Als PDF exportieren

01|Überuns
scinexx.de-DasWissensmagazin
scinexx®-sprich['saineks],eineKombinationaus“science”und“next
generation”-bietetalsOnlinemagazinseit1998einenumfassenden
Einblick in die Welt des Wissens und der Wissenschaft. Mit einem
breiten Mix aus News, Trends, Ergebnissen und Entwicklungen
präsentiert scinexx.de anschaulich Informationen aus Forschung
undWissenschaft.
DieSchwerpunktthemenliegenindenBereichenGeowissenschaften,
Biologie und Biotechnologie, Medizin, Astronomie, Physik, Technik
sowie Energie- und Umweltforschung. Das Internetmagazin spricht
allewissbegierigenUseran-obinBeruf,StudiumoderFreizeit.
scinexx wurde 1998 als Gemeinschaftsprojekt der MMCD NEW
MEDIA GmbH in Düsseldorf und des Heidelberger Springer Verlags
gegründet und ist heute Teil der Konradin Mediengruppe mit dem
bekannten Magazin Bild der Wissenschaft sowie den
Wissensangeboten:wissen.de,wissenschaft.de,scienceblogs.de,
natur.deunddamals.de.
02|Inhalt
01
02
ÜBERUNS
INHALT
03
DIESCHLÜNDEDERMEERE
EineReiseindieTiefseegräben
04
IMPRESSUM
03|DieSchlündederMeere
EineReiseindie
Tiefseegräben
VONDIETERLOHMANN
Stockdunkel,eiskaltundenormerDruck:DieTiefseegräbender
Ozeanegehörenzudenspektakulärstenaberauchseltsamsten
PhänomenenderErde–undzudenamwenigstenerforschten.
DennbisheristesWissenschaftlernnurseltengelungen,zuden
tiefstenStellenderMeerevorzudringenundsieeinerausgiebigen
Inventurzuunterziehen.
SINKFLUGIMMARIANENGRABEN
J
acques Piccard und die Trieste schreiben Geschichte Januar
1960. Der Schweizer Tiefseepionier Jacques Piccard sitzt
zusammenmitdemamerikanischenMarineleutnantDonWalsh
eingepfercht in der winzigen Stahlkugel des Bathyscaphen
Trieste. Zusammen mit seinem Vater August hat er das neuartige
Tauchboot im Auftrag der US-Marine entworfen und gebaut. Heute
aber steht die Nagelprobe an. Rund 11.000 Meter soll es gleich
senkrechthinabgehenbiszumGrunddesMarianengrabens.Beiden
Männernistklar:EsisteinTag,umGeschichtezuschreibenoderim
Extremfall sogar zu sterben. Denn sagenhafte 1.100 Bar Druck
werden auf der Trieste am Meeresboden lasten – das ist als ob
Hunderte von Elefanten auf einem einzigen unserer Zehen stehen.
Entsprechend gemischt sind die Gefühle von Piccard und Walsh als
esum8.23UhrOrtszeitendlichlosgeht.AberauchdieWelthältden
Atem an und fiebert mit den Abenteurern. Doch erstaunlicherweise
gehtallesreibungslos.ViereinhalbStundenspätersetztdieTriestein
10.910MeterTiefeaufdemBodenauf–Weltrekord.
DonWalshundJacquesPiccard©SteveNicklas/NOS/NGS/NOAA23.
EinPlattfischin11.000MeterTiefe
Viel Zeit bleibt den Männern nicht, um zu feiern oder im
Scheinwerferlicht die bizarre und kalte Welt am Fuß des
Tiefseegrabens zu erforschen. Immerhin erblicken sie in dieser
lebensfeindlichen Welt aber einen Plattfisch – eine wissenschaftliche
Sensation.Allerdingseinenichtdokumentierte,dennKamerashaben
dieMännergarnichterstmitanBordgenommen.
NachzwanzigMinutenistder
ganze Spuk vorbei. Der
Ballast wird abgeworfen und
der
Aufstieg
des
Bathyscaphen
beginnt.
Dreieinhalb Stunden später
erreicht die Trieste mit ihrer
Besatzung dann heil und
unbeschadet
die
Wasseroberfläche.DerTraum
Trieste©U.S.NavalHistoricalCenter/US
Navy
ist wahr geworden. Piccard
undWalshwerdenzuHelden.Schließlichistesihnengelungen,den
konkurrierendenSowjetseinSchnippchenzuschlagenundalserste
MenschendentiefstenallerTiefseegräbenzuerobern.
HeldentatohneVerfallsdatum
SoweitdasSzenarioausdemJahr1960.Heute,fast50Jahrespäter,
isteinsolcherTripindie TiefseedankdermodernenTechnik längst
ein Kinderspiel und völlig gefahrlos – sollte man zumindest meinen.
Doch Piccard und Walsh sind bis heute die einzigen Menschen
geblieben, die jemals in die undurchdringliche Dunkelheit in knapp
elftausend Meter Tiefe vorgedrungen sind. Amerikaner und Russen
verloren in der Folge schnell das Interesse an der Tiefsee. Einmal
unten gewesen zu sein reichte doch. Was sollte man noch einmal
dort? Zudem galt es ein neues, nicht minder prestigeträchtiges Ziel
so schnell wie möglich zu erreichen: den Mond. Und auf dem Weg
dahin hatte die Sowjetunion am 4. Oktober 1957 mit dem ersten
künstlichen Erdsatelliten Sputnik bereits eine erste Duftmarke
gesetzt.
DIETIEFSTENSTELLENDERMEERE
W
elt ohne Licht Sie heißen Ryukyu, Yap, Tonga,
Bougainville oder Sunda und sie haben eines
gemeinsam: An ihrer tiefsten Stelle reichen diese
Tiefseegräben über 6.000 Meter unter die
Wasseroberfläche hinab. Rund 20 davon gibt es im Atlantischen,
Pazifischen und Indischen Ozean und im Südpolarmeer. Die sechs
gewaltigsten – Marianen-, Tonga-, Japan,- Kurilen-, Philippinen- und
Kermadecgraben–habensogareineTiefevonüberzehnKilometern
undliegenalleimPazifik.
DiemeistenTiefseegräbensindnurwenigeDutzendKilometerbreit,
aber dafür oft mehrere tausend Kilometer lang. Typisch für sie sind
zudemsteilabfallendeFelswände,dieoftmitbizarrenundschroffen
„Auswüchsen“ gespickt sind. Der Boden der Tiefseegräben erinnert
an eine trostlose Einöde und besteht vornehmlich aus einer dicken
Schicht aus schlammigen Sedimenten.
Nicht unbedingt eine Umgebung zum
Wohlfühlen.DennamGrundderGräben
es ist stockdunkel und auch die
Wassertemperaturen liegen meist nur
Aleutengraben©NGDC/
NOAA
zwischen 1,2 und 3,6 Grad Celsius. Von
demenormenDruckganzzuschweigen.
PlattentektonikalsUrsache
Doch wie sind die gewaltigen
„Macken“ in der Erdkruste
entstanden? Und warum
befindensiesichgeradedort,
wosieentdecktwordensind?
Antwort auf diese Fragen
liefert ein Blick in die Theorie
Subduktion©MMCD
der Plattentektonik. Danach
gliedern sich die Erdkruste und die darunter liegenden obersten
Mantelmaterialien in zwölf große Platten. Da diese Platten auf dem
oberen, teilweise aufgeschmolzenen Erdmantel „schwimmen“ und
beweglich sind, stoßen sie zusammen, tauchen untereinander ab
oder gleiten aneinander vorbei. Während an den Mittelozeanischen
RückenständigneueErdkrusteproduziertwird,gibtesauchOrte,an
denen das Krustenmaterial wieder aufschmilzt und in der Tiefe
verschwindet – ein klarer Fall von geologischem Recycling. Dies
geschiehtinsogenanntenSubduktionszonen.Dorttauchteineältere
undschwerereozeanischePlatteineinemWinkelvonbiszu90Grad
untereineleichterekontinentaleodereineandereozeanischePlatte
ab.
TiefseegräbenundVulkanismus©MMCD
An solchen Nahtstellen bilden sich deshalb nicht nur Vulkanketten
oder hohe Gebirge wie die Anden sondern auch die Tiefseegräben.
Der Marianengraben zum Beispiel ist durch die Kollision der
PhilippinischenundderPazifischenPlatteentstanden.
GräbenoderRinnen?
Dabei ist es eigentlich falsch im Zusammenhang mit solchen
Phänomenen von „Gräben“ zu sprechen – zumindest aus Sicht der
Geowissenschaftler.SienennendieseGebildelieber„Rinnen“.Grund:
Gräben sind laut Definition durch tektonische Kräfte verursachte
Einsenkungen der Erdoberfläche, die durch Dehnung gebildet
werden. Die Tiefseerinnen sind aber das Produkt einer
gegeneinandergerichtetenDriftvonKontinentalplatten.
TIEFSEEGRÄBENRELOADED
N
euer Forschungsboom dank besserer Technik „Fast 300
Tierarten wurden bisher aus Tiefen von mehr als 7.000
MeternansTagesdichtgeholt.(…)InderRegelhatjeder
Tiefseegraben seine eigene Fauna oder aber die
gleichenTierartenkommeninbenachbartenTiefseegräbenvor.Aber
es gibt bemerkenswerte Ausnahmen: Eine bestimmte Wurmart, ein
FlohkrebsundeineSeegurkewurdeninTiefseegräbenentdeckt,die
mehrere tausend Kilometer voneinander entfernt liegen.“ Dieses
ResümeezueinemderextremstenundunwirtlichstenLebensräume
der Erde stammt nicht etwa aus einem aktuellen Science- oder
Nature-Artikel,sondernausderZeitvom4.Dezember1964.
Nochimmerstammtvielvondem,wasmanheuteüberdasLebenin
denTiefseegräbenweiß,vondenPionierenderTiefseeforschungvor
allem in den 1950er und 1960er Jahren. Zwar kamen auch danach
noch wichtige neue Erkenntnisse hinzu, viele – vielleicht sogar die
meisten - Geheimnisse dieser Welt im Verborgenen sind aber bis
heute noch ungelöst. „Der größte Teil des Meeresbodens ist noch
unerforscht. Und dies obwohl es sich
dabei um eines der aufregendsten
Gebiete auf der Erde handelt“, sagte
beispielsweise Arden Bement, der
Direktor
der
National
Science
Foundation (NSF) in den USA im Jahr
2004.
WoentstanddasLebenaufderErde?
Manche
Wissenschaftler
vermuten
sogar, dass die ersten lebenden Zellen
Marianengraben©NGDC/
nicht etwa in der heißen Umgebung der
NOAA
Hydrothermalen Quellen entstanden
sein könnten, sondern im Bereich der Subduktionszonen. „Bei den
Vorgängen, die dort ablaufen, wird Wasserstoff frei und dieser
Wasserstoff ist wie Bonbons für solche Mikroorganismen“, erklärt
Patricia Fryer von der School of Ocean and Earth Science and
Technology an der Universität von Hawaii. „Deshalb ist es gut
möglich, dass sich in solchen kühleren Umgebungen, wo die
Erdplatten aufeinander treffen, (…) die frühe Geschichte der Erde
abgespielt hat.” Das sind bisher nur vage Vermutungen. Doch es
könnte sein, dass dieses und andere Rätsel um die Gräben schon
baldgelöstwerdenkönnen.DennnachJahrendesTiefschlafshatdie
Erforschung der Tiefsee in letzter Zeit wieder deutlich Fahrt
aufgenommen.
RoboteralsRetter
„Mankönntesagen,dassdieTiefsee-ErkundungeineArtNeuauflage
der Erforschung des Alls ist“, sagte der britische Wissenschaftler
ChrisGermanineinemInterviewmitderBBCimJahr2004.German
arbeitet am Southampton Oceanography Centre (SOC) in England,
einem der Institute, die entscheidend zu diesem neuen Boom
beigetragenhaben.
ROVHercules©NOAA
Eine der entscheidenden Voraussetzungen für den Aufschwung ist
der technische Fortschritt. „Es gibt eine Grenze, wie lange man
jemanden in einer Stahlkugel tausende von Metern unter der
Wasseroberfläche einschließen kann“, so German. „Erst in den
letzten paar Jahren hat die Robotertechnik ein Niveau erreicht, dass
damitfastallesmöglichist,wasaucheinMenschzuleistenvermag“.
Piccardwargestern…
Piccards Trieste und selbst das legendäre Tauchboot Alvin, in dem
Wissenschaftlerunteranderem1977dieerstenSchwarzenRaucher
vor den Galapagos-Inseln entdeckten, sind deshalb längst „out“. Die
Enkel der ersten Tiefseetauchboote heißen Quest, Cherokee oder
Sentry, ein nagelneues Tauchboot der Woods Hole Oceanographic
Institution (WHOI) und der University of Washington, das erst vor
kurzem seinen Dienst aufgenommen hat. Bei dieser modernen
Generation an Unterwasserfahrzeugen handelt es sich um
unbemannte, ferngesteuerte Tauchroboter - Remotely Operated
Vehicles (ROVs) - oder sogar um völlig autonome UnterwasserVehikel (Autonomous Underwater Vehicle), kurz AUVs. Letztere
operieren auf ihren Missionen in die Tiefsee fast völlig unabhängig
vomMenschen.IstderKursersteinmaleinprogrammiert,machtder
RoboterdenRestganzalleine-abtauchen,orientieren,forschenund
heimkehren.
Besser,sicherer,preiswerter
Solche
unbemannten
Missionen
haben
viele
Vorteile: Sie sind sicherer,
preiswerter und die Roboter
können
viel
längere
Expeditionen durchführen als
U-Boote mit Wissenschaftlern
an Bord. 36 Stunden
Dauereinsatz in der Tiefsee
sind heute längst keine
Seltenheit mehr. Bestückt
sind die ROVs und AUVs mit
ABE©NOAA
zahlreichen Kameras, Sonaren und Greifarmen. Sie liefern damit
scharfe Bilder aus mehreren tausend Metern Tiefe, die Roboter
nehmenaberauchProbenundführenvielfältigeMessungendurch.
Kein Wunder, dass Quest und Co in den letzten Jahre bereits Reihe
an sensationellen Entdeckungen vorweisen können: Asphaltvulkane
im Golf von Mexiko, wimmelndes Leben an kalten Quellen vor
Pakistan, farbenfrohe Kolonien lebender Kaltwasserkorallen im
Mittelmeer.FündigwurdendieTauchbooteaberauchinundanden
Tiefseegräben–mitverblüffendenErgebnissen.
WIMMELNDESLEBENAMCHALLENGERTIEF
T
auchroboter Kaiko spürt Foraminiferen in elf Kilometer
Wassertiefe auf Gut 300 Meter tief können Menschen
tauchen – natürlich nur mit entsprechendem technischen
Zubehör und in guter körperlicher Verfassung. 500 Meter
schaffen dagegen Kaiserpinguine leicht und locker. Und Pottwale
gehen sogar noch 3.000 Meter unter der Wasseroberfläche auf die
Jagd nach Tintenfischen und anderen Beutetieren. Schon dies klingt
sensationell,denndieWeltdortistdunkel,eiskaltundesherrschtein
Druck von 300 Bar. Nur durch spezielle Anpassungen können die
hier lebenden Organismen diesen enormen Belastungen
standhalten.
Umsounglaublicheristjedoch,dassesauchnochachttausendMeter
weiteruntenamChallengertiefimMarianengrabenvonLebennurso
zuwimmelnscheint.EindeutigeIndiziendafürhabenjapanischeund
britischeMeereswissenschaftlerimJahr2005inSedimentprobenaus
10.896MeterWassertiefeentdeckt.GesammelthattedenSchlickder
ferngesteuertejapanischeTauchroboterKaikoeinigeJahrezuvor.Bei
der anschließenden „Volkszählung“
stießen die Forscher um Yuko Todo von
der Universität von Shizuoka vor allem
auf große Mengen an winzigen
einzelligenKreaturen.
KammerlingeinMassen
Wie die Untersuchungen ergaben,
handelte es sich bei Kaikos Mitbringsel
uminsgesamt432Foraminiferen–auch
Kammerlingegenannt–,vondenenviele
ForaminiferenvomChallenger
Tief©JAMSTEC/Hiroshi
zu Arten gehörten, die den Biologen
Kitazato
bisher völlig unbekannt waren. Die
Wissenschaftler um Todo wunderten sich aber noch mehr über das
ziemlich ungewöhnliche Aussehen der meisten der zierlichen
Organismen.
“Normale”Foraminiferen©NOAA
Denn sie besaßen nicht wie andere Foraminiferen eine harte und
stabile Kalkschale sondern lediglich weiche, leicht verformbare
Außenwände.UrsachedafüristnachAnsichtderForscher,dassdas
Meerwasser in diesen Tiefen viel zu wenig Kalziumcarbonat enthält,
um die Ausbildung der häufig kunstvoll geformten Hüllen zu
ermöglichen.
OrganischerRegenalsNahrung
Ziemlich klar ist auch der „Speiseplan“ der braunen, häufig
einkammerigen, röhrenförmigen Lebewesen: Vermutlich filtern sie
organische Partikel aus dem Meerwasser, die aus höher gelegenen
SchichtenindenMarianengrabenhinabregnen.Alternativernähren
sie sich möglicherweise auch von im Meerwasser gelösten
Substanzen. Entwickelt haben die Foraminiferen diese Anpassungen
an den extremen Lebensraum vermutlich in den letzten sechs bis
neun Millionen Jahren. Denn in diesem Zeitraum sind die tiefsten
Rinnen des westlichen Pazifikraums – darunter auch der
Marianengraben – nach Schätzungen des internationalen
Forscherteams entstanden. „Die Abstammungslinie, zu der die
Foraminiferen mit den weichen Wänden gehören, schließt auch die
einzigen Arten ein, die jemals das Süßwasser und das Festland
eroberten“, so Todo und seine Kollegen von Japans Agency für
Marine-Erath Science, der Nagasaki Universität und dem
Oceanography Centre im englischen Southampton im
Wissenschaftsmagazin „Science“. „DNA-Analysen der neu entdeckten
Organismen legen zudem nahe, dass sie eine ursprüngliche Form
von Lebewesen aus der Zeit des Präkambiums verkörpern, aus der
sich im Laufe der Zeit komplexere, mehrkammerige Organismen
entwickelten.“
Foraminiferen geben noch
immerRätselauf
Doch
trotz
aller
Forschungserfolge haben die
ungewöhnlichen
Foraminiferen
vom
Challengertief noch längst
nicht
alle
Geheimnisse
preisgegeben. Ein Rätsel ist
für
die
Wissenschaftler
Kammerlinge©JAMSTEC/HiroshiKitazato
beispielsweise,warumsiesich
gerade diesen unwirtlichen
OrtalsLebensraumausgesuchthaben.KlärenmüssenTodoundCo
künftigaberauch,wiesodieweichenKammerlingeimChallengertief
so häufig sind und dort sogar alle andere Foraminiferenarten
dominieren.
DasEndederTiefseegräbenforschung?
Kaiko kann dabei allerdings nicht mehr mithelfen. Bei einem Einsatz
im Mai 2003 in einem anderen Tiefseegraben verschwand er für
immer in der Tiefsee. Ein herber Verlust – nicht nur für japanische
Forscher. Denn mit Kaiko ging das einzige Unterseeboot auf
Nimmerwiedersehen verloren, das auch in Tiefen von 7.000 Metern
undmehrvordringenkonnte.
RÄTSELHAFTEMINI-VULKANE
P
etit Spots am Japangraben Schauplatz Japan, genauer
gesagt der über 10.000 Meter tiefe gleichnamige Graben
vor der Ostküste des Landes. Er erstreckt sich über mehr
als1.600KilometerzwischendenzuRusslandgehörenden
Kurilen-Inseln im Norden und den Bonin-Inseln im Süden. Der
Japangraben ist Teil des geologisch sehr aktiven Pazifischen
Feuerrings (Pacific Ring of Fire)“, der fast die gesamte Pazifische
Platte umspannt. Vulkanausbrüche, aber auch Erdbeben sind dort
fast überall an der Tagesordnung und sorgen immer wieder für
verheerendeKatastrophen.
In den letzten Jahrzehnten hat sich der Japangraben zu einem
TummelplatzfürGeologenentwickelt.Siewollendortmehrüberdie
Entstehung der Naturereignisse erfahren und vor allem abschätzen,
welcheGefahrensichdadurchfürJapanergeben.IhrZielistesaber
auch, mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse Strategien zum Schutz
desLandeszuentwickeln.
UngewöhnlicheEntdeckungin5.000MeterTiefe
Einem
US-amerikanischen
und
japanischen Wissenschaftlerteam ist im
Rahmen dieser Spurensuche am
Meeresboden
vor
kurzem
eine
sensationelleEntdeckunggeglückt.Denn
mithilfeeinesSonarsspürtensie2006in
rund 5.000 Meter Wassertiefe eine
ganze Reihe kleiner Vulkane auf, die sie
„PetitSpots“nannten.Ungewöhnlichwar
nicht nur die Lage der gerade mal 50
Meter hohen Gebilde - auf einer
Japangraben©NGDC/NOAA
Wölbung der abtauchenden Platte sondern auch ihr Alter. „Der
Meeresboden, den die Vulkane durchschlagen, ist mit mehr als 130
Millionen Jahren uralt. Die Vulkane sind jedoch sehr viel jünger, wie
die Datierung von Proben ergab, die wir mit ferngesteuerten UBootengenommenhaben.DerältesteistfünfMillionenJahrealt,der
jüngste eine Million Jahre“, sagte dazu Naoto Hirano vom Tokyo
Institute of Earth Sciences in einem Interview mit dem
Deutschlandfunk.
Hotspot©MMCD
EinneuerTypvonVulkanen
Wie
konnte
das
sein?
Denn
mit
Vulkanismus
rechnen
Geowissenschaftler in Subduktionszonen zwar auf der oben
„schwimmenden“,nichtaberaufderabtauchendenPlatte.Undauch
einen Hotspot als Ursache des Vulkanismus konnten die Forscher
ausschließen. Dabei handelt es sich um rund hundert Kilometer tief
imErdmantelversteckteheißeFlecken,diesichinmittentektonischer
Platten befinden. Wie gigantische Schweißbrenner erzeugen sie
unaufhörlich Magma, das sich durch Risse in der Erdkruste seinen
Weg nach oben bahnt. Der Nachschub an heißem Gestein für die
Hot Spots stammt aus einer Grenzschicht zwischen unterem
ErdmantelundErdkern,inrund2.900KilometerTiefe.Dortliegteine
gewaltigeBlasefestenGesteins,diebiszu300°Cheißerist,alsdas
umliegende Mantelmaterial. Die Blase wird – warum, weiß noch
niemand so genau – instabil und wächst wie ein gigantischer
„Magmenpilz“(MantelplumeoderManteldiapir)inRichtungErdkruste
undbildetsodenHotSpot.AnalysenderPetitSpot-Vulkaneergaben
aber nun, dass der Basalt der Lava nicht tief aus dem Erdinneren
stammte, sondern einen viel höheren Ursprung besitzt. Offenbar
hattendieForscherumHiranoeinenvölligneuenTypvonVulkanen
entdeckt.DochwoherstammtedasheißeMagmagenau?
SPURENSUCHEIMGESTEIN
W
ie Petit Spots entstehen Eigenartige Lage,
ungewöhnliche Größe, ungewisse Herkunft: Eine
Erklärung für das Phänomen der Petit Spots zu
finden, fiel den Wissenschaftlern um Naoto Hirano
vom Tokyo Institute of Earth Sciences und Stephanie Ingle von der
UniversitätvonHawaiiinManoanichtganzleicht.Schließlichkamen
sieaberdochaufeineeinleuchtendeErklärungdafür.
DanachwerdendiePetitSpotsauseinerGrenzschichtzwischender
Erdkruste und dem Erdmantel, der so genannten Asthenosphäre,
gespeist.IndieserZone,diebis410KilometertiefindieErdereicht,
muss das Gestein dann allerdings zumindest teilweise geschmolzen
sein,sodieWissenschaftler2006imWissenschaftsmagazin„Science“.
Dieswarbishernichtunumstritten.
BläschenbestätigenTheorie
Hirano und Ingle legten aber nun Indizien vor, die diese Hypothese
bestätigen. Denn bei Gesteinsanalysen stellten sie fest, dass das
eingesammelte vulkanische Material mit winzigen Löchern übersät
war. Diese „Bläschen“ oder Vesikel entstehen aber nur dann, wenn
Gas aus ausgeworfener Lava entweicht. „Eine Existenz von Gas legt
aber nahe oder erfordert sogar, dass die Asthenosphäre in einem
teilweise geschmolzenen Zustand vorliegt“, erklärt Ingle. Wenn sich
nun die abtauchende alte
ozeanische
Erdkruste
verbiegt, bilden sich darin
Risse und Spalten, durch die
heißes Gestein aus der
Asthenosphäre aufsteigt und
dann am Meeresboden
ausgeworfen wird – die Petit
Spots sind geboren. Die
Wissenschaftler
vermuten,
dass es die Eruptionsphase
AufbaudesErdinneren©MMCD
nicht lange andauert. Daher
bleiben die Vulkane auch
vergleichsweiseklein.
AlteVulkanewandernvoran
Stimmt dieses Szenario, sollten eigentlich immer wieder Vulkane
„sprießen“, wenn die abtauchende Erdplatte weiterwandert und die
Regionmitdennötigen„Stressbedingungen“–Aufwölben,Verbiegen
– erreicht. Dazu Ingle: „Und das ist genau das, was wir beobachtet
haben: eine Kette von älteren Vulkanen nahe der Subduktionszone
undimmerjüngerwerdendePetitSpotsweiterentferntdavon.“
DieseErgebnissewerfennichtnureinneuesLichtaufdieEntstehung
von Vulkanismus, sie stellen auch bisherige Erklärungsmodelle für
dieses Phänomen - speziell die Hotspot-Hypothese - zumindest
ansatzweise in Frage. Vielleicht sind ja einige der diesem Phänomen
zugeordneten Vulkane doch nach dem Prinzip der Petit Spots
entstanden, so die Vermutung der
Forscher.
Mantelplumesade?
„Es ist nicht so, dass ich denke, dass
diese Studie beweist, dass es keine
Plumes gibt“, bewertet Marcia Mc Nutt,
die Präsidentin des Monterey Bay
Aquarium Research Institute, die
Ergebnisse von Hirano und Ingle in
einem Interview mit „Discovery News“.
Aber es gäbe vulkanische Phänomene
Hawaii-BigIsland©NASA/JSC
auf der Erde fernab der Plattengrenzen,
die die Mantelplume-Theorie eben doch nicht perfekt erklären
könne. „Nun werden wir damit beginnen müssen, alle diese
Vulkanketten,diemanunterdasPlume-Modellsubsumierthat,noch
einmalgenauerzuuntersuchen“,soMcNutt.
EINWUNDERWERKDERTECHNIK
M
itHROVNereuszudentiefstenStellenderMeereDie
modernenTauchroboterQuest,SentryundCo.haben
einenentscheidendenNachteil:Sieoperierenmaximal
in Tiefen bis 6.500 Metern. Für einen Dienst an den
tiefsten Stellen der Meere bis elf Kilometer unter der
Wasseroberflächesindsienichtgeeignet,dennsiekönnendemdort
herrschendenDrucknichttrotzen.MitihrerHilfeistesdeshalbzwar
möglich, 98 Prozent des Meeresbodens und der Ozeane zu
erforschen, aber der Rest, die grundnahen Bereiche der
Tiefseegräben, bleiben den neugierigen Blicken der noch immer
Menschheitverborgen.
LebensraumTiefsee©NOAA
RätselüberRätsel
„DieseletztenzweiProzentsindsehrwichtig“,sagtDanFornarieiner
der
leitenden
Wissenschaftler
vom
Woods
Hole
Meeresforschungsinstitut (WHOI). „Darin enthalten sind einige sehr
interessanteUmweltenindenTiefseegräben.(…)Essinddieeinzigen
Stellen an denen man einen Eindruck davon bekommen kann, was
im Erdmantel vor sich geht – und wie dieser mit der absinkenden
ozeanischen Lithosphäre interagiert.“ Diese Vorgänge und auch die
Produkte der so genannten „subduction factory“ wie
Schlammvulkane sind bis jetzt noch längst nicht endgültig
verstanden. Und auch Meeresbiologen erwarten von einer
zukünftigen Erkundung der tiefsten Stellen der Meere noch viele
neue Erkenntnisse über die Tierwelt und die Mikrobenvielfalt in
extremen Lebensräumen. Durch den Verlust des Tauchroboters
Kaiko im Jahr 2003, der als einziger auch bis zum Grund der
Tiefseegräben vordringen konnte, haben die Ambitionen der
WissenschaftlerabererstmaleinenkräftigenDämpfererhalten.„Seit
dem Verlust sind die Tiefseegräben für systematische Forschung
nichtmehrerreichbar“,erklärtFornaridasDilemma.
NereusalsHoffnungsträger
Doch es gibt längst neue
Hoffnung. Denn die WHOI
hatnocheinwichtigesAssim
Ärmel:
ein
innovatives
Tauchboot, das schon bald
auf erste wissenschaftliche
Expeditionen starten soll. Die
MacherdesProjektesvonder
HROV©JackCook/WHOIGraphicServices
WHOI, der National Oceanic
and Atmospheric Administration (NOAA), der US-Marine und der
National Science Foundation (NSF) hoffen sogar, dass das so
genannte HROV (Hybrid Remotely Operated Vehicle) eine neue Ära
beiderUntersuchungderTiefseegräbeneinläutenkönnte.Dochwas
ist das Besondere an der neuen, Millionen Euro teuren,
Wunderwaffe der Tiefseeforscher? Wie der Name schon andeutet,
kann das HROV in zwei grundsätzlich verschiedenen Betriebsarten
arbeiten. Als autonomes, freischwimmendes Vehikel soll es für
großflächige Erkundungen unter Wasser eingesetzt werden. Mit
einer neu entwickelten Spezialbatterie an Bord steigt es weitgehend
selbständig in die Tiefen der Meere hinab und sammelt und
archiviert dabei Bilder und Daten. Im Rahmen seiner 36 stündigen
Dienstzeit kann das „Nerius“ getaufte HROV zudem Kartierungen
durchführen oder den Meeresboden scannen. Die Wissenschaftler
sinddadurchinderLage,interessanteRegionenzuidentifizieren,die
anschließendnähererkundetwerden.
SchnellerUmbaumöglich
DieseAufgabeübernimmtdannauchdasHROV,allerdingsineinem
ferngesteuerten, „angeleinten“ Modus arbeitend. Nahe des
Mutterschiffes nimmt Nereus dann Proben oder erledigt andere
wichtige wissenschaftliche Aufgaben. Verbunden mit den Forschern
an Bord des Mutterschiffes ist das HROV über ein dünnes,
ultraleichtes, gepanzertes Glasfaserkabel mit nicht einmal einen
Millimeter Durchmesser. Dieses ermöglicht eine EchtzeitKommunikation und damit eine perfekte Steuerung und
Datenübertragung.DerClouanderSache:dasHROVkannwährend
der Forschungsexpedition schnell und einfach rekonfiguriert und
umgebaut werden – je nachdem, welches „Betriebssystem“ aus
Forschersichtgeradenotwendigist.
TechnischeHerausforderung
„Ein System für 11.000 Meter Wassertiefe zu entwerfen und zu
bauen ist eine echte technische Herausforderung“, meinte Andy
Bowen vom Deep Submergence Lab des WHOI im Dezember 2003,
als das Projekt aus der Taufe gehoben wurde. „Dazu müssen wir
Komponenten entwickeln, die im Moment noch nicht existieren.“
Gerade für die Karosserie des HROV und die Gehäuse, in denen
elektronische Geräte wie Kameras oder Sonare untergebracht
werden, waren neue Materialien gefragt. Sie müssen extrem stabil
und zugleich möglichst leicht sein. Zum Einsatz kommt deshalb eine
besondere Keramikvariante, die selbst enormem Druck erfolgreich
standhält. „Das HROV wird zum ersten Mal eine routinemäßige
wissenschaftliche Untersuchung der tiefsten Bereiche der Ozeane
ermöglichen – von 6.500 bis 11.000 Meter -, ein Bereich den wir
zurzeit nicht erreichen können“, sagte Richard Pittenger, der
damalige WHOI Vizepräsident für Marine Operationen bei der
Vorstellung des Vorhabens. „Es wird uns aber auch Zugang
verschaffen zu anderen schwer zu erreichenden Regionen wie
beispielsweiseunterhalbderarktischenEiskappe.“Ersteerfolgreiche
Tests in 2.500 Meter Wassertiefe vor Hawaii haben im November
2007 bereits stattgefunden. Ende 2008 oder Anfang 2009 soll
Nereus dann die erste wissenschaftliche Mission in 11.000 Meter
durchführen…
VORSTOSSINEINEUNBEKANNTEWELT
D
ieerstePhasederEroberungderTiefseeDieerstePhase
der Eroberung der Tiefsee fand vor rund 50 Jahren mit
der gewagten Tauchfahrt des Bathyscaphen Trieste zum
Grund des Marianengrabens ihr Ende. Zuvor hatte es
einenJahrhundertelangenwissenschaftlichen„Marathonlauf“zuden
tiefsten Stellen der Meere gegeben. Los ging dieser spätestens mit
dem portugiesischen Seefahrer Fernando Magellan Anfang des 16.
Jahrhunderts.BeiderallererstenWeltumsegelungerbrachteernicht
nur den endgültigen Nachweis, dass die Erde eine Kugel ist, er
versuchteauchmithilfeeines700MeterlangenSeilsdenGrunddes
Meeres auszuloten – allerdings vergeblich. Ab da galten die Ozeane
fürlangeZeitalsunendlichtief.
ChallengeraufErfolgskurs
Mit diesem und vielen anderen Vorurteilen räumte dann rund 250
Jahre später eine Expedition mit dem britischen Forschungsschiff
„Challenger“ auf. Die Korvette befuhr von 1872 bis 1876 die
Weltmeere und erforschte sie erstmals
systematisch. Die Wissenschaftler um
den schottischen Zoologieprofessor
Charles Wyville Thomson führten unter
anderem 374 Tiefseelotungen, 255
Tiefseetemperaturmessungen und 240
Schleppnetzzügedurch.
TriestewirdausdemWasser
gehoben©U.S.Naval
HistoricalCenter/U.S.Navy
ElectronicsLaboratory
Foraminiferen-FundewährendderChallenger-Expedition©NOAA
Ihnen gelangen aber auch viele grundlegende geologische,
meteorologische und magnetische Untersuchungen. Ergebnis der
Arbeit: 4.000 neue Tierarten, erste Erkenntnisse zu
MeeresströmungenunddemOzeanbodenundvielesanderemehr.
DerHypeumdieTiefsee
Danach ging es mit der Eroberung der Tiefsee Schlag auf Schlag
weiter: 1874: Wissenschaftler auf dem amerikanischen
Vermessungsschiff „Tuscarora“ entdecken im Pazifik den ersten
Tiefseegraben und ermitteln eine Tiefe von mehr als 8.500
Metern.1898 bis 1899: Biologen um Carl Friedrich Chun spüren
während einer Expedition mit dem deutschen Forschungsschiff
ValdiviazahlreicheneueMeerestierartenauf.MiteinemSchleppnetz
dringen sie dabei bis in 4.636 Meter Wassertiefe vor.Ab 1922:
Erstmals werden Tiefenmessungen in den Meeren mithilfe des
Echolots durchgeführt. Sie liefern beeindruckende neue
Erkenntnisse. In der Folge entstehen immer genauere
bathymetrischeKartenderOzeanemitdemProfildesMeeresbodens
und präzisen Tiefenangaben. 1950 bis 1952: Das dänische Schiff
Galathea untersucht mit dem Schleppnetz fünf Tiefseegräben und
findet in 7.000 Meter Tiefe und mehr eine umfangreiche
Tiefseefauna.1951: Wissenschaftler an Bord des englischen Schiffes
„Challenger II“ ermitteln im Marianengraben per Echolot eine Tiefe
von 10.899 Metern – das Challengertief.Ab 1953: Sowjetische
Expeditionen mit der Witjas sammeln wichtige weitere Erkenntnisse
über den Lebensraum Tiefseegräben. Im Jahr 1957 finden die
ForscheranBordimMarianengrabenzudemperEcholotungdiemit
11.034MeterntiefsteStellederWeltmeere,dasWitjastief.
TiefseegibtGeheimnissepreis
Die vielen Expeditionen in den 1950er und zu Beginn der 1960er
Jahre erweiterten das Wissen um die Tiefsee ganz erheblich. Und
auchüberdieGräbenwarjetztbereitseineMengebekannt.
04|Impressum
scinexx.de-DasWissensmagazin
MMCDNEWMEDIAGmbH
Elisabethstraße42
40217Düsseldorf
Tel.0211-94217222
Fax03212-1262505
www.mmcd.de
[email protected]
Geschäftsführer:HaraldFrater,[email protected]
Chefredakteurin:NadjaPodbregar,[email protected]
Handelsregister:
Düsseldorf,HRB56568;USt.-ID.:DE254927844;
FinanzamtDüsseldorf-Mitte
Konzeption/Programmierung
YOUPUBLISHGmbH
Werastrasse84
70190Stuttgart
M:info(at)you-publish.com
Geschäftsführer:AndreasDollmayer
©2016byKonradinMedienGmbH,Leinfelden-Echterdingen