Peter Lemke Stephanie von Neuhoff. Der gefrorene Ozean. Mit FS Polarstern auf Winterexpedition in die Antarktis

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1 Peter Lemke Stephanie von Neuhoff Der gefrorene Ozean Mit FS Polarstern auf Winterexpedition in die Antarktis

2 Bildnachweis Umschlag: Titel Matthias Krüger, Rückseite Stefan Hendricks, Mario Hoppmann, SvN Bilder, Karten und Grafiken siehe Bildnachweis S. 240 Ein Navigare-Buch mit Unterstützung des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung und der Reederei F. Laeisz GmbH Prolog... 6 Kurs 210 Grad Von Kapstadt aus ins Eis... 8 Pfannkucheneis soweit das Auge reicht Gefangen im Eis Hilfe, unsere Messfelder brechen auseinander Arbeiten auf dem Eis und im Labor Notfall mitten im Weddellmeer Zurück ins Eis Aufbruch in die Heimat Ein Gesamtverzeichnis der lieferbaren Titel schicken wir Ihnen gerne zu. Bitte senden Sie eine mit Ihrer Adresse an: vertrieb@koehler-books.de Sie finden uns auch im Internet unter: Polarmeere Wissen kompakt Einführung Warum all das? Das Klima der Erde Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Polarmeere Meereis»Wolken des Ozeans« Eisdrift Zukunft der Polarmeere ISBN Koehlers Verlagsgesellschaft, Hamburg 2014 by Maximilian Verlag, Hamburg Ein Unternehmen der Tamm Media Layout und Produktion: Inge Mellenthin Druck und Bindung: Reálszisztéma Dabas Druckerei AG, Ungarn Anhang Forschungsinstitute Dank Bildnachweis

3 Prolog Der gefrorene Ozean er ist nur schwer zugänglich, vor allem im Winter. Das Weddellmeer ist zu dieser Jahreszeit fast vollständig mit Eis bedeckt, und auch ein Forschungseisbrecher wie POLARSTERN muss dann manchmal der Natur Respekt erweisen und still mit den Eisschollen driften. Eine Winterexpedition in die Antarktis ist selten und immer eine besondere Herausforderung, dennoch brauchen wir gerade aus der stürmischen, eisigen und dunklen Jahreszeit Daten und Proben, um die vielfältigen Prozesse in diesem Teil des Weltozeans und ihre Auswirkungen auf unser Klima besser zu verstehen, denn die Polarmeere spielen eine Schlüsselrolle im weltweiten Klimageschehen. Das Klima der Erde wird ganz entscheidend vom Temperaturgegensatz zwischen den Polargebieten und den Tropen gestaltet, weil diese Temperaturunterschiede die globalen Windsysteme und Ozeanströmungen steuern. Gegenwärtig ist die Arktis eine der vom Klimawandel am stärksten betroffenen Regionen. Die Temperaturen steigen doppelt so schnell wie im globalen Mittel, und das Meereis zieht sich deutlich zurück, mit drastischen Konsequenzen für das Ökosystem und die Küstenbewohner am Nordpolarmeer. Auch die Antarktische Halbinsel hat sich stark erwärmt. Als Folge sind große Schelfeisgebiete zerfallen, sodass einige Glet- schneller fl ießen und mehr Eisberge ins Meer schicken. Dadurch steigt der Meeresspiegel zusätzlich an. Die Westantarktis verliert gegenwärtig deutlich mehr Eis durch Gletscherabfl üsse als früher, während der große Eisschild über der Ostantarktis noch stabil erscheint. Als ich 1989 das erste Mal in die Antarktis fuhr, war von diesen Veränderungen noch wenig zu spüren. Ich hatte als Theoretiker stochastische Energiebilanzmodelle für das Klimasystem entwickelt, Beobachtungen der Meereisausdehnung analysiert, die Wechselwirkung von Atmosphäre, Meereis und Ozean untersucht und Modelle für das Wachstum und die Bewegung des Meereises verbessert. Ich wusste daher einiges über die Rolle, die das Meereis im Klimasystem spielt. Physikalisch war das Meereis kein Geheimnis mehr für mich, aber ich hatte es nie in natura erlebt, hatte nie seine physikalischen Eigenschaften gesehen, gehört oder gefühlt. Was mich auf der ersten Expedition ins Weddellmeer am stärksten beeindruckt hat, war die komplexe Struktur der Meer eisdecke: Schollen unterschiedlicher Größe, Form und Dicke, mit sehr variabler Schneeaufl age und durchzogen von Presseisrücken, die auch die Lebensgeschichte einer jeden Eisscholle dokumentieren. Ich dachte, so etwas wird man nie in ein Modell packen können. Ich war überwältigt von der Vielfalt und Schönheit der Natur. Was ich sah und wahrnahm unsere Wahrnehmung geht ja immer über das reine Sehen hinaus, war mehr, als wir je verstehen können. Inzwischen haben wir auf unseren Expeditionen wichtige Daten und Proben gewonnen, mit denen wir unsere Modelle laufend optimiert und das Wissen über die Polarmeere deutlich erweitert haben. Für unsere Fahrt 2013 von Kapstadt zum antarktischen Kontinent, dann nach Nordwesten zur Spitze der Antarktischen Halbinsel und weiter Richtung Punta Arenas, wählten wir eine Route, die wir zuletzt vor 21 Jahren im antarktischen Winter gefahren sind. Peter Lemke scher, die diese Schelfeisgebiete gespeist haben, nun Heftige Schneestürme, schwere Eisfahrt, die Dunkel- August heit der Polarnacht und Temperaturen von bis zu 30 C erwarteten uns auf der Südhalbkugel, während bei uns daheim der schönste Sommer war. 49 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 13 Ländern machten sich am 8. Juni 2013 gemeinsam mit den 44 Männern und Frauen der Schiffsbesatzung auf den Weg ins Eis. Es war keine leichte Fahrt, sie hat aber unsere Erkenntnis um ein Vielfaches erweitert. Über neun Wochen waren wir auf der POLARSTERN unterwegs, um dem gefrorenen Ozean seine Geheimnisse zu entlocken. Dieses Schiff, während unserer Fahrt unter der versierten Führung von Kapitän Uwe Pahl, hat uns einmal mehr von seiner Einzigartigkeit, seinen hervorragenden Eigenschaften auch in dicken und dicht gepackten Treibeisfeldern sowie seinem ausgesprochen guten Seegangsverhalten im Sturm mehr als überzeugt. Eine Winterexpedition im Südpolarmeer wird durch einen Forschungseisbrecher wie POLARSTERN erst möglich. Auch der aufwendige Geräteeinsatz für die wissenschaftlichen Arbeiten sowie die Forschung auf den Eisschollen ist nur im Zusammenspiel mit den hoch spezialisierten Seeleuten der Reederei F. Laeisz erfolgreich zu bewältigen. Mit diesem Buch möchten wir einen Einblick in die Polarforschung geben, aber auch die Schönheit des gefrorenen Ozeans zeigen. Im Reportageteil des Buches nehmen wir die Leser mit auf eine der seltenen Winterexpeditionen in die Antarktis. Rückblicke erinnern an frühere Expeditionen. Wer noch tiefer in das Thema einsteigen möchte, fi ndet im Wissensteil»Polarmeere Wissen kompakt«grundlegende Informationen über das Klimasystem unseres Planeten und die Rolle, die die Ozeane darin spielen, insbesondere die Polarmeere.

4 Gefangen im Eis Wir driften mit der Scholle +++ Kurs Südsüdwest +++ Ein heftiger Schneesturm tobt rund ums Schiff +++ Die Sicht ist gleich Null +++ Kursänderung +++ Wir kommen nicht weiter nach Süden Am Horizont zeichnen sich die Silhouetten einiger Eisberge gegen den orange bis glutrot leuchtenden Himmel ab. Im Gegensatz zum Meereis bestehen Eisberge aus gefrorenem Süßwasser. Sie waren vor langer Zeit Teil des antarktischen Eisschildes, das sich als mehrere Hundert Meter dickes Schelfeis in einigen Buchten weit über den Ozean schiebt. Am Rand wird dieses Schelfeis instabil, und in regelmäßigen Abständen lösen sich Tafeleisberge ab und driften mit Wind und Ozeanströmung nach Norden, wo sie endgültig schmelzen und Teil des Ozeans werden. Schneeoberfläche ist rau und hart, obwohl sie pulv rig weich verschneit aussieht. An der Schollenseite, an der Polarstern festgemacht hat, ist das Eis recht dünn, und der Schnee lässt sich mit dem Handschuh wegfegen. Zart schimmert blaues Eis hervor, die feste Haut des Polarmeeres. Wir berühren sie mit den bloßen Händen ein vorsichtiger Kontakt mit dem Eismeer. Die tiefe Ruhe des gefrorenen Ozeans lässt uns einen Moment innehalten, bevor wir uns von der ausgelassenen Stimmung und Betriebsamkeit auf Scholle Nr. 2 anstecken lassen. Noch ahnen wir nicht, dass uns dieses gewaltige Meer schon bald Einhalt gebieten wird. Alle Arbeitsgruppen untersuchen verschiedene physikalische, biologische und chemische Aspekte des Meereises und der Atmosphäre. Außerdem ziehen sie eine große Anzahl von Eis- Gedränge beim Frühstück. Die zweite zehnstündige Eisstation beginnt um 8 Uhr. Nebelfelder ziehen an uns vorüber. Die Hubschrauber müssen im Hangar bleiben. Kräftiger Wind bei 12 C. Tiefer Schnee auf der Scholle. Der Gang zu den Messstationen ist mühsam. Die kernen für die spätere Analyse im Labor

5 Auf der Eisscholle wird es stürmisch. Heftiges Schneetreiben erschwert die Arbeiten auf dem Eis. Durchhalten: Die Wissenschaftler arbeiten auch bei extremen Minusgraden im Schneesturm. noch Eis. Es geht nicht mehr weiter, wir stecken fest.»südwind wäre jetzt gut, der brächte zwar kalte Luft, würde aber das Eis auflockern«, sagt Kapitän Uwe Pahl. Die Maschinen werden heruntergefahren. Wir driften mit der Scholle, glücklicherweise in die richtige Richtung, Kurs Südsüdwest.»Jetzt mit Gewalt durch dieses kompakte Eisfeld zu brechen würde nur unnötig viel Treibstoff kosten«, sagt Pahl. Während der Nacht schaffen wir mit der Drift etwa eine Meile pro Stunde, manchmal sehr viel weniger. Da könnte man auch zu Fuß gehen, aber Temperaturen von 20 C, im eisigen Wind gefühlt wie 45 C, laden nicht gerade zu einer Nachtwanderung ein. Eine der letzten freien Wasserrinnen vor uns: In kürzester Zeit ist dort, wo gerade noch Wasser war, nur noch Eis. Polarstern gefangen im Eis. Die Maschinen werden heruntergefahren. Wir driften durch die Polarnacht. Es wird stürmisch, nur mit Mühe können alle Arbeitsgeräte und Proben an Bord gebracht werden. Abends lädt der Bordelektroniker Werner Dimmler zu einem Pink- Floyd-Abend in den Kinosaal. Entspannte Stimmung unter den Wissenschaftlern, aber besorgte Blicke auf der Brücke. Nebel und starker Schneefall behindern die Sicht. Nur das Eisradar bleibt zur Orientierung. Schwere Eisfahrt steht uns bevor. Vorwärts, rückwärts, rauf auf die Scholle, krach mühsam kämpft sich Polarstern Meter für Meter vor. Rammfahrt ist nichts für zarte Gemüter. Das Schiff setzt zurück, nimmt Anlauf und schiebt sich mit seinem mächtigen Bug und voller Wucht auf das Eis Tonnen Stahl lassen die Scholle zerbersten. Auf der zerklüfteten Eislandschaft sehen wir zwei Krabbenfresserrobben. In einer der letzten kleinen Wasserrinnen vor uns tauchen sie munter unter. Kurze Zeit später ist dort, wo gerade noch Wasser war, auch nur 52 53

6 160 Polarmeere Wissen kompakt Einführung Warum all das? Seit Jahrtausenden versucht der Mensch, sich an seine stetig verändernde Umwelt anzupassen. Damit dies gelingt, beobachtet er die Welt, von seiner näheren Umgebung bis hin zu den Sternen, zieht aus den Veränderungen seine Schlüsse und entwickelt eine Vorstellung über das, was kommen mag. Der Blick in die Zukunft hatte immer einen hohen Stellenwert für die Menschheit. Wer die Zukunft kennt, hat die besten Chancen zum Überleben, und zu früheren Zeiten verlieh Zukunftswissen immer auch Macht. Das war schon zur Steinzeit so, und in den ersten Hochkulturen der Menschheit wurden einfache mathematische Modelle benutzt, um den Lauf der Gestirne zu beschreiben, einen Kalender zu entwickeln und Hochwasser vorherzusagen. Heute geht die Wissenschaft ähnlich vor, hat aber im Laufe der Jahrtausende eine Vielfalt von technologischen Sensoren und Messgeräten entwickelt, die unsere Sinne um ein Vielfaches erweitern. Mit diesen Messgeräten schauen wir heute von den kleinsten Bausteinen der Materie bis hin zu den Galaxien im Weltall. Wir beobachten Vorgänge vom Kleinsten bis zum Größten, definieren Messgrößen, analysieren die Beobachtungen auf Veränderungen, suchen nach Zusammenhängen, leiten daraus naturwissenschaftliche Gesetze ab und nutzen diese, um Modellvorstellungen zu entwickeln und Vorhersagesysteme zu implementieren. In der Wetter- und Klimaforschung hat man schon sehr früh entdeckt, dass ein größeres, möglichst globales Beobachtungsnetz nötig ist, um Vorhersagen für eine bestimmte Region zu machen. Aber erst in der Mitte des 19. Jahrhunderts war es durch die Erfindung des Telegrafen gelungen, die Wetterdaten schneller zu verschicken, als das Wetter selbst unterwegs war. Heute gehen die Daten Tausender von Wetterstationen weltweit regelmäßig in ein globales Netzwerk, das von allen Wetterdiensten genutzt wird. Ein gutes Beobachtungssystem ist eine Voraussetzung für wissenschaftliche Erkenntnis, und es muss dem zu untersuchenden Objekt angepasst sein. Für großräumige Klimaphänomene reicht ein grobes Netz kontinuierlicher Messungen aus, wie z. B. die Wetterstationen auf den Kontinenten oder die Argo-Drifter im Ozean. Allerdings finden entscheidende Klimaprozesse in sehr viel kleineren Bereichen statt, z. B. die Bildung von Pressrücken im Meereis oder die Tiefen- und Bodenwasserbildung in den Polarmeeren. Will man diese kleinräumigen Prozesse erfassen, ist für einen kurzen Zeitraum in einer bestimmten Region ein Beobachtungsnetz im Bereich weniger Meter bis Kilometer nötig. Für solche kurzzeitigen, regionalen Messnetze sind Forschungsexpeditionen wichtig. Während unserer antarktischen Polarstern-Winterexpedition AWECS (Antarctic Winter Ecosystem Climate Study) von Mitte Juni bis Mitte August 2013 konnten z. B. verschiedene regionale Prozesse unter Winterbedingungen in Atmosphäre, Meereis und Ozean untersucht werden. Hierfür wurden Messgeräte auf dem Forschungseisbrecher Polarstern installiert, von der Meeresoberfläche zum Meeresboden gefiert und wieder nach oben gehievt, wobei verschiedene Messgrößen (z. B. Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoffgehalt und Trübung) ermittelt und Wasserproben in unterschiedlichen Tiefen entnommen wurden. Ferner konnten Driftbojen auf Meereisschollen ausgesetzt werden, die Lufttemperatur, Eis- und Schneedicke sowie die Temperatur des Ozeans unter dem Eis messen und diese Daten viele Monate lang über Satelliten in die internationalen Datennetze übertragen. Bis zur optimalen Klimavorhersage oder Klimaprojektion ist es ein weiter Weg. Folgende Schritte sind dafür nötig: 1. Aufbau und Unterhalt eines geeigneten Beobachtungssystems (global und regional für Prozessuntersuchungen) 2. Analyse der Beobachtungen 3. Ermittlung von physikalischen Zusammenhängen und anschließende Modellbildung, insbesondere für die kleinräumigen regionalen Prozesse.