- Erfolgreiche Bergung der Geräte aus Regime 1
- Arbeiten in Regime 2 abgeschlossen
- Kartensysteme mit Echtzeitdaten sind unerlässlich für Meereisexpeditionen
Happy End in Regime 1
Diese Woche der Expedition begann mit der bangen Frage, wie es mit den Geräten und Daten von Station 1 weitergeht. Würden diese noch einmal aus der russischen Wirtschaftszone (EEZ) in norwegische Wirtschaftszone driften, für die eine Forschungsgenehmigung vorliegt, und damit gibt es ein Happy End, oder führt die bisherige Drift zum totalen Verlust der Geräte und Daten (siehe Bericht letzte Woche)? Zum Glück hat sich diese Woche die Driftrichtung umgekehrt und das Eis ist wieder gen Westen getrieben. Entsprechend ist FS Polarstern auf dem schnellsten Weg zurück in Regime 1 gefahren (Abbildung 1). Expeditionsleiter Marcel Nicolaus freut sich: „Das ist eine riesige Erleichterung und im Nachhinein ein großer Erfolg, an dem wir oft gezweifelt hatten. Von den meisten Geräten haben wir nun die gesamte Zeitreihe abgedeckt. Es bleibt allerdings ein Wermutstropfen: Die Daten und Geräte unserer Meteorologen sind wenige Tage, bevor wir sie retten konnten, im Ozean versunken. Da haben wir nun nur drei statt sechs Wochen an Daten.“
Inzwischen befand sich Regime 1 in der Eisrandzone. Die ursprüngliche Scholle 1 war bereits komplett zerfallen und die ganze Region bestand aus unzähligen kleinen Schollen, die sich stark in der Dünung der Wellen aneinander rieben und weiter zerbrachen (Abbildung 2). Die verbliebenen Geräte, die (durch Auftriebskörper) an der Wasseroberfläche schwimmen können, trieben zwischen den Eisresten und waren selbst bei bekannter GPS-Position nur schwer auszumachen. So zeigt Abbildung 3 die Boje 2025O30, unter der Sensoren zur Messung des Salzgehalts und der Temperatur des Ozeans hängen, mitten zwischen den Eisschollen. Sie ist nur sehr schwer zu sehen – aber ja, sie ist wirklich im Bild (Suchbild: direkt vorne im Vordergrund). Insgesamt waren die Geräte von Regime 1 vom 9. Juli bis 21. August gut sechs Wochen im Einsatz und haben das Schmelzen des Meereises zusammen mit den Wetter- und Ozeanbedingungen gemessen.
Abbildung 1: Drift der drei Meereisregime von CONTRASTS (Stand 22. August 2025): Regime 1 in grün, Regime 2 in orange, Regime 3 in blau. Die Punkte zeigen die Eisstationen in den Regimen, die Linien die Drift, wie sie von den autonomen Stationen gemeldet wurden. Die Fahrtroute von FS Polarstern (gelbe Linie) verbindet die Stationen. Der Hintergrund zeigt die Meereiskonzentration (meereisportal.de) für den 22. August 2025. (Abbildung: Alfred-Wegener-Institut / Marcel Nicolaus)
Abbildung 2: Meereis in der Eisrandzone aus dem Helikopter am 21. August 2025. Das Foto entstand während eines Erkundungsflugs der Eisbedingungen in der Region 1. (Foto: Alfred-Wegener-Institut / Marcel Nicolaus)
Abbildung 3: Bojensuchbild. Auf diesem Bild befindet sich Boje 2025O30 kurz bevor sie am 21. August 2025 wieder geborgen wurde. Abbildung 4 zeigt die Boje bei der Bergung. (Foto: Alfred-Wegener-Institut / Marcel Nicolaus)
Die Stationsarbeiten in Regime 1 bestanden bei diesem vierten Besuch jedoch nur noch aus dem Abbergen der Geräte aus dem Wasser. Das war eine echte Herausforderung und eine ganz andere Art der Stationsarbeit. Die Teams haben die Frequenz der Positionsmeldungen der Bojen von einer Stunde auf zehn Minuten erhöht, um schneller eine genaue Position zu bekommen. Auf der Brücke von FS Polarstern haben sich sehr viele Augen versammelt und die Spannung war bei jedem Gerät sehr hoch. Abbildung 4 zeigt, wie eine Ozeanboje (siehe auch Abbildung 3) mit einem Schlauchboot von der Mannschaft der FS Polarstern an den Kranhaken genommen wird. Die Kameraboje, die zuvor den Zerfall der Scholle noch eindrücklich fotografiert hatte, wurde per Mummy Chair (Korb am Kran) aus dem Wasser gefischt (Abbildung 5) und dann am Ende mit dem Kran aus dem Wasser an Deck gehoben wurde (Abbildung 6). Besonders haben sich die Wissenschaftler:innen gefreut, als auch noch eine Station gefunden wurde, die selbst keine Position gesendet hat. Dieser ereignisreiche und sehr erfolgreiche Tag ging dann mit der Bergung einer Boje zu Ende, unter der eine Messsonde (Profiler) täglich auf und ab fährt, um dabei verschiedene Eigenschaften des Ozeans zu messen (Abbildung 7).
Abbildung 4: Bergung einer Ozeanboje (2025O30) am 21. August 2025. Die Boje wird mit Hilfe eines Schlauchbootes am Kran befestigt und dann an Bord gezogen. Unter dem weißen Schwimmkörper mit der Elektronik befindet sich ein 100 m langes Seil mit Sensoren zur Messung von Temperatur und Salzgehalt des Ozeans. (Foto: Alfred-Wegener-Institut / Stefanie Brechtelsbauer)
Abbildung 5: Bergung der Kameraboje von Station 1 am 21. August 2025. 2 Wissenschaftler werden mit dem Mummy Chair (Korb am Haken) von Polarstern über das brüchige Meereis gehoben, um die Boje an den Kranhaken zu hängen. (Foto: Northern Helicopters / Jack Harding)
Abbildung 6: Bergung der Kameraboje am 21. August 2025. Die Boje wurde auf Station 1 ausgebracht und hat dann bis zum 5 August Bilder gesendet, bevor sie vom schmelzenden und zerfallenden Meereis in den Ozean gesunken ist. Schwimmkörper und Positionsbojen haben ihre weitere Drift bis zur Bergung markiert. (Foto: Alfred-Wegener-Institut / Marcel Nicolaus)
Die gesamte Bergung hat von der Nutzung des Kartensystems mit Echtzeitdaten (Positionen der Bojen, Meereisinformationen, Schiffsposition) profitiert, da so die Navigation in Richtung der ständig driftenden Bojen möglich war. Zusätzlich hat das überraschend gute Wetter geholfen, die Bojen dann auch zu finden. „Im Nebel hätte alles viel, viel länger gedauert und Geräte ohne GPS-Position hätten wir garantiert nicht gefunden“, stellt Marcel Nicolaus fest. Das gute Wetter hat dann auch noch einen Tag angehalten, so dass das Flugprogramm für Regime 2 sogar schon während der Anfahrt zur Scholle umgesetzt werden konnte.
Abbildung 7: Bergung einer Ozeanboje (iAOOS Profiler) am 21. August 2025. Unter dem Schwimmkörper befindet sich ein 800 m langer Draht, an dem eine Messsonde (Profiler) täglich auf und ab fährt, um dabei verschiedene Eigenschaften des Ozeans zu messen. (Foto: Alfred-Wegener-Institut / Stefanie Brechtelsbauer)
Letzte Messungen und Bergung in Regime 2
In Regime 2 wurden die Arbeiten mit dem vierten Besuch auf derselben Scholle beendet. Das Eis hat sich hier sehr stark verändert und es sind große Teile im Randbereich weggeschmolzen und abgebrochen. Die Wissenschaftler:innen an Bord sind sich einig: „Das war das perfekte Konzept, um die Schmelzsaison zu beobachten: 4 Besuche im Laufe von 6 Wochen und jedes Mal einen kompletten Datensatz zu erhalten ist bemerkenswert.“
Zusätzlich zu den Wiederholungsmessungen stand beim letzten Besuch auch die Bergung von fast allen Geräten und Sensoren auf dem Programm. Nur ein paar wenige autonome Stationen sind zurückgeblieben und werden auch (hoffentlich lange) über den Winter hinaus in das nächste Jahr Daten von dieser Station senden (Position siehe Abbildung 1). So werden auch einige Daten vom Wiedergefrieren erhoben. Inzwischen sind auch die Arbeiten in Regime 2 abgeschlossen und FS Polarstern ist auf dem Weg zur letzten Eisstation für diese Expedition, wieder in Regime 3.
Fahrt durchs Eis – Satelliten als Wegweiser für die Polarstern
Die Navigation im arktischen Meereis ist selbst für einen Eisbrecher wie das Forschungsschiff Polarstern eine Herausforderung: Jede Passage durch dichtes Eis kostet Treibstoff, Zeit und erzeugt zusätzliche Emissionen. Um das zu optimieren, setzen wir seit einigen Jahren ein digitales Kartensystem, das Charting System „MapViewer“ ein (Abbildung 8). Dieses visualisiert aktuelle Satellitendaten direkt an Bord und unterstützt die Nautiker bei der Routenwahl und die Fahrtleitung bei der Expeditionsplanung.
Standardmäßig orientieren sich Schiffe im Eis mit Hilfe ihres Radarsystems. Damit lassen sich die Eisverhältnisse im Umkreis von etwa vier Seemeilen erkennen und klassifizieren. Anhand dieser Radarbilder wird die bestmögliche Route ausgewählt. Mit dem MapViewer aber geht der Blick weit über den Radarschirm hinaus: Hochauflösende Satellitendaten stehen fast in Echtzeit zur Verfügung, sodass sich schon früh entscheiden lässt, welche Passage die kürzeste, sicherste und effizienteste ist. Bereitgestellt werden diese Daten von der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) oder vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
„Auf der CONTRASTS-Expedition testen wir erstmals systematisch, welchen konkreten Nutzen Satellitendaten für die Navigation im Eis haben“, erklärt Dr. Thomas Krumpen (Meereisphysiker am AWI) der das Experiment an Bord leitet. „Dazu fahren wir in 12-Stunden-Abschnitten abwechselnd mit und ohne MapViewer – das Eisradar bleibt dabei aber immer eingeschaltet.“ Die Länge dieser Testphasen ist bewusst gewählt: Sie berücksichtigt natürliche Schwankungen wie Strömungen oder Gezeiten und stellt sicher, dass alle Nautiker im Schichtbetrieb einbezogen sind.
Für die technische Begleitung sorgt Johannes Gerstein (AWI), Masterstudent im Bereich Schiffbau:
Wir erfassen den Treibstoffverbrauch der Hauptmaschinen (Abbildung 9), lesen regelmäßig die Generatorleistung ab, schneiden Bewegungen der Ruderanlagen mit und dokumentieren Maschinendaten und Propellerstellungen. So können wir sehr genau berechnen, unter welchen Bedingungen wie viel Energie aufgewendet werden muss, und wie sich der Aufwand im Laufe der Expedition verändert, während das Eis durch die sommerliche Schmelze dünner wird.
Abbildung 8: Screenshot des MapViewers an Bord von FS Polarstern. Im System werden die Satellitendaten gemeinsam mit Schiffsposition, Fahrtroute und weiteren Informationen dargestellt. Die Radarsatelliten Sentinel-1 (ESA, der hellere Teil) und TerraSAR-X (DLR, der dunklere Teil) zeigen deutlich einzelne Eisschollen und die dazwischenliegenden Wasserflächen. Die Route von FS Polarstern (graue Linie) wird so gewählt, dass möglichst lange Strecken im offenen Wasser zurückgelegt werden. Das spart Energie und reduziert Emissionen. (Abbildung: Alfred-Wegener-Institut / Thomas Krumpen)
Abbildung 9: Blick in den Maschinenraum der Polarstern auf eine der zwei Antriebswellen, die die Kraft der vier Hauptmaschinen auf die Propeller übertragen. Anhand von Messungen an Welle, Rudern und Maschinenleistung lassen sich Rückschlüsse auf den Energieverbrauch und die Effizienz des Schiffsbetriebs ziehen. (Foto: Alfred-Wegener-Institut / Thomas Krumpen)
Das Ziel des Experiments formuliert Johannes Gerstein so: „Wir wollen quantifizieren, wie viel Zeit, Energie und Emissionen sich durch den Einsatz moderner Satellitendaten einsparen lassen und in welchen Eissituationen sie den größten Mehrwert haben“. Erste Eindrücke deuten klar darauf hin, dass der MapViewer vor allem im dichten, geschlossenen Eis entscheidende Vorteile bringt. Mit zunehmender Schmelze wird das Eis zwar poröser und leichter passierbar, doch selbst dann bleibt der Nutzen der Satellitendaten spürbar.
Besonders profitiert Marcel Nicolaus in seiner Rolle als Fahrtleiter vom System: „Ich kann mir kaum vorstellen, wie so eine Expedition ohne den MapViewer durchgeführt werden könnte. Wir fahren ständig auf sich bewegende Ziele zu. Da ist es essenziell, die aktuellen Positionen unserer Schollen live angezeigt zu bekommen.“ In dieser Hinsicht stellt das Konzept der CONTRASTS Expedition besondere Herausforderungen. Die Bergung der vielen Geräte aus dem Eis wäre ohne Echtzeitpositionen kaum möglich gewesen. Einen weiteren Vorteil sieht Marcel Nicolaus darin, dass das System auf jedem Computer an Bord verfügbar ist und so auch alle Expeditionsteilnehmer:innen sich stets selbst informieren und ihre Arbeiten besser planen können. Es ist jederzeit zu sehen, wie schnell wir unterwegs waren, um zu schätzen, wie lange es bis zur nächsten Station dauern wird (Abbildung 10).
Am Ende hängt der Erfolg einer Expedition aber nicht allein an der Technik. Die eigentliche Kunst der Navigation liegt bei den Offizieren auf der Brücke: Viele von ihnen haben über Jahre oder gar Jahrzehnte Erfahrung im Eis gesammelt. Sie können Strukturen und Dynamiken des Eises fast intuitiv „lesen“ und holen so aus jeder Situation das Beste heraus – egal ob mit Radar, MapViewer oder beidem zusammen. Gerade deshalb ist dieses Projekt mehr als ein reines Bordexperiment. Es ist ein Beispiel für Wissenstransfer: Erkenntnisse von FS Polarstern sollen auch in die industrielle Schifffahrt einfließen und dort zu effizienteren und klimafreundlicheren Routen beitragen. Gleichzeitig liefert es wertvolle Impulse für die Weiterentwicklung des Polarstern Neubaus, dem künftigen Forschungseisbrecher, der mit modernsten Technologien ausgestattet sein wird und so noch besser zwischen wissenschaftlicher Mission, ökonomischer Effizienz und ökologischer Verantwortung vermitteln kann.
Abbildung 10: MapViewer im Einsatz auf der Brücke von FS Polarstern (Foto: Alfred-Wegener-Institut / Thomas Krumpen)
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