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Merianlog #8: Auf Tauchgang

erstellt von eschick zuletzt verändert: 10.06.2016 09:11

Heute soll es um ein Gerät gehen, das bei ozeanographischen Forschungsreisen die Hauptrolle spielt, wenn es um die Eigenschaften von Wasser in verschiedenen Tiefen geht: die CTD-Rosette. Auf unserer Fahrt war sie bis jetzt 70 mal auf Tauchgang – aber was ist eine CTD eigentlich? Ein Beitrag von Studentin Nora Fried und Doktorandin Patricia Handmann.


CTD mit Wache: Mareike Körner und Chemikerin Dasha Atamanchuk im Hangar. (Bild: Patricia Handmann)

CTD-Wache: Mareike Körner und Chemikerin Dasha Atamanchuk. (Bild: Handmann)

Die CTD-Sonde zur Messung der Leitfähigkeit, Temperatur und Tiefe (Conductivity, Temperature, Depth) ist meist ein Hauptbestandteil der Arbeit an Bord. Viele Messungen und Aktivitäten richten sich nach ihr. Eine CTD-Rosette besteht aus einem Metallgerüst, an dem mittig eine große Sonde, der eigentliche CTD-Sensorpack, installiert ist. Dieser besteht aus Temperatur-, Leitfähigkeits- und Drucksensoren, die durch eine Pumpe mit einem gleichmäßigem Wasserdurchfluss versorgt werden. Aus der Leitfähigkeit kann man später in Verbindung mit der gemessenen Temperatur und dem gemessenen Druck den Salzgehalt des Wassers bestimmen. Die Sensoren sind auf eine Tiefe bis circa 6000 Meter ausgelegt. Da wir im Moment in der Labrado-See und der Irminger-See unterwegs sind, war unsere tiefste Station bis jetzt 3800 Meter tief.  Am Rahmen sind Aufhängungsmöglichkeiten für bis zu 24 Niskenflaschen, die 12 Liter Wasser fassen und an die Oberfläche bringen können. Wir haben zusätzlich noch ein paar Sensoren an der Rosette angebracht. Zu den bereits erwähnten Messwerten werden auch Sauerstoff, Fluoreszenz, Geschwindigkeitsdaten, Abstand zum Boden, Lichteindringtiefe und Trübung gemessen.

Arbeitsdeck um 2 Uhr nachts bei Schneefall. (Bild: Patricia Handmann)

Arbeitsdeck um 2 Uhr nachts bei Schneefall. (Bild: Patricia Handmann)

Die Sonde hängt an einem Draht, der mit dem Windensystem des Schiffs ab- und aufgespult werden kann, um das Gerät ins Wasser zu lassen.
Dieser Draht ist gleichzeitig ein Datenkabel (Einleiterdraht), mit dem in Echtzeit die Daten an Deck mit einem Computer ausgelesen und dargestellt werden können. Auf diese Weise sieht man während der gesamten Zeit beispielsweise welche Temperatur und welchen Salzgehalt das Wasser in der Umgebung der Sonde hat.

Ist das Gerät also an Deck fertig vorbereitet – alle Schutzkappen der Sensoren abgenommen, alle Flaschen sind geöffnet und gespannt und alle Geräte wurden gestartet – kann es zu Wasser gelassen werden. Dazu wird über den schiffsinterenen Funk die Erlaubnis der Brücke zum Aussetzen eingeholt und dem Windenfahrer, einem Matrosen, das Kommando zum Aussetzen gegeben. Das Gerät wird die meiste Zeit mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde abgelassen – deshalb muss man während der CTD-Wache immer den Druck und das Altimeter im Auge behalten um nicht den Boden zu berühren.

Salzproben werden aus dem CTD gezapft. (Bild: Arne Bendinger)

Salzproben werden aus dem CTD gezapft. (Bild: Arne Bendinger)

Da das Wasser durch die unterschiedlichen Eigenschaften in verschiedenen Tiefen unterschiedliche Dichten hat und das Gerät mit dem Strom treibt, unterscheiden sich die Anzeige des Drucksensors und die Längenanzeige des Drahtes. Um ganz sicher zugehen, dass wir nicht den Boden mit der CTD berühren, fahren wir nur auf einen Abstand von circa 10 bis 15 Metern an den Boden heran. Ist das Gerät auf voller Tiefe, lassen wir den Windenfahrer stoppen und schließen meist die erste Flasche. Anschließend wird das Gerät wieder in Richtung Oberfläche gehievt, auf verschiedenen Tiefen werden die Wasserflaschen nach und nach vom Labor geschlossen.

Ist das Gerät wieder an Deck und durch Leinen gesichert und abgespült, geht die Arbeit der Chemiker und Biologen los. Sie zapfen aus den Flaschen Proben, um den Sauerstoff- oder Nährstoffgehalt zu messen. Sind alle Gruppen mit ihrer Probennahme durch, ist die Zeit gekommen, Wasserproben für die Salzbestimmung im Labor zu nehmen. Indem man mit möglichst vielen Messsystemen eine Eigenschaft wie den Salz- oder den Sauerstoffgehalt bestimmt, kann man den Gesamtmessfehler minimieren.

Sauerstoffprobenflaschen stehen bereit zur Analyse. (Bild: Arne Bendiger)

Sauerstoffprobenflaschen stehen bereit zur Analyse. (Bild: Arne Bendiger)

Die Dauer eines CTD-Tauchgangs ist je nach Tiefe sehr unterschiedlich. Besonders lange dauert eine Station, wenn zusätzlich zu den 'normalen' Geräten noch Messinstrumente zur Kalibration bzw. zum Test montiert werden. Vor allem Geräte, die bei mehrjährigen Verankerungen zum Einsatz kommen, müssen vorher getestet und kalibriert werden. Kleine CTD-Sonden, sogenannte Microcats, werden so getestet.

Microcats messen genau wie die CTD Temperatur, Salzgehalt und Tiefe. Bei einer solchen CTD Station werden entsprechend viele Flaschen abmontiert und durch mehrere Microcats ersetzt. Dazu werden beim Hieven zurück zur Oberfläche an fünf verschiedenen Tiefen mit möglichst konstantem Wert von Salzgehalt und Temperatur die Flaschen geschlossen. In diesem Fall muss die CTD für fünf Minuten auf einer Tiefe angehalten werden, erst danach werden die Flaschen geschlossen. Der Salzgehalt der Flaschen wird im Nachhinein durch das Salinometer bestimmt und mit den Daten der Microcats und der CTD-Rosette verglichen.

Zusätzlich werden vor dem Auslegen einer Verankerung die Auslöser auf ihre Funktionsfähigkeit getestet. Die Auslöser werden mit einem Hydrophon angesprochen und durchs Aussenden eines bestimmten Schallsignals aktiviert. Diese Tests sind sehr wichtig, um Verankerungen nach einem Zeitraum von bis zu zwei Jahren wieder einsammeln zu können. Eine Kalibrier-CTD dauert zwar länger, trägt aber auch zur Abwechslung während einer Schicht bei, schließlich haben wir unsere "Mikrokatzen" ja gern.

Die "Hundewache" motiviert bei der Arbei. (Bild: Patricia Handmann) Um die CTD rund um die Uhr zu umsorgen, arbeiten wir im Schichtsystem von jeweils 4 Stunden. Pünktlich um Mitternacht startet die Hundewache, in der man im Allgemeinen seine Ruhe hat, weil der Großteil des Schiffes schläft. Um 2 Uhr morgens regelmäßig an Deck zustehen und Schneefall bei Nacht oder den hellen Sommernachthimmel vor Grönland zu sehen, ist allerdings auch nicht alltäglich. Eine besonders schöne Schicht folgt danach von vier bis acht. In dieser Schicht geht meistens die Sonne auf. Die 4-8-Wache wird dann von der sogenannten Rentnerschicht abgelöst, die besonders Nah an einem normalen Tagesablauf liegt. Nach dem Mittagessen geht alles wieder von vorne los und so arbeitet man circa 8 Stunden am Tag je nach Arbeitsplan. Pro Wache gibt es auf dieser Fahrt drei bis vier fleißige Helferlein, die stets um das Wohl der CTD bemüht sind. Dieses Schichtsystem wird für die komplette Fahrt beibehalten und kann dafür sorgen, dass man viel schläft, wenn es hell ist. Außerdem kann es passieren, dass ein Straußensteak mit Spargel zum Frühstück wird.

Auf dieser Fahrt hatten wir bereits ziemlich wildes Wetter, fast sieben Meter hohe Wellen und Wind mit einer Geschwindigkeit von rund 34 Knoten haben uns ganz schön durch geschüttelt. Da kam es schon mal vor, das man mitsamt dem Stuhl durch das CTD-Labor gerutscht ist, oder sich von einer Welle zur nächsten alle nicht befestigten Gegenstände selbstständig machten. Auch bei solchem Wetter ist es mit der Maria S. Merian möglich, CTDs zu fahren, sie sicher ins Wasser und an Deck zubringen. Die Matrosen und die Brücke beweisen dabei jedes Mal wieder Geschick und schaffen es immer wieder, das Gerät heil an Deck zubringen.

Manchmal kommt es auch vor, dass während einer CTD-Station etwas schief geht – ein Sensor ausfällt oder etwas Wasser den Weg in einen Stecker oder ein Kabel findet. Dann gibt es viel Arbeit für unsere CTD-Techniker – die sich, sobald das Gerät wieder sicher an Deck steht, sofort auf Fehlersuche begeben.

Bis jetzt hatten wir aber eine reibungslose und erfolgreiche Fahrt und hoffen, dass es bei den letzten CTD-Stationen bis Reykjavik so weiter geht.

Es grüßt die CTD-Hundewache der MSM5 - Nora Fried und Patricia Handmann


Blick vom Battery Park auf den Hafen von St. Johns. Im Vordergrund: li. die irische Celtic Explorer, re. die deutsche Maria S. Merian. (Bild: J. Karstensen) Für die Expedition MSM54 macht sich die Maria S. Merian auf den Weg in den Nordatlantik, bis hoch hinauf nach Kanada und Grönland. Das Ziel: Die Wasserbewegungen in der Labrador- und Irminger-See besser zu verstehen. Schließlich beeinflussen die Ströme mit ihrem Weg über die Weltkugel das Klima. Für planeterde berichten die Wissenschaftler um den Kieler Ozeanographen und Fahrtleiter Johannes Karstensen in einem Logbuch von ihrem Alltag an Bord.

Eine Kooperation mit dem GEOMAR Kiel.