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Wissenschaftler und Ingenieure des AWI beginnen in diesen Tagen mit den Arbeiten für ein Langzeit-Observatorium mit Beobachtungsstationen vom Europäischen Nordmeer bis zum Arktischen Ozean. An dieser klimawissenschaftlich wichtigen Schnittstelle wollen die AWI-Forscher in den kommenden Jahren ihre bereits existierende Langzeit-Observatorien zu einer umfassenden Forschungsinfrastruktur ausbauen und dabei eine breite Palette moderner Meerestechnologien einsetzen. Das grosse Ziel lautet, mithilfe des neuen FRAM-Observatoriums die Veränderungen des Meeres und seiner Ökosysteme von der Oberfläche bis in die Tiefsee ganzjährig beobachten zu können.

Entwurfsskizze eines FRAM-Tiefseemoduls bestehend aus einem Lander (Mitte) und zwei Crawlern. Skizze: Johannes Lemburg, AWI
Entwurfsskizze eines FRAM-Tiefseemoduls bestehend aus einem Lander (Mitte) und zwei Crawlern. Skizze: Johannes Lemburg, AWI

«Die Arktis wandelt sich und zwar schneller als gedacht – und was wir an Änderungen in der Eisbedeckung, beim Wetter, aber auch in der Nutzung durch den Menschen feststellen, wirkt sich zeitgleich auf das Leben im Meer aus. Die Veränderungen des Arktischen Ozeans in allen Facetten zu beobachten und die Ursachen und Wirkungen bis hinab in die Tiefsee zu verstehen, ist eines unserer grossen Ziele», sagt die federführende Antragstellerin und Projektkoordinatorin Prof. Dr. Antje Boetius.

Die Ausgangsbasis der neuen Forschungsplattform FRAM (Frontiers in Arctic Marine Monitoring) werden die bereits seit mehr als 15 Jahren in der Framstrasse existierenden AWI-Langzeit-Observatorien «Verankerungskette» und «Hausgarten» sein. «Unsere bisher ortsgebundenen Messeinheiten werden wir mit vielen beweglichen Komponenten wie Tiefseerobotern, Eisbojen, Gleitern und autonom navigierenden Unterwasserrobotern ergänzen. Sie sollen es uns ermöglichen, über die Verankerungskette und den Hausgarten hinaus vom Europäischen Nordmeer bis in die Arktis zu schauen», sagt Prof. Torsten Kanzow, Mitkoordinator und Leiter der AWI-Sektion Physikalische Ozeanographie der Polarmeere.

Der FRAM-Ausbau wird über einen Zeitraum von fünf Jahren erfolgen. Im Anschluss daran übernimmt das Alfred-Wegener-Institut den Betrieb und die Pflege dieser Infrastruktur. Am Ausbau und am Betrieb von FRAM beteiligen sich Wissenschaftler aus zehn Sektionen des AWI. Geplant sind aber auch Forschungskooperationen mit dem MARUM an der Universität Bremen und dem GEOMAR in Kiel. «FRAM ist eine herausragende Infrastruktur, die von nationalen und internationalen Forschungsprojekten mit dem Ziel genutzt wird, zu einem besseren Verständnis der schnell voranschreitenden Veränderungen im Nordatlantik und im Arktischen Ozean. Wir arbeiten auch international mit norwegischen, französischen, polnischen, kanadischen, amerikanischen und japanischen Meeresforschungsinstituten zusammen, die sehr interessiert daran sind, ihr Know-How in die FRAM-Infrastruktur einzubringen», sagt Antje Boetius.

Das deutsche Forschungsschiff Polarstern bei einer Expedition in die Framstrasse - hier bei Windstille. Foto: Sebastian Menze, AWI
Das deutsche Forschungsschiff Polarstern bei einer Expedition in die Framstrasse - hier bei Windstille. Foto: Sebastian Menze, AWI

Eine besondere Eigenschaft der Forschungsinfrastruktur wird es sein, über das ganze Jahr hinweg - auch im arktischen Winter – mit einem Multisensor-Ansatz physikalische, chemische und biologische Untersuchungen zeitgleich unter Verwendung autonomer Plattformen durchzuführen. Eine besondere Herausforderung stellt das Ziel von FRAM dar, in der für die Kopplung physikalischer und biologischer Prozesse so wichtigen lichtdurchfluteten, eisbedeckten Meeresoberfläche kontinuierlich Messungen durchzuführen. Dabei spielt auch das Forschungsschiff POLARSTERN eine wichtige Rolle: Es wird jährlich die Untersuchungsgebiete anlaufen, um Sensorplattformen auszutauschen und zusätzliche Messungen durchzuführen.

Zunächst aber wartet eine Menge Entwicklungsarbeit auf das FRAM-Team. Die harschen Wetterbedingungen vor Ort sowie die grosse Entfernung zum Festland stellen Technik und Wissenschaftler vor besondere Herausforderungen: «Unser Messgebiet am Übergang vom Europäischen Nordmeer zum Arktischen Ozean ist im Winter zu grossen Teilen von Meereis bedeckt, was unter anderem die Gefahr birgt, dass Messgeräte, die für die Datenübertragung auftauchen müssen, im Eis zerstört werden. Wir müssen also technische Lösungen finden, mit denen diese Geräte erkennen, ob über ihnen Eis treibt oder nicht. Eine zweite wichtige Frage ist die Energieversorgung der Roboter. Sie alle müssen so stromsparend arbeiten, dass ihre Batteriereserven für mindestens ein Jahr reichen», sagt Torsten Kanzow.

CAD-Entwurfsskizze des AWI-Tiefseeroboters TRAMPER, entwickelt im ROBEX-Projekt. Skizze: Johannes Lemburg, AWI
CAD-Entwurfsskizze des AWI-Tiefseeroboters TRAMPER, entwickelt im ROBEX-Projekt. Skizze: Johannes Lemburg, AWI

Erste Geräte-Prototypen, die diesen Anforderungen entsprechen, werden derzeit am AWI entwickelt. Dazu gehören zum Beispiel autonom agierende Tiefseeroboter, die in Zusammenarbeit mit der Helmholtz-Allianz ROBEX entwickelt werden, Unterwasserwinden mit angeschlossenen Sensor-Profilern, um die eisbedeckte Meeresoberfläche untersuchen zu können, auch wenn der arktische Winter herrscht – aber auch Probennahmegeräte, die Kleinstlebewesen im Wasser fotografieren und ihre DNA fixieren.

Im Rahmen des FRAM-Projektes werden zudem ein Datenportal und ein regionales Umweltmodell entwickelt, sodass die Messdaten im Anschluss so vielfältig wie möglich genutzt werden können. Profitieren sollen zudem Wissenschaftler, die sich auf die Satelliten-Fernerkundung spezialisiert haben. Ihnen wird das neue Langezeit-Observatorium mit seinen vielen Messstationen wertvolle Validierungsdaten liefern.

Quelle: AWI, Bremerhaven