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Online-Nachschlagewerk zur Meeresforschung
Herausgeber: Dr. D. Völker

Fragen und Antworten

Autor: Dr. David Voelker

Fragen über Fragen und auch ein paar Antworten ... Auf dieser Seite werden Fragen von Lesern sowie die von den Autoren der Seite gegebenen Antworten veröffentlicht (natürlich nur im Einverständnis mit den Lesern).

Stichworte:

Frage: (Tanja Weusthoff Meteorologie - Studentin, 6. Semester):
Bei der Vorbereitung eines Seminarvortrags über den Kohlenstoffkreislauf bin ich bei meinen Recherchen im Internet auf Ihre Seiten gestoßen. Das Oberthema der Seminarreihe ist der "IPCC - Report". Dort wird unter anderem der Einfluss von Eisen auf den Kohlenstoffkreislauf behandelt. Leider konnte ich bisher nirgends Informationen über die Wirkung von Eisen auf den Kohlenstoffkreislauf finden! In Ihren Ausführungen erwähnen Sie "das Eisen-Rätsel" im Zusammenhang mit limitierenden Faktoren der Bioproduktion, gehen aber leider nicht weiter darauf ein. Wissen Sie eventuell, woher ich nähere Informationen zum groben Verständnis dieses Problems bekommen kann?

Antwort: (David Völker):

Frage: (Ursula Schmidt, freie Wissenschaftsjournalistin)
Das Japanische Institut JAMSTEC baut momentan innerhalb des Programms OD21 das weltweit größte Schiff " CHIKYU" zu Bohrungen am Ozeanboden. Da ich für jede Einschätzung und Information glücklich bin, habe ich ein paar allgemeine Fragen an Sie:

Antwort: (David Völker)
Das DSDP/ODP/IODP-Projekt (mit dem neuen japanischen "Standbein" OD21) ist das bisher längste, finanziell umfangreichste und wissenschaftlich erfolgreichste internationale Forschungsprogramm weltweit und hat - was die Geowissenschaften angeht in den letzen 30 Jahren die entscheidenden Impulse gebracht.

DSDP steht für Deep Sea Drilling Project und war ein zunächst überwiegend US-Amerikanisch gelenktes und finanziertes Projekt, mit dem Ziel, Fragen zu Plattentektonik, Klimageschichte, Paleozeanografie und Meeresgeologie durch das Erbohren von Gesteinsproben am Ozeanboden zu klären. Die GLOMAR CHALLENGER war damals das erste und lange Zeit das einzige Schiff, das in der Lage war Bohrungen in Gesteinen der Tiefsee vorzunehmen. Da diese Ablagerungen in der einen oder anderen Form Informationen über die Umweltbedingungen der Zeit, in der sie abgelagert wurden festhalten (z.B. Informationen über Klimaschwankungen durch Faunenveränderungen der Mikroalgen, die als Schalenfragmente in den Sedimenten erhalten sind), können sie als Archiv benutzt werden, in dem diese Veränderungen aufgezeichnet wurden.

Die Aufgabe, von einem Schiff aus z.B. in einer Wassertiefe von 4000 m ein Loch von 1000 m tiefe in die Sedimente zu bohren, erfordert besondere technische Anforderungen an Bohrtechnik, Schiffsnavigation etc. Von daher hatte das Programm auch immer die Komponente der technischen Weiterentwicklung der Bohrverfahren. Das Programm lief von 1968 bis1984 und wurde ab 1985 als...

...ODP (Ocean Drilling Program) weiter geführt, diesmal mit stärkerer internationaler Beteiligung und Finanzierung. Ein neues Schiff mit variableren und besseren Bohrtechniken (die JOIDES RESOLUTION), mit z.B. der Möglichkeit, die Bohrlöcher am Meeresboden zu verschließen und später wieder aufzufinden, sowie high tech-Laboren wurde in Dienst gestellt. Das Programm lief sehr erfolgreich mit durchschnittlich 6 wiss. Expeditionen/Jahr irgendwo auf den Weltmeeren quasi rund um die Uhr.

Die wissenschaftlichen Ziele und dementsprechend Zielvorgaben für das Gebiet werden lange vor dem Auslaufen durch ein Auswahlverfahren festgelegt, welches die Bohrvorschläge, die von Seiten der Wissenschaft kommen begutachtet, bewertet und annimmt oder ablehnt. Seit 1985 wurden so > 160.000 Kernmeter Proben erbohrt, die in Kernlagern für spätere Untersuchungen offen stehen, aufbewahrt und archiviert werden. Ein Kernlager ist im Hafen von Bremen eingerichtet worden.

Ein paar der wiss. highlights finden Sie hier Dazu gehört sicher auch die Untersuchung des Meteoriteneinschlags, der für das Aussterben der Dinosaurier verantwortlich gemacht wird und vieles mehr. Das Programm läuft aus und wird ab 2003 als ...

...IODP (Integrated Ocean Drilling Project) weitergeführt. Die Kosten werden diesmal vor allem von Japan und den USA getragen, speziell hat die Japanische Regierung bzw, das JAMSTEC (Japan marine science & technology center) den Bau und die Ausrüstung eines neuen Forschungsschiffs übernommen (die Chikyu, Stapellauf Januar dieses Jahres). Die wiss. Zielsetzung ist in näherer Zukunft stark Japan-orientiert, es geht im wesentlichen um Erforschung der Subduktionszonen vor der Küste von Japan, in denen Erdbeben generiert werden und wo vermutlich hohe Porenfluiddrücke herrschen. In solchen Gebieten zu bohren unterstellt wegen der Drücke besondere Techniken, die mit dem neuen Schiff zur Verfügung stehen sollen. Daneben sollen auch andere kleinere Schiffe betrieben werden, deren Ausrüstung von der EU finanziert werden soll. Zu den weiteren Zielsetzungen schauen Sie mal hier nach.

Die Finanzierung obliegt dem IWG, der Vertreter der Deutschen Forschungsgemeinschaft ist Herr Dürr (soeren.duerr@dfg.de). Zusätzliche Infos finden Sie z.B. unter der Seite von Prof. V. Spiess, Uni Bremen

hier noch eine Beschreibung des Riser-Bohrschiffs OD21.

Das Schiff soll in der Lage sein bis 7000 m in den Meeresboden zu bohren, und verfügt über die sog. Riser-Technik, bei der das Bohrgestänge in einer geschlossenen Röhre läuft, so, dass das Ausbrechen von Flüssigkeit unter Druck vermieden werden kann.

Ich bin mir absolut sicher, dass da spannende Ergebnisse auf uns Geowissenschaftler zukommen werden und das die Erfolgsstory des ODP fortgesetzt werden wird.

Frage: (Dimitrios Geromichalos, Angewandte Physik, Universität Ulm
Wir arbeiten zur Zeit an einem Forschungsprojekt für welches wir Granulate benötigen, die aus möglichst komplexen "Einzelkörnchen" bestehen. Dafür scheint uns Radiolarien- und/oder Foraminiferen-Sand ideal zu sein, wobei die einzelnen Partikel zwischen 100 mm und 1 mm groß sein sollten. Wir würden zur Zeit ca. 50 g davon benötigen. Zusätzlich dazu möchten wir uns erkundigen, ob es prinzipiell möglich ist an einen solchen Sand zu kommen, der aus nur einer Teilchenart besteht. Wir haben schon bei verschiedenen Firmen nachgefragt, die uns empfohlen haben, uns an verschiedene Institute zu wenden. Wir wären sehr froh wenn Sie uns weiterhelfen könnten.

Antwort: (David Völker)
Nach Ihrer Beschreibung scheint mir Foraminiferensand tatsächlich gut geeignet zu sein. Ich habe leider zur Zeit kein entsprechendes Material. Versuchen Sie es mal beim Bremer Bohrkernlager des Ocean Drilling Projects, die sollten davon auf jeden Fall mehr als 50g haben. Ich weiß nicht genau, was sie mit Teilchenart meinen, aber die meisten offen marinen Foram-Sande sind sehr gleich in Größe und Form der Partikel, weil in verschiedenen Breitengraden oft nur eine Art dominiert. Radiolarien sind von der Form der Partikel in der Regel viel komplexer aber auch zerbrechlicher und in der Artenvielfalt weniger monoton, daher hat man hier vermutlich die komplexeren Körner, aber auch ein breiteres Spektrum in bezug auf Größe und Form. Eine mögliche Alternative wären vielleicht noch Pteropodensande (planktische Schnecken), damit sind sie dann aber an der Obergrenze was die Größe angeht, oder Ooidsande: die sind schön gleichförmig aber langweilig rund.

Frage: (Verena Mendiger, Schülerin)

Antwort: (David Völker)
Der Benguelastrom ist eine Oberflächenströmung welche Wassermassen aus dem Indischen Ozean und polaren Südatlantik in den zentralen Südatlantik führt. Die Strömung verläuft zunächst küstenparallel nach Norden, reisst dann aber auf der Höhe von Südangola von der Küste ab. Sie ist der westliche Arm eines eines großen Wirbels (im Gegenuhrzeigersinn) innerhalb des Südatlantik, der letztlich durch die großen Windsysteme an der Erdoberfläche und die sog. Corioliskraft erzeugt wird. Solche äquatorwärts gerichteten und kalten Strömungen treten an den östlichen Rändern der Ozeane auf (z.B. auch Humboldstrom, Kanarenstrom ...) und heißen daher eastern boundary currents Ein schematisches Bild der Oberflächenströmungen ist z.B. hier

Die Strömungsgeschwindigkeit erreicht ca. 23cm/s (mittlere Geschwindigkeit etwa 11cm/s) und transportiert geschätzte 20-25 Sv (Sverdrup, 1 Sv enstpricht 1 Millionen Kubikmeter pro Sekunde), d.h. etwa 2-3 mal soviel Wasser wie alle Flüsse der Erde. Eine gute Zusammenfassung findet man unter folgender Adresse (leider auf Englisch).

Da die Strömung äquatorwärts gerichtet ist, transportiert sie relativ kaltes Wasser entlang der Westküste von Afrika nach Norden. Diese Injektion von kaltem Wasser kann man sehr schön an der Verteilung der Oberflächentemperatur (Sea Surface Temperature SST) nachvollziehen.
Bilder der SST findet man z.B. hier, z.B die SST vor 3 Tagen
Man sieht wie das kalte Wasser (grün, also 15-20°C) das deutlich wärmere Wasser im zentralen Südatlantik (>25°C) verdrängt, und das das kälteste Wasser (um 12°C) direkt vor der Küste in etwa bei Lüderitz auftritt.

Die relativ kalten Wassermassen haben zur Folge, daß feuchte Luft bereits auf See abgekühlt wird und sich dort abregnet, der Regen daher gar nicht mehr bis zum Land vordringt. Eine Folge sind küstennahe Trockengebiete wie die Namib-Wüste (oder auch die in Südamerika die Atacama-Wüste - hier ist es der Humboldstrom). Die Verteilung der jährlichen Regenmenge im südlichen Afrika zeigt, daß der Küstenstreifen von Namibia sogut wie keinen Regen abbekommt, während der Osten von Südafrika (Natal) mehr als 500mm/Jahr abkriegt

Da die Strömungsrichtung parallel zur Küste immer auch einen Transport von Oberflächenwasser von der Küste weg bewirkt (die sog. Ekmann-Transport), wird Oberflächenwasser durch Wasser aus größeren Tiefen ersetzt (Küstenauftrieb oder coastal upwelling). Die Benguela-Auftriebsregion ist damit eine der wenigen Regionen, in denen kaltes Wasser aus großen Tiefen wieder an die Meeresoberfläche . "Normalerweise" bewirkt die Erwärmung der Ozeane an der Oberfläche durch die Sonne eine ziemlich stabile Dichteschichtung, d.h. verhindert einen vertikalen Austausch von Wasser.

Das Aufströmen von Tiefenwasser (upwelling) transportiert auch Nährstoffe (Nitrate + Phosphate) in den Bereich, wo Licht vorhanden und Photosysnthese möglich ist. Die Oberflächenwässer der Ozeane sind in der Regel an Nährstoffen verarmt (biologische Wüsten), weil alle Nährstoffe die von Land kommen sofort von Organismen aufgenommen werden und nach deren Absterben mit dem toten organischen Material absinken. Der Auftrieb führt dazu, daß in dem Auftriebsgebiet vor der Westküste von Südafrika und Namibia all das vorhanden ist, was die ozeanische Primärproduktion (also das Wachstum der einzelligen Algen) braucht: Licht, Sauerstoff und Nährstoffe und führt zu einer relativ konstanten Planktonblüte. Die Lebensdichte in den Ozeanen, die Raten der Produktion von Biomassesind in den Ozeanen sehr ungleichmäßig verteilt: Während die Auftriebsgebiete der Ozeane lediglich 1% der Gesamtfläche der Ozeane ausmachen, tragen sie zu etwa 50% der Biomasse bei. Die offenen Ozeane sind dagegen sterile "biologische Wüsten": mehr als 80% der Fläche erzeugt lediglich ~ 1% der gesamten Biomasse der Ozeane. Eine Tortenabbildung dazu.

Man kann vom Satelliten aus die Farbe der Ozeane messen (mit einem sog. Coastal Zone Color Scanner) und damit die Chlorophyll-Konzentration im Ozean bestimmen. Planktonblüten lassen sich recht leicht identifizieren.. Abbildungen dieser Art findet man z.B. unter dieser Adresse der NASA.

Da sogut wie alles ozeanische Leben von der Primärproduktion abhängt, sind Auftriebsgebiete die reichsten Fischgründe der Welt: die Küstengebiete von Peru, Kalifornien, Marocco und eben vor Südafrika, Namibia und Angola sind die ergiebigsten der Weltmeere, mit dem zusätzlichen Vorteil, daß ß sie direkt vor der Küste liegen: von Walvisbai (heute Namibia) aus müssen die Fischereiboote nur einen Tag ausfahren, benötigen daher keine aufwendigen Kühlapperaturen wie z.B. die europäischen Fischer, die vor Neufundland fischen.

Frage: (Verena Mendiger, Schülerin)

Antwort: (David Völker)
Diese Abbildung zur Primärproduktion in der Benguela-Region zeigt die relative Konzentration von Chlorophyll (und damit planktischen Algen) in den Oberflächengewässern:

Frage: (Verena Mendiger, Schülerin)
... ich habe bisher keine genaue Erklärung zur Entstehung der Namib-Wüste gefunden oder z.B. dem Nebel-Vorkommnissen. Alles was ich bisher gelesen habe, war entweder sehr oberflächlich oder unverständlich

Antwort: (David Völker)
Nebel und Wüste hängen zusammen: Der Benguelastrom hat vor Namibia eine von der Küste weg-gerichtete Komponente. Dieser Effekt führt zum Ersatz des Oberflächenwassers durch extrem kaltes, nährstoffreiches Tiefenwasser (das coastal upwelling oder Küstenauftrieb, über den wir schon einmal sprachen). Das führt einerseits zu den Planktonblüten, andererseits aber dazu, dass die Luftmassen über dem Meer ebenfalls abgekühlt werden. Nun ist es so, daß die Fähigkeit von Luft, Wasserdampf zu halten, stark von der Lufttemperatur abhängt: Wird die wasserdampf-gesättigte Luft abgekühlt, ist sie übersättigt und der Dampf kondensiert zu kleinen Tröpfchen, es gibt Küstennebel und Nieselregen (den selben Effekt hat man z.B. in Nord-Kalifornien: der berühmte Nebel von San Francisco). Das findet nun (zum Kummer der Namibianer) über dem Meer statt: Steht man in Swakopmund und blickt auf den Ozean sieht man oft genug Nebel und Nieselregen direkt vor der Küste, dreht man sich um blickt man in die Küstenwüste. Anders gesagt: die westlichen Winde, die Feuchtigkeit vom Atlantik mitbringen, werden kurz vor der Küste ihrer Feuchtigkeit beraubt.

Frage: (Paul Wrede, Institut für Molekularbiologie und Bioinformatik, FU Berlin)
..insbesondere bin ich derzeit an der Paleozeanografie interessiert. So gibt es Hinweise, dass das Bodenwasser und Tiefenwasser zur Zeit der Kreide weitaus wärmer war als heute (Ott, Meereskunde). Insbesondere in der Nähe der hot vents leben speziell angepasste wärmeliebende Organismen. Wie wir bereits besprochen haben, wäre ich Ihnen sehr dankbar, wenn sie übersichtliche Literatur zum Thema Paleozeanografie wie Bücher oder Review Artikel (auch in Englisch) raussuchen und mir mitteilen könnten.

Antwort: (D. Völker):

Frage: (Arne Baumert, Schüler)
...im 2. Halbjahr ist für die Klasse 12 das Anfertigen einer Facharbeit vorgesehen. Für mich betrifft diese das Fach Chemie, wobei ich mich mit dem Thema "Das chemische Gleichgewicht" auseinander setzen muss. Meine Aufgabe zur Facharbeit besteht nun darin, die Entstehung von Tropfsteinhöhlen unter chemischer Betrachtung genau zu erläutern und in einem Modellversuch darzustellen. Leider sind auch nach intensiver Recherchierung noch ein paar Fragen offen. Zum einen interessiert mich der pH-Wert, beziehungsweise der CO2 Gehalt, mit dem das Wasser den Kalk im Allgemeinen aus dem Boden löst. Des weiteren, habe ich keine genauen Auskünfte über den Partialdruck von CO2 in den Höhlen, welche schließlich für das Entweichen von Co2 und somit das Ausfallen von Kalk verantwortlich ist(warum wird wie viel Co2 abgegeben).

Antwort: (David Völker)
Erstens: Das Wasser, mit dem Kalkstein zunächst in Kontakt kommt ist Regenwasser. Regenwasser ist eine leichte Säure (pH=5.7), weil es in einem Gleichgewicht zur Konzentration von CO2 in der Atmosphäre steht (etwa 360ppm), oder 0.036Voumen %, also ein gewisser Anteil des atmosphärischen CO2 in Lösung geht. Ein Liter Regenwasser ha die Kapazität etwa 0.046g Kalzit zu lösen, mehr als die vierfache Menge als in reinem Wasser.

Zweitens: Die Luft in Hohlräumen im Boden wird (vor allem wegen der bakteriellen Zersetzung von organischem Material) an CO2 angereichert auf bis zu 10 Volumen % . Wasser, das durch den Boden sickert und mit dieser Luft im Gleichgewicht steht, dürfte noch einiges saurer sein, und entsprechend mehr Kalzit lösen. wenn dieses Wasser an der Decke einer (von außen belüfteten) Höhle austritt, ist es ziemlich schlagartig an Kalzit übersättigt und kann Kalzit ausscheiden.

Frage: (Anne Elmo, Doktorandin):
Für meine Dissertation suche ich genaue Angaben über die genauen Wassertiefen um Domenica und Grenada, Strömungen, Temperaturen etc. Haben Sie evtl. einige Webadressen/Datensätze in dieser Richtung?

Antwort (David Völker)