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Uhrwerk Ozean – Meeresforschung extrem

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Meeresforschung extrem | Video verfügbar bis 01.10.2021 | Bild: SWR

Sie entstehen scheinbar aus dem Nichts, ziehen kilometerweit durch das Meer und lösen sich nach wenigen Stunden wieder auf, ohne eine Spur zu hinterlassen: Wasserstrudel mit mehreren Hundert Metern Durchmesser. Erst seit wenigen Jahren wissen Ozeanforscher, dass diese "submesoskaligen Wirbel" in allen Meeren der Erde unterwegs sind. Im Sommer 2016 gingen Wissenschaftler vom Helmholtz Zentrum Geesthacht in einer spektakulären Ostsee-Expedition auf Jagd nach diesem unerforschten Phänomen.

Die Ozeane: ein Netzwerk aus Strömungen.

Die Weltmeere sind ständig in Bewegung. Ihre Strömungen transportieren dabei große Mengen von Wasser über weite Entfernungen. Angetrieben vom Wind, Temperatur- und Salzunterschieden und beeinflusst von der Erdrotation und den Landmassen bilden sie ein verzweigtes und verwirbeltes System vor faszinierender Komplexität. Die Ozeane haben für unseren Planeten eine überragende Bedeutung. Mit dem Wasser in diesem Uhrwerk fließen Wärme, Salz und Nährstoffe rund um den Globus und bilden so die Grundlage für das globale und regionale Klima, viele Ökosysteme und Nahrungsketten. Wie dieser Transport funktioniert, wie die einzelnen Räder des "Uhrwerks Ozean" ineinandergreifen, ist bis jetzt nur unvollständig erforscht.

Von großen und kleinen Wirbeln

Luftaufnahme weiße Alrgen auf der Meeresoberfläche
Die Algenblüte verrät den Meereswirbel. | Bild: WDR

Das Wasser fließt im Meer fast nie auf geradem Weg. Der Golfstrom beispielsweise, der von der Karibik bis vor die Küste Norwegens reicht, verändert auf dem Weg dorthin immer wieder seine Form. Im offenen Ozean schnüren sich immer wieder geschlossene Wirbel, sogenannte Eddies ab, die weiter durch den Atlantik in Richtung auf Europa zutreiben. Diese großen Wirbel haben oft Durchmesser mehreren hundert Kilometern, bestehen über Wochen und Monate und zerfallen nur langsam in kleinere Wirbel und Filamente.

Dass die großen Eddies nicht nur die Oberfläche des Meeres verwirbeln, sondern auch bis tief in den Ozean hinein die Wasserschichten durchmischen, ist schon seit längerem bekannt. Erst seit wenigen Jahren wissen Meeresforscher allerdings, dass es auch eine große Zahl von kleineren, sogenannten submesoskaligen Eddies gibt. Da sie mit nur einigen Hundert Metern bis wenigen Kilometern Durchmesser viel kleiner als ihre großen Verwandten sind und innerhalb von Stunden wieder zerfallen, rutschen sie durch das Raster der Satellitenbeobachtung.
Einige der heißesten Fragen der Ozeanographie drehen sich heute um diese kleinen Wirbel: Wie entstehen sie? Wie stark durchmischen sie die Wasserschichten der Meere und transportieren dabei Wärme und Nährstoffe? Sind sie gar das am stärksten unterschätzte Rad im Uhrwerk Ozean?

Auf Wirbeljagd mit Zeppelin und Schnellboot

Der Forschungszeppelin beim Start
Der Forschungszeppelin beim Start. | Bild: Helmholtz Zentrum Geesthacht

Um den kleinen Eddies ihre Geheimnisse zu entlocken, ging im Juni 2016 eine ganze Armada von Forschungsschiffen in der Ostsee auf Wirbeljagd. Unter der Leitung von Prof. Burkard Baschek vom Helmholtz Zentrum für Küstenforschung in Geesthacht waren zehn Tage lang insgesamt drei Forschungsschiffe und ein Schnellboot südlich der dänischen Insel Bornholm unterwegs. Dirigiert wurde ihr Einsatz von einem Zeppelin, das über ihnen schwebte – eine Premiere in der Meeresforschung.

Die Wissenschaftler im Zeppelin hatten die Aufgabe die Wirbel anhand zweier verräterischer Spuren zu finden. Eine hochempfindliche Thermokamera sollte das kalte Tiefenwasser erkennen, das der Eddy nach oben befördert, eine Spektralkamera die Blaualgen entdecken, die die Forscher in größerer Zahl im Wirbel vermuteten. Jeder Messtag würde ein Wettlauf gegen die Zeit sein. Die Forschungsschiffe mussten einen Wirbel schnell erreichen und ihre Messgeräte in ihm versenken, ehe er sich wieder auflöste.

Die Forscher machen reiche Beute

Vom Forschungsschiff "Ludwig Prandtl" wird ein Messgerät zu Wasser gelassen.
Die Meeresforscher lassen ihre Messgeräte zu Wasser. | Bild: Helmholtz Zentrum Geesthacht

Vier Jahre hatten sich die Forscher auf diese Messkampagne vorbereitet, ganz neue Messgeräte und Messmethoden entwickelt. Doch an den ersten beiden Messtagen können die Wissenschaftler keinen Wirbel aufspüren. Dann an Expeditionstag drei der erhoffte Durchbruch. Der Zeppelin findet einen Wirbel mit einem Durchmesser von drei Kilometern. Die Forschungsschiffe lassen ihre Messgeräte zu Wasser, durchfahren mit ihnen den Eddy immer wieder und ermitteln so Temperatur, Sauerstoff und Salz- und Chlorophyllgehalt bis in eine Tiefe von 50 Meter.

Den Jackpot knackten die Ozeanographen aber an einem der letzten Messtage. Sie konnten die Entstehung eines Wirbels beobachten, über sieben Stunden verfolgen und sehen wie er langsam wieder zerfiel. Die Messdaten, die bei den Messungen anfielen, füllen etliche dicke Festplatten. Diesen Daten die Geheimnisse des kleinen Eddies zu entlocken, ist eine Arbeit von Monaten und Jahren.

Autor: Daniel Münter (WDR)

Stand: 12.07.2019 22:30 Uhr

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