Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Jahr allein in der arktischen Tiefsee

18.07.2016

Erster Langzeiteinsatz des AWI-Unterwasserroboters Tramper vom Forschungsschiff Polarstern gestartet

Fernab jeder Steuerung arbeitet ein Unterwasserroboter seit wenigen Tagen in 2.500 Metern Wassertiefe am Meeresgrund der Arktis, nachdem er einen erfolgreichen Testlauf absolviert hat. Forscher und Ingenieure des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben erstmals den Tiefsee-Crawler Tramper für eine ganzjährige vollständig autonome Mission ausgebracht.


Der Tiefsee-Crawler TRAMPER wird für einen Test in der Arktis von Bord Polarstern ausgesetzt.

Foto: Alfred-Wegener-Institut / F. Wenzhöfer

Der im Rahmen der Helmholtz-Allianz Robotische Exploration unter Extrembedingungen (ROBEX) entwickelte mobile Unterwasserroboter soll nun wöchentlich Sauerstoffmessungen im Meeresboden durchführen.

Schlafen, fahren, fotografieren und messen – so einfach klingt die Aufgabenbeschreibung für den AWI-Tramper. Weil dieser Unterwasserroboter das Ganze in der arktischen Tiefsee bei einer Wassertemperatur nahe des Gefrierpunktes ein Jahr lang selbstständig durchführen soll, kommt bei den beteiligten Ingenieuren und Wissenschaftlern allerdings doch Nervosität auf.

Deshalb stand auf dem Programm der Polarstern-Expedition PS99.2 zunächst ein Testlauf, den der AWI-Tramper erfolgreich absolvierte: Zwei Tage lang war er auf dem Meeresgrund in 1.500 Metern Tiefe unterwegs. Er legte insgesamt 123 Meter zurück, führte sieben Messzyklen durch und stellte so seine Funktionsfähigkeit unter Beweis.

Entsprechend war der Weg frei, um den Unterwasserroboter am Abend des 11. Juli 2016 für seine lange Mission im Tiefseeobservatorium AWI-Hausgarten in einer Wassertiefe von 2.500 Metern auszubringen. Ein videogeführtes Aussetzsystem (der sogenannte Launcher) brachte den Crawler sicher an den Meeresgrund, wo er nun jede Woche seine Messungen durchführen soll.

Dabei bewegt er sich zunächst 15 Meter, um eine ungestörte Fläche zu erreichen. Eine Bilderkennungskamera prüft dort die Oberfläche: Sollten Steine oder ähnliches zu erkennen sein, fährt Tramper noch einmal zwei Meter weiter. Anschließend erfolgt eine hochauflösende Fotografie der Messstelle, bevor die eigentliche Messung beginnt. Dabei werden Sensoren in kleinen Schritten von 0,1 Millimeter in das Sediment gefahren, die die Sauerstoffverteilung im Meeresboden messen.

„Nach der Messung legt sich Tramper für ein Woche schlafen, um Energie zu sparen. Schließlich soll er über 52 solcher Messzyklen durchführen - und das bei einer Temperatur von minus 1,8 Grad Celsius, die die Batterien stark fordert“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer, Biologe in der Helmholtz-Max-Planck Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie. Die Wissenschaftler wollen mit den Tramper-Messungen die Aktivität der Mikroorganismen am Meeresboden erforschen.

Für den Abbau an organischem Material im Tiefseemeeresboden sind vor allem Mikroorganismen verantwortlich. Bakterien setzen die Reste toter Algen und Tiere um und verbrauchen dabei den Sauerstoff im Meeresboden. Je nachdem wie viel tote Algen am Meeresboden ankommen, desto stärker oder geringer ist die Bakterienaktivität und damit die Sauerstoffzehrung.

„Diese natürliche Schwankung über das Jahr wollen wir mit den Messungen von Tramper ermitteln“, erläutert Frank Wenzhöfer die wissenschaftlichen Ziele des Einsatzes. „Darüber lassen sich Aussagen treffen, wie das Ökosystem des arktischen Meeresbodens auf Umweltveränderungen reagiert. Solche Daten fehlen uns noch gänzlich für die Arktis“, so der Mikrobiologe weiter.

„Für Untersuchungen der Tiefsee-Ökologen haben wir einen neuartigen Multi-Sensorrevolver entwickelt, der die gleichbleibende Qualität der Messungen garantieren soll“, berichtet AWI-Ingenieur Dr. Johannes Lemburg von den Entwicklungsarbeiten, die im Rahmen der Helmholtz-Allianz Robotische Exploration unter Extrembedingungen (ROBEX) stattfanden. „Er ermöglicht es, mit drei Sensoren gleichzeitig zu messen und diese nach einer vorprogrammierten Anzahl an Messungen auszutauschen. Ein solcher Sensortausch kann sechs Mal erfolgen, so dass insgesamt 18 Sensoren zum Einsatz kommen“, erklärt Johannes Lemburg das ausgeklügelte System.

Ingenieure und Wissenschaftler sind schon heute gespannt auf ihre nächste Expedition im kommenden Jahr: „Im Sommer 2017 werden wir mit der Polarstern in den AWI-Hausgarten zurückkehren und den Tramper hoffentlich heil und mit wertvollen Daten gespickt wieder aufnehmen können!“

Wissenschaftlicher Hintergrund für den Tramper-Einsatz:

Derzeitige Expeditionen im Arktischen Ozean begrenzen sich auf die eisfreien Sommermonate und stellen somit nur einen Schnappschuss der Aktivitäten am Meeresboden dar. Kontinuierliche Messungen sind jedoch - ebenso wie Langzeitmessungen – erforderlich, um den Kohlenstoffkreislauf der Meere zu verstehen und darüber hinaus die Folgen des Klimawandels zu erfassen. Die Messung der Sauerstoffzehrung am Meeresboden liefert einen Anhaltspunkt für den Umsatz an organischem Material am Meeresboden (benthische Aktivität). Die Bewohner des Tiefseebodens hängen dabei komplett von der Materialzufuhr aus der Meeresoberfläche ab.

Die Primärproduktion an der Meeresoberfläche unterliegt starken Schwankungen: Sie ist abhängig von der Verfügbarkeit an Nährstoffen, der Sonneneinstrahlung sowie der Meereisbedeckung. Es ist daher zu erwarten, dass eine solche Variabilität auch die Menge an angeliefertem, organischem Material in der Tiefsee beeinflusst. Die vom Alfred-Wegener-Institut im Tiefsee-Observatorium Hausgarten durchgeführten Zeitreihen mit Sinkstofffallen belegen einen solchen variablen Export von Material aus der Oberfläche in die Tiefsee. Direkte Messungen der benthischen Aktivität hierzu können bisher aber nur während einzelner Schiffsexpeditionen durchgeführt werden, kontinuierliche Messungen fehlen für die Arktis jedoch gänzlich.

Zeitlich hochauflösende Messungen, die die Schwankungen in der Aktivität erfassen sind jedoch sehr wichtig, um den Kohlenstoffkreislauf der Arktis zu erfassen und zu modellieren. Dieser Input ist essentiell, um die Folgen des Klimawandels und der langfristigen Einflüsse auf den arktischen Meeresboden evaluieren zu können.

Tramper ermöglicht es nun, wöchentliche Messungen des benthischen Sauerstoffverbrauchs durchzuführen und die Daten mit dem ankommenden organischen Material zu korrelieren. Die Wissenschaftler erwarten dabei eine stärkere Zehrung in Perioden mit erhöhter Primärproduktion und Export von Material, also höhere Werte in den Sommermonaten und geringere im Winter. Interessant hierbei ist vor allem der Einfluss der Eisbedeckung in diesem arktischen Seegebiet, der Übergang vom Winter- in die Sommer-Phase und wie die Aktivität am Boden zeitlich mit der Oberflächenaktivität verknüpft ist.

Informationen für Redaktionen:

Druckbare Bilder sowie ein Video des Trampers finden Sie in der online-Version dieser Pressemitteilung unter: http://www.awi.de/nc/ueber-uns/service/presse.html

Eine Meldung vom ersten Test des Trampers in wärmeren Gefilden finden Sie hier: http://www.awi.de/nc/ueber-uns/service/presse/pressemeldung/erste-autonome-fahrten-des-roboters-tramper-in-der-tiefsee.html

Einen weiteren spannenden Bericht von der Polarstern-Expedition gibt es hier: http://www.awi.de/nc/ueber-uns/service/presse/pressemeldung/aus-der-luft-dem-arktischen-meeresmuell-auf-der-spur.html

Hier finden Sie weitere Informationen zur Helmholtz-Allianz ROBEX: http://www.robex-allianz.de/

Ihre Ansprechpartner sind Dr. Frank Wenzhöfer (Tel.: 0471 4831-2182; E-Mail: frank.wenzhoefer(at)awi.de) und Dr. Johannes Lemburg (Tel.: 0471 4831-2524; E-Mail: johannes.lemburg(at)awi.de) sowie in der Pressestelle Dr. Folke Mehrtens (Tel.: 0471 4831-2007; E-Mail: Folke.Mehrtens(at)awi.de).

Das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der gemäßigten sowie hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Ralf Röchert | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.awi.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Eine detaillierte Waldkarte des blauen Planeten
26.09.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät
21.09.2017 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt

Die Stromregelung ist eine der wichtigsten Komponenten moderner Elektronik, denn über schnell angesteuerte Elektronenströme werden Daten und Signale übertragen. Die Ansprüche an die Schnelligkeit der Datenübertragung wachsen dabei beständig. In eine ganz neue Dimension der schnellen Stromregelung sind nun Wissenschaftler der Lehrstühle für Laserphysik und Angewandte Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vorgedrungen. Ihnen ist es gelungen, im „Wundermaterial“ Graphen Elektronenströme innerhalb von einer Femtosekunde in die gewünschte Richtung zu lenken – eine Femtosekunde entspricht dabei dem millionsten Teil einer milliardstel Sekunde.

Der Trick: die Elektronen werden von einer einzigen Schwingung eines Lichtpulses angetrieben. Damit können sie den Vorgang um mehr als das Tausendfache im...

Im Focus: The fastest light-driven current source

Controlling electronic current is essential to modern electronics, as data and signals are transferred by streams of electrons which are controlled at high speed. Demands on transmission speeds are also increasing as technology develops. Scientists from the Chair of Laser Physics and the Chair of Applied Physics at Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) have succeeded in switching on a current with a desired direction in graphene using a single laser pulse within a femtosecond ¬¬ – a femtosecond corresponds to the millionth part of a billionth of a second. This is more than a thousand times faster compared to the most efficient transistors today.

Graphene is up to the job

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Im Spannungsfeld von Biologie und Modellierung

26.09.2017 | Veranstaltungen

Archaeopteryx, Klimawandel und Zugvögel: Deutsche Ornithologen-Gesellschaft tagt an der Uni Halle

26.09.2017 | Veranstaltungen

Unsere Arbeitswelt von morgen – Polarisierendes Thema beim 7. Unternehmertag der HNEE

26.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Europas erste Testumgebung für selbstfahrende Züge entsteht im Burgenland

26.09.2017 | Verkehr Logistik

Nerven steuern die Bakterienbesiedlung des Körpers

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit künstlicher Intelligenz zum chemischen Fingerabdruck

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie