Wir sind: Wirbeljäger zu Wasser, zu Land und in der Luft. Wir erforschen: Die grundlegende Rolle der Wirbel für die Küsten und Ozeane.

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3 HELMHOLTZ-ZENTRUM GEESTHACHT Im Juni 2016 wird im Rahmen der Expedition Uhrwerk Ozean weltweit erstmalig ein Forschungszeppelin in der Küsten- und Meeresforschung eingesetzt. Die Wissenschaftler des Instituts für Küstenforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht laden Sie ein, an der Suche nach noch unerforschten kleinen Meereswirbeln teilzunehmen. Wir sind: Wirbeljäger zu Wasser, zu Land und in der Luft. Wir wissen: Dass im Meer unzählige, kleine Wirbel - vergleichbar mit den Zahnrädern eines Uhrwerks - eng ineinander greifen. Diese Wirbel haben einen großen Einfl uss auf die Ozeanzirkulation und das Auftreten von Algenblüten. Sie spielen wahrscheinlich eine entscheidende Rolle für unser Klima und die Wanderungen von Meerestieren. Wir erforschen: Die grundlegende Rolle der Wirbel für die Küsten und Ozeane. Wir laden Sie ein: Mit Hilfe neuester crossmedialer Technik, faszinierender Filme und beeindruckender Bilder, die Erforschung der kleinen Wirbel mitzuerleben.

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5 HELMHOLTZ-ZENTRUM GEESTHACHT Wir suchen die Meeresoberfläche systematisch ab. Der Forschungszeppelin ist mit hochauflösenden Kameras bestückt, die die Oberflächentemperatur und das Farbspektrum des Meeres erfassen. Diese Daten machen das Unsichtbare sichtbar und helfen uns, die Wirbel aufzuspüren. Prof. Dr. Burkard Baschek Leiter am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht Der Blick auf unseren blauen Planeten ist durch Satelliten geprägt. Sie zeigen die komplexe Dynamik eines immer noch unbekannten Lebensraumes. Im Takt von Wind und Gezeiten transportieren die globalen Meeresströme riesige Wassermassen und beeinfl ussen so das weltweite Klima und die Biologie des Meeres. Wie die Räder eines Uhrwerks sind große Wirbel eng mit den Meeresströmen verzahnt. Den Satelliten bleibt jedoch meist verborgen, dass sich nahe der Wasseroberfl äche noch weitere unzählige kleine Wirbel drehen. Sie haben meist eine Größe von etwa 100 Metern bis zehn Kilometern mit einer Lebensdauer von häufi g nur wenigen Stunden oder einem Tag. Während sie das Wasser intensiv vermischen, bilden sich Turbulenz und Reibung. So haben diese kleinen bisher kaum erforschten Zahnräder einen großen Einfl uss auf die Ozeanzirkulation und die Nahrungskette der Ozeane. Wir wissen viel. Jedoch stellen wir uns noch immer zahlreiche Fragen: Wie wichtig sind die kleinen Wirbel für das globale Klima? Wie können sich Fische anhand der Temperatur über große Distanzen orientieren, wenn zahlreiche Wirbel auf ihrem Weg liegen? Welche Abhängigkeit besteht zwischen den kleinen Wirbeln und dem Phytoplankton, also den mikroskopisch kleinen Meeresalgen?

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7 HELMHOLTZ-ZENTRUM GEESTHACHT Das Ziel ist es kleine Wirbel im Meer aufzuspüren sowie ihre Wirkungsweise und die Bedeutung für die Ozeanzirkulation zu verstehen. Dazu entwickeln die Wirbeljäger sehr schnelle und extrem hochaufl ösende Beobachtungsverfahren, die aus der Luft und im Wasser eingesetzt werden. Die kleinen Wirbel entstehen und zerfallen innerhalb weniger Stunden und sind an der Wasseroberfl äche nur schwer zu erkennen. Die direkte Vermessung vor Ort gelang erst kürzlich einem internationalen Team von Forschern, das von dem Ozeanografen Prof. Dr. Burkard Baschek geleitet wurde. Zu Land, zu Wasser, aus der Luft: Mit hochempfi ndlichen Wärmebildkameras spüren die Forscher die Wirbel aus der Luft auf. Erstmalig kommt nun auch ein Zeppelin zum Einsatz, der aus 1000 m Höhe das Experiment lenkt. Sind Wirbel ausfi ndig gemacht, fahren die Wissenschaftler mit schnellen Booten heran. Mit speziell entwickelten Messgeräten untersuchen sie zahlreiche ozeanografi sche Parameter und Mikroalgen im Wirbel.

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9 HELMHOLTZ-ZENTRUM GEESTHACHT Erstmals setzt das Helmholtz-Zentrum Geesthacht in der Küstenforschung einen Zeppelin ein. Er wird mit Spezialkameras ausgerüstet und wird die kleinen Meereswirbel aufspüren. Per Zeppelin können die Wissenschaftler direkt über den Wirbeln parken und verlieren die Wirbel nicht mehr aus dem Fokus. Für die Untersuchung aus der Luft werden Spezialkameras eingesetzt. Sie können Temperaturunterschiede an der Meeresoberfl äche von etwa 0,03 Grad Celsius messen und erfassen die verschiedenen Wellenlängen sowie das Farbspektrum des Meerwassers. Hieraus wird bestimmt, wie sich der kalte Kern des Wirbels mit dem außen liegenden, warmen Wasser vermischt und wie Mikroalgen darauf reagieren. An der Wasseroberfl äche werden Drifter ausgesetzt, um die Strömung zu bestimmen. Die Strömungsmessungen werden durch wissenschaftliche Schiffsradarsysteme vervollständigt. Für die Strömungen unter der Meeresoberfl äche wird ein Acoustic Doppler Current Profi ler (ADCP) eingesetzt. Ähnlich wie eine Radarmessung die Autogeschwindigkeit erfasst, misst das ADCP die Bewegung des Wassers mit Hilfe von Schall. Neu entwickelt wurde eine Schleppkette. Damit ziehen die Forscher erstmals bis zu 20 Sensoren gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser. Sie reicht 50 Meter tief. Mit der Schleppkette wird die Energie des Wirbels viel genauer erfasst als mit herkömmlichen Messverfahren. Auch die Forschungsschiffe des Helmholtz- Zentrums Geesthacht Ludwig Prandtl und Eddy nehmen die Wirbel genauer unter die Lupe. Sie werden durch Drifter, Glider und Mini-Roboter unterstützt, die die Wirbel selbstständig vermessen.

10 10 I 11 Flugroute des Zeppelins: 15. Juni Friedrichshafen Nürnberg Halle (Saale) 16. Juni Halle Potsdam Berlin Usedom 17. Juni Ruhetag 18. Juni Beginn der Messungen ab Usedom 27. Juni Ende der Messungen 28. Juni Usedom Berlin Potsdam Halle 29. Juni Halle Nürnberg Friedrichshafen Mehr Informationen: Wir stellen unsere Forschung in dem einzigartigen crossmedialen Projekt Uhrwerk Ozean umfassend vor. Einsatzgebiet: Das südliche Bornholmbecken mit Wassertiefen von mehr als 50 Metern, ca. 20 bis 25 Kilometer südwestlich der Insel Bornholm. Je nach Lage großskaliger ozeanografi scher Fronten wird morgens ein Gebiet von ca. 12 mal 12 Kilometern ausgewählt, um dort nach Wirbeln oder Fronten zu suchen.

11 HELMHOLTZ-ZENTRUM GEESTHACHT Usedom Potsdam Berlin Halle Nürnberg Friedrichshafen

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13 HELMHOLTZ-ZENTRUM GEESTHACHT DIE WIRBELJÄGER GEHEN IN DIE LUFT > Ein Flug mit der ozeanografischen Lupe Eine Reportage von Dr. Torsten Fischer Er wirkt von unten riesig. Zugleich trotz seiner 75 Meter Länge elegant, er landet im Vergleich zu einem Sportfl ugzeug fast lautlos und nur 10 Meter von mir entfernt. Wie ein Boot richtet er sich an der Festmacherleine mit dem Wind aus. Ein Grund mehr, warum man bei einem Zeppelin von einem Luftschiff und nicht von einem Flugzeug spricht. Das Bodenpersonal winkt mich herbei und gibt das Kommando, schnell einzusteigen, denn der nächste Flug für die Wissenschaft soll nach kurzem Zwischenstopp wieder starten. Ich begleite heute Prof. Burkard Baschek, Leiter am Institut für Küstenforschung des HZG und seine Kollegen der Abteilung Fernerkundung bei dem letzten Zeppelin-Testfl ug über dem Bodensee. Zügig erhebt sich das Luftschiff und der Pilot steuert vom Flughafen Friedrichshafen zur Rheinmündung des Bodensees. Der Zeppelin ist seit Ende der Neunziger Jahre fast jeden Tag hauptsächlich für Rundfl üge im Einsatz, sodass die Route für die zweiköpfi ge Crew der Zeppelin Luftschifftechnik GmbH fast schon Routine ist. Anders für die Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht. Die Geesthachter Küstenforscher untersuchen kleine Meereswirbel und testen den Zeppelin sowie ihr Equipment heute für einen zukünftigen Forschungseinsatz über der Ostsee. Während die großen Meeresströmungen wie der Golfstrom schon länger untersucht werden, weiß man über kleine Meereswirbel mit einem Durchmesser von 100 Metern bis zu fünf Kilometern derzeit noch sehr wenig. Im wahrsten Sinne des Wortes sind diese übersehen worden, da Umweltsatelliten mit einer Aufl ösung von einem Kilometer nicht jeden Wirbel erfassen können und diese meist nur zwischen sechs Stunden und einem Tag existieren.

14 14 I 15 Im schwebenden Labor sind die Forscher den Wirbeln mit hochsensiblen Kameras auf der Spur. Die Wissenschaftler scheinen zufrieden, die Anspannung fällt sichtlich ab, ihre Messgeräte laufen. Obwohl die kleinen Wirbel im Vergleich zu den gigantischen Meeresströmungen winzig wirken, ist ihre Bedeutung in mehrfacher Weise groß. Der Wind treibt die großen Strömungen der Weltozeane an, die als Wärmepumpe des globalen Klimas gelten. Dieser Energiefl uss geht in immer kleineren Wirbeln wieder verloren. Weiterhin vermuten Wissenschaftler, dass die Hälfte der gesamten weltweiten mikroskopisch kleinen Meeresalgen, das sogenannte Phytoplankton, von diesen Wirbeln abhängen. Dieses Phytoplankton steht am Anfang der Nahrungskette und liefert einen großen Teil des Luftsauerstoffs der Atmosphäre. Wir vermuten, dass die kleinen Wirbel auch die Wanderbewegungen von Fischen beeinfl ussen, erläutert Baschek. Aber hier sollten wir erst einmal parken. Der Pilot bremst den Zeppelin ab und wir stehen nahezu bewegungslos über dem Bodensee. Mit den Kameras werden Strömungen berechnet und kleine Wirbel aufgespürt. Vom Zeppelin aus gut zu sehen: Das vom Rhein in verschiedenen Farben und Schattierungen aufgewühlte Wasser. Die Wissenschaftler nutzen für ihre Arbeit zwei Spezialkameras. Eine hochsensible Infrarotkamera erstellt Temperaturkarten der Wasseroberfl äche und erfasst 100 Bilder pro Sekunde. Diese Thermalkamera misst selbst kleine Temperaturunterschiede von 0,03 Grad Celsius. Damit werden Strömungen berechnet und kleine Wirbel aufgespürt. Im Zeppelin stehen wir im Gegensatz zu einer Flugzeugkampagne oder einer Satellitenmessung permanent über dem Wirbel und vermessen diesen mit einer hohen Pixelaufl ösung von unter einem Meter, erklärt Wolfang Cordes, der als Wissenschaftler am Institut für Küstenforschung seit vielen Jahren Wasseroberfl ächen aus der Luft unter-

15 HELMHOLTZ-ZENTRUM GEESTHACHT sucht. Seine Kollegen haben zeitgleich den Wirbel mit der sogenannten Hyperspektralkamera im Blick. Dieses Gerät zeichnet bis zu 1000 verschiedene Bänder des Lichtspektrums auf und bestimmt so die Farbe des Wassers. Dr. Rüdiger Röttgers, Leiter der Abteilung Fernerkundung am HZG: Wir hoffen langfristig, damit auch Aussagen über den Zustand und das Wachstum der Algen aus der Luft treffen zu können, fügt er hinzu. Immer wieder werden neue Wirbel aufgespürt, die Flughöhe verändert und die Technik auf Herz und Nieren überprüft. Schließlich gibt Burkard Baschek das Kommando und der Pilot tritt die Rückreise zum Flugplatz an. Klar, wir müssen noch einige Stellen unserer Kameras justieren, sind aber mit den ersten Tests und dem Zeppelin als Forschungsplattform sehr zufrieden, fasst Baschek die Tage in Friedrichshafen zusammen. So bleibt auf dem Rückfl ug Zeit, die Aussicht auf die Schweizer Berge zu genießen und über die Pläne für das kommende Jahr zu sprechen. Wir werden den Zeppelin im Sommer 2016 für eine Wirbelexpedition in der Ostsee nutzen. Er ist dann nicht nur mit unseren Kameras ausgerüstet und als eine Art fl iegende ozeanografi sche Lupe im Einsatz, sondern wird von oben die Schiffe unter ihm dirigieren. Um auch das Innere der Wirbel zu untersuchen, werden die Kollegen auf dem Wasser mit Schnellbooten und dem HZG-Forschungsschiff Ludwig Prandtl die Wirbel ansteuern. Dabei kommen geschleppte Messsysteme in verschiedenen Wassertiefen und automatische Glider zum Einsatz. Diese liefern eine Vielzahl von zusätzlichen ozeanografi schen Daten. Das sicher gelandete Luftschiff wird festgemacht und in den Hangar des Flughafens verholt. Am Boden ist die Arbeit der Küstenforscher jedoch noch lange nicht vorbei. So weisen externe Techniker die Kollegen in die Möglichkeiten der Hyperspektralkamera ein. Außerdem steht die Datenauswertung in Geesthacht bevor. Vorher müssen sämtliche Messgeräte ausgebaut und in den Transporter geladen werden. Dazu Rüdiger Röttgers: Nicht nur Daten erheben und analysieren gehört zu unseren Aufgaben. Ein Küstenforscher muss auch Kisten packen können.

16 Wissenschaftliche Leitung: Prof. Dr. Burkard Baschek Leiter am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht Tel. +49 (0) Presse- und Öffentlichkeitsarbeit: Dr. Torsten Fischer Leiter der Presseabteilung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht Tel. +49 (0) torsten.fi Partner: Partner in diesem Projekt sind die University of California in Los Angeles und Santa Barbara, das Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, das Naval Research Laboratory in Maryland, die University of Victoria in Kanada, das Centre for Maritime Research and Experimentation in Italien und das Institut für Ostseeforschung in Warnemünde. Impressum Herausgeber: Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material und Küstenforschung GmbH Max-Planck-Straße Geesthacht Bildnachweise: Titel u. S.2, 4, 6 aus dem Film Uhrwerk Ozean, S.8 Grafi ken/hzg, S.7 B. Baschek/HZG, S.11 Gesina Ottner/fotolia, S.12ff B. Baschek/HZG; 1. Aufl age