Mini-Forschungsschiff im Test vor Schweden

Wissenschaftler vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel haben in einem Feldtest im September dieses Jahres vor der schwedischen Küste von Tjärnö eine neuartige Meerestechnik getestet. Mit dem speziell präparierten Wave-Glider (Wellengleiter) wird an der Grenze zwischen Luft und Wasseroberfläche unter anderem der Gasaustausch von Kohlendioxid näher untersucht. Meereschemiker Dr. Björn Fiedler erklärt im Interview die Besonderheiten und künftigen Projekte dieser neuen Beobachtungsplattform.

Was ist das besondere an Ihrem Wave-Glider (Wellengleiter), den sie Anfang September dieses Jahres in der Ostsee vor Schweden eingesetzt haben?

Dr. Björn Fiedler: Ein Wave-Glider als solcher ist ein ziemlich raffiniertes System. Aus Wellenenergie wird der Vortrieb des Gleiters erzeugt und der durch Solarpanels gewonnene Strom dient der Navigation, Kommunikation und der Versorgung von wissenschaftlichen Geräten an Bord. Diese Vorteile ermöglichen es uns, lange Einsatzzeiten von bis zu mehreren Monaten im Feld zu realisieren. Unseren Gleiter haben wir weiterentwickelt, so dass eine Reihe an biogeochemischen Messsensoren betrieben werden können, um u.a. gelöste Gase wie Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff im Oberflächenozean zu messen. Während der Gleiter unterwegs ist, misst er kontinuierlich diese Parameter. Das Besondere ist, dass der Wave-Glider nun eine Art Mini-Forschungsschiff geworden ist. Diese Art Messungen führen wir normalerweise auf großen Forschungsschiffen durch. Expeditionen dieser Art sind allerdings logistisch, zeitlich und finanziell sehr aufwendig. Wir benötigen nun nur noch ein rund zwei Meter großes „Forschungsschiff“ und könnten, zumindest für diese Art von Messungen, bald teilweise auf das Große verzichten.

Wofür haben Sie diese Tests konkret durchgeführt?

Der Einsatz vor Schweden war ein erster Feldtest. Wir benötigten einen Platz in der Ostsee an dem wir diese Technologie unter kontrollierten Bedingungen einsetzen und testen konnten. Bei uns vor Ort in Kiel war das aufgrund des starken Schiffsverkehrs nicht möglich. Wir haben demonstrieren können, dass die Messungen in guter Qualität durchführbar sind. Ziel ist es, diesen Wave-Glider im Atlantik vor den Kapverdischen Inseln einzusetzen. Das GEOMAR betreibt dort seit 2006 ein Langzeit-Observatorium, das aus verschiedenen Komponenten besteht. Der Wave-Glider ist eine weitere Komponente, die wir dort einbinden wollen. Wir möchten die räumliche und zeitliche Abdeckung unserer Beobachtungen im Hinblick auf den CO₂- und O₂ Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre erhöhen. Der Glider bietet als unbemanntes Fahrzeug eine ideale Möglichkeit, Lücken in unseren Messreihen zu schließen.

Gab es bei den Tests in Schweden eine Zusammenarbeit mit schwedischen Kollegen oder einem Institut?

Wir haben von der Schwedisch-Königlichen Akademie für Wissenschaften finanzielle Mittel erhalten, um die dortige Forschungsstation des Sven Loven Centers nutzen zu können. In diesem Zusammenhang haben wir mit der Universität Göteborg und der kanadischen Dalhousie-University kooperiert und zeitgleich einen internationalen Sommerkurs für Doktoranden veranstaltet. Ein Teil dieses Kurses beinhaltete die Machbarkeitsstudie des Wave-Gliders.

Wie lange dauert es bei einer solchen Studie bis konkrete Ergebnisse vorliegen?

Um den Werdegang einmal kurz zu skizzieren: In einem ersten Schritt haben wir die Tests bei uns in Kiel in den Werkstätten und Laboren durchgeführt, um unsere Messgeräte zu integrieren. Daraufhin folgten erste „Schwimmtest“ in heimischen Gewässern. Vor Schweden folgten mehrtägige Tests, um zu sehen, wie sich das System im Feld verhält und von welcher Qualität die Messungen sind. Das System auf die Kapverden zu bringen, ist der nächste Schritt. Im Frühjahr 2015 testen wir über einen Zeitraum von zwei Monaten die Langzeitstabilität der Messungen im tropischen Atlantik. Ist dieser Test erfolgreich, gehen wir in den Routinebetrieb über und sind zuversichtlich, Mitte des nächsten Jahres die ersten hochaufgelösten Datensätze vorliegen zu haben.

Inwieweit stehen Ihre Tests im Zusammenhang mit der Gleiter-Mission im Juli dieses Jahres in der Ostsee?

Wir führen mit dem Wave-Glider biogeochemische Messungen an der Grenzfläche zwischen Ozean und Atmosphäre durch. Bei den anderen Gleitern handelt es sich um Geräte, welche die Wassersäule durchqueren und dabei vorwiegend physikalische Messungen durchführen. Es gibt zwischen beiden Tests keinen direkten wissenschaftlichen Zusammenhang. Allerdings profitieren wir von der Expertise und dem Know-how der Kollegen, die diese Art der autonomen Messungen bereits seit einigen Jahren erfolgreich betreiben. Da sich beide Messplattformen hervorragend ergänzen, planen wir bereits erste gemeinsame Einsätze beim Ozeanobservatorium auf den Kapverden. Dieser Ansatz ermöglicht die detailliertere Untersuchung der Ozeanregion rund um die Kapverden.

Bei den Wave-Glidern handelt es sich um Spezialanfertigungen. Wer stellt solche Gleiter her und wie teuer sind diese?

Ursprünglich kommt diese Technologie aus dem militärischen Sektor. Die Firma Liquid Robotics in den USA ist in diesem Bereich federführend und hat sich das Produkt entsprechend patentieren lassen. Die Wave-Glider sind noch nicht sehr weit verbreitet und werden erst seit einigen Jahren vertrieben. Es ist ein sehr raffiniertes System, weil man quasi unendlich viel Energie durch die Wellenenergie für den Vortrieb hat und theoretisch auch unendlich viel Sonnenenergie bzw. Strom durch die Solarpanels erhält. Die Technologie ist allerdings noch recht teuer. Mit all unseren zusätzlichen Entwicklungskosten beläuft sich das Gesamtsystem auf ca. 250.000 Euro.

Was passiert, wenn sich solch ein Gleiter mal selbständig macht oder verschwindet? Oder kann das eigentlich nicht passieren?

Doch, das ist theoretisch möglich. Das ist schon mit anderen Messinstrumenten im Ozean passiert. Sobald man autonome Messinstrumente im Ozean ausbringt, hat man einfach nicht mehr direkte Kontrolle über die Geräte, d.h. jede kleinste Fehlfunktion kann das Aus für die Messplattform bedeuten. Die Geräte sind nun einmal nicht daheim auf dem Labortisch installiert, sondern befinden sich mitten im Ozean. Ein Leck, Kurzschluss oder Softwareproblem kann dann schon den Genickbruch bedeuten.

Aber Ihnen am GEOMAR ist das noch nicht passiert?

Leider doch. Es sind bereits ein paar autonome Messplattformen in der Vergangenheit verloren gegangen. Allerdings kommt dies nur äußerst selten vor, wenn man sich im Verhältnis dazu die steigende Anzahl der Feldeinsätze in den letzten Jahren am GEOMAR anschaut. Bei dem Wave-Glider sind wir allerdings zuversichtlich, dass so etwas nicht passieren wird. Hinsichtlich eines möglichen Verlustfalls haben wir entsprechend vorgesorgt und sind vorbereitet. Auf dem Gleiter sind redundante Einheiten für die Satellitenkommunikation installiert, so dass wir zu jedem Zeitpunkt mit dem System in Kontakt treten können und wissen, wo es sich aufhält. Fällt ein System aus, haben wir immer noch ein zweites System, welches unabhängig von dem ersten arbeitet. Das Risiko, den Kontakt komplett zu verlieren, ist entsprechend gering. Natürlich gibt es immer Unwägbarkeiten, z.B. die Kollision mit einem Schiff, aber es wurden viele Vorkehrungen getroffen, damit ein solch teures Gerät nicht verloren geht.