem Meereis, die das folgende Jahr über auf der Scholle durch den arktischen Ozean driften sollen, um dabei die ganze Zeit über selbstständig Messungen durchzuführen. Eine dieser Bojen ist ein sogenannter „Ice-Tethered Profiler“ (ITP), eine Boje, die vor allem im Ozean unter dem Meereis Profile vieler wichtiger Parameter
aufzeichnen soll.

Dieses spezielle Instrument, um das es hier geht,  trägt den Namen ITP93. Es ist das 93te Gerät dieses Typs, das bisher gebaut wurde. Ein motorbetriebenes Messgerät mit Sensoren (ein sogenannter „Profiler“, zu Deutsch „Profilierer“) klettert jeden Tag an einem 800 m langen Seil auf und ab, und zeichnet dabei kontinuierlich Messwerte im Ozean auf. Das Besondere an ITP93 ist, dass es nicht wie gewöhnlich nur Standardgrößen wie Temperatur und Salzgehalt des Wassers aufzeichnet, sondern darüber hinaus die für biologische Prozesse ausgesprochen wichtigen Größen Licht, Chlorophyll-a Gehalt, Trübung, Gelbstoffgehalt und Sauerstoff.

Diese Daten werden dann aus der Tiefe mittels der sogenannten „induktiven Modem Technologie“ über das Kabel  an die Oberflächeneinheit übertragen. Diese Oberflächeneinheit ist ein Metallzylinder, der die Steuerelektronik, einige meteorologische Sensoren, einen GPS Empfänger und ein Satellitenmodem enthält. Es ist in einen widerstandsfähigen, auffällig gelben Auftriebskörper eingelassen, der den Kräften der Elemente trotzen soll. Das Instrument schickt die gesammelten Daten täglich per Satellit an die Basisstation an Land, wo sie ausgewertet werden können. Diese Methode ist derzeit (fast) die einzige Möglichkeit, um in extrem abgelegenen, zeitweise eisbedeckten Gewässern wie dem hohen arktischen Ozean an ozeanographische Daten zu kommen, besonders im Winter. Es ist eines von nur einer Handvoll Geräten mit solch einer umfassenden Ausrüstung an Sensoren, da diese sehr teuer sind. Mithilfe von großen Forschungsinitiativen, wie, in diesem Fall, dem Helmholtz Infrastrukturprogramm „Frontiers in Arctic Marine Monitoring“ (FRAM), können solche Geräte eingesetzt werden um die immens wichtigen Daten zu sammeln und um diese dann der internationalen Forschungsgemeinschaft zur Verfügung zu stellen. „Mithilfe dieser Messdaten erhoffen wir uns, neue Erkenntnisse über den jahreszeitlichen Zyklus von physikalischen, biologischen und chemischen Prozessen und deren Wechselwirkungen zu erlangen“, so Meereisphysiker Mario Hoppmann.

Diese in der Polarforschung extrem wichtigen Geräte werden seit mehr als zehn Jahren von der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) nahe Boston, USA, gebaut, und von vielen verschiedenen internationalen Instituten fast jedes Jahr auf arktischem Meereis installiert. An diesem schönen Tag beginnt also ITP93 seine lange Reise durch den arktischen Ozean.

 

Ein Wiedersehen
14. Oktober 2016, GPS Position 82° 54.5 N, 012° 19.1 E, nördlich von Spitzbergen: es ist dunkel, bitterkalt.

Der Forschungseisbrecher Polarstern (Expedition PS101) liegt erneut an der Scholle, diesmal auf der Heimfahrt von einer erfolgreichen Expedition am vulkanisch aktiven Karasik Seeberg. Das Team um die Meereisphysiker Marcel Nicolaus und Christian Katlein hat den Weg der vor einem Jahr auf dem Meereis installierten Geräte durch den arktischen Ozean genau verfolgt. Mehr oder weniger durch Zufall driftete die Eisscholle mit den Instrumenten gerade nahe genug an der Fahrtroute in diesem Jahr entlang, was die Forscher für einen erneuten Besuch der Eisscholle und einen Bergungsversuch der Geräte ausnutzen konnten. Mittels eines neu entwickelten Programms zur Visualisierung der von Bojen gesendeten GPS Positionen direkt auf der Brücke der Polarstern gelang es dem Eisbrecher, sich den Bojen bis auf etwa eine Seemeile zu nähern. Durch die Dunkelheit, die schwierigen Eisbedingungen und die immensen Ausmaßen der Eisscholle, in deren Mitte sich die Bojen befanden, war ein direktes Erreichen der Instrumente per Schiff allerdings unmöglich. Glücklicherweise war den Forschern das Wetter wohlgesonnen, und ein kleiner Bergungstrupp aus vier Personen auf zwei Schneemobilen wurde entsandt, um sich in der Finsternis auf die Suche zu begeben. Die Fahrt auf dieser Eisscholle war eine große Herausforderung, da sich im Licht der Scheinwerfer überall riesige Rücken aus Presseis auftürmten. “Wir konnten teilweise noch nicht einmal über diese Presseisrücken hinüberschauen“, so Nicolaus. Mithilfe eines Positionssenders und dem Schiffsradar gelang es den Forschern unter Anleitung des Brückenpersonals der Polarstern und nach mehrstündiger Suche schließlich, die teilweise stark in Mitleidenschaft gezogenen Instrumente ausfindig zu machen. Ein Teil der Geräte war noch immer in einem so guten Zustand, als wären sie erst gestern aufgebaut worden. Andere waren fast komplett im Eis versunken oder unauffindbar. Die Oberflächenboje des oben beschriebenen ITP war unterdessen in einem Schmelztümpel umgefallen, und drohte eingeschneit zu werden. Schließlich entschieden die Forscher, den Großteil der Instrumente abzubauen und per Schneemobil zurück zum Schiff zu transportieren. Da eine Bergung von ITP93 unter diesen Voraussetzungen (Dunkelheit, Entfernung zum Schiff, Zeit) nicht möglich schien, wurde der auffällige „gelbe Blumentopf“ lediglich wieder aufgestellt und das Instrument seinem Schicksal überlassen.      

Ein Verlust
Auch in den Folgemonaten muss ITP93 weiterhin so einiges durchmachen. Nahe Spitzbergen erhebt sich der Meeresboden auf dem sogenannten Yermak-Plateau auf eine Tiefe von weniger als 700 m. Für den Profilierer, der am 800 m langen, mit einigen alten Eisenbahnrädern beschwerten  Seil  auf- und abklettert, sind das natürlich denkbar schlechte Nachrichten. Obwohl die Ingenieure aus der Ferne die Messtiefe des Instruments rechtzeitig über Satellit auf 200 m reduzieren konnten, kommt es, wie es kommen muss: Kurz nach Neujahr sendet der Profilierer seine letzten Messdaten. Vermutlich sind die Ankergewichte am Meeresboden hängengeblieben, und das Kabel mitsamt Instrument ist abgerissen. Trotzdem kann die gesamte Mission von ITP93 als voller Erfolg betrachtet werden. Nur äußerst selten ist es bisher gelungen, über solch einen langen Zeitraum diese Art von wertvollen Daten zu gewinnen. Aber die Geschichte ist noch lange nicht zu Ende: der gelbe Blumentopf mitsamt GPS Empfänger und Satellitenanbindung ist noch funktionstüchtig. Zu diesem Zeitpunkt ist es allerdings bereits unmöglich mit Sicherheit zu sagen, ob ITP93 noch auf sicherem Eis steht, oder schon im offenen Wasser treibt (vermutlich Ersteres).

Auf der Zielgeraden
Auch im weiteren Verlauf ist unsere Lieblingsboje für einige Überraschungen gut. In den Küstengewässern von Spitzbergen treiben die Strömungen das Instrument südwärts, unter anderem durch einen nur ca. 8 m tiefen Kanal. Dann findet ITP93 sich nach einem spontanen Kurswechsel plötzlich nördlich der Insel wieder. Mitte Februar schließlich bleibt die Boje am Strand des Gråhuken liegen, einem abgelegenen Fjord im nördlichen Spitzbergen. Bergungsmöglichkeiten sind in dieser Gegend außerhalb des Sommers schwer durchzuführen, und so bleibt den Forschern nur die Hoffnung, dass die Batterien der Boje noch bis dahin durchhalten werden, und dass sie geduldig am Strand des Fjordes auf ihre Abholung wartet.

Eine unerwartete Wendung
Einige Monate später kommt es, wie so oft im Leben, ganz anders als geplant. Am 11.7.2017, nach über 5 Monaten an ein und derselben Stelle im Fjord, bewegt sich die Boje plötzlich wieder. Starke Strömungen scheinen das Instrument erneut in ihre Gewalt gebracht zu haben. Mit großer Geschwindigkeit bewegt es sich an der Westküste Spitzbergens in Richtung Süden, in das Nordpolarmeer. Damit ist auch die letzte Chance auf eine vermeintliche Bergung geplatzt. Oder?

Die Antigua
12. Juli 2017, GPS Position 79° 45.80 N, 014° 24.4 E, Gråhuken, nördliches Spitzbergen.

Der Dreimaster „Antigua“ ist mit einer Gruppe abenteuerlustiger Touristen an Bord gerade auf Sightseeing-Tour entlang der rauhen Küste von Spitzbergen. Das heutige Ziel ist die Ritterhytta (zu Deutsch: „Ritterhütte“), eine 1928 zum Zweck der Eisbärenjagd errichtete, und seitdem als beliebtes Touristenziel bekannte kleine Hütte (Buchtipp: „Eine Frau erlebt die Polarnacht“). In den Wogen des Fjords bemerkt die Besatzung des Segelschiffs plötzlich etwas Gelbes. Nach genauerer Inspektion des Treibgutes wird klar, dass vor den ungläubigen Augen ein „gelber Blumentopf“ im Wasser umhertreibt. Glücklicherweise stand der Kapitän vorher bereits mit einem auch als Touristenführer tätigen Wissenschaftler in Kontakt, und war somit auch über das Schicksal und den ungefähren Aufenthaltsort von ITP93 informiert. Dank des tatkräftigen Einsatzes der Crew wurde das unhandliche Gerät an Bord gehievt, und ein paar Tage später in Longyearbyen, der Hauptstadt Spitzbergens, bei einem lokalen Logistikunternehmen abgegeben. ITP93 befindet sich derzeit auf dem Weg zurück  zur Woods Hole Oceanographic Institution, wo die Elektronik der Oberflächeneinheit wieder für die Nutzung im nächsten ITP instand gesetzt wird. Der gelbe Blumentopf wird vielleicht in einem Museum vor Ort ausgestellt. Denn eine solch aufregende Geschichte ist schon etwas Besonderes.

Wen es interessiert: alle bisher von ITPs gesammelten Daten sind unter www.whoi.edu/itp zu finden (auch die von ITP93).

Kontakt:
Mario Hoppmann (Alfred-Wegener-Institut)
Marcel Nicolaus (Alfred-Wegener-Institut)
Katrin Wagner (Alfred-Wegener-Institut, Unterstützung Texterstellung)