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MEERESKLIMA: Wo Taucher kapitulieren

Roboter sind überall, auch in den Tiefen des Meeres. In der Nordsee wird zum Beispiel mit Unterwasserrobotern untersucht, welchen Einfluss Windparks auf das Leben unter Wasser haben.
Andreas Lorenz-Meyer
Ein Glider vor der «Ludwig Prandtl», ein Schiff des Instituts für Küstenforschung. (Bild: Raimo Kopetzky/HZG)

Ein Glider vor der «Ludwig Prandtl», ein Schiff des Instituts für Küstenforschung. (Bild: Raimo Kopetzky/HZG)

Andreas Lorenz-Meyer

Im Meer geht es turbulent zu und her. Alles wird ständig durcheinandergemischt. Ursache sind die Wirbel an der Oberfläche, die der Wind erzeugt. Und am unteren Ende der Wassersäule das Aufeinandertreffen von schneller und langsamer fliessendem Wasser. Die Gezeitenströmung reibt dort am Meeresgrund, wodurch sich das Wasser in Bodennähe langsamer bewegt. Etwas darüber, weiter weg vom Grund, fliesst es dagegen schneller, weil es dort keine Reibung gibt. So entsteht eine Scherung, wie der Unterschied der Fliessgeschwindigkeiten genannt wird. Je grösser die Scherung, desto mehr Wirbel entstehen. Sie verteilen Temperaturen, Sauerstoff, Salz und Sedimente.

So richtig intensiv ist die Wirbelproduktion aber nur am Meeresboden und an der Oberfläche. Dazwischen in der Mitte herrschen günstige Bedingungen für die Bildung einer speziellen Wasserschichtung: oben eine Schicht wärmeren Wassers und darunter eine zweite, die kälteres Wasser führt und schwerer ist.

Offshore-Windparks verändern Physik

In der Nordsee, wo die Warmwasserschicht im Sommer 20 Meter tief reicht, kommt ein neuer Faktor ins Spiel: Offshore-Windparks. Sie verändern die physikalischen Prozesse im Meer, denn die Masten der Windräder stehen als künstliche Hindernisse im Weg. «Strömt Wasser dagegen, entstehen zusätzliche Wirbel», erklärt Lucas Merckelbach vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht bei Hamburg. Um auch den winzigsten Wirbeln auf die Spur zu kommen, benutzen die Forscher torpedoförmige, gelbe Unterwasserroboter, so genannte Glider. Sie gleiten mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 40 Zentimetern pro Sekunde durchs Wasser und steuern ihren Auftrieb selbst. An der Spitze der Roboter steckt ein Sensor in Form eines Stäbchens. Spürt der Glider einen Wirbel auf, beugt es sich, und der Glider sendet ein elektrisches Signal. Die Roboter sind ziemlich praktisch für die Forschung. Sie können drei bis vier Wochen autark navigieren. «Selbst bei Sturm müssen die Messungen nicht unterbrochen werden», betont Merckelbach.

Ob die Kalt-Warm-Formation im Sommer trotz Windparks weiterexistiert? Am Ende hängt alles von der künftigen Zahl der Windparks ab. Ursprünglich sollte ein Drittel der deutschen Nordsee mit Offshore-Anlagen bebaut werden. Da hätte sich die sommerliche Schichtung wahrscheinlich nicht mehr bilden können. Nach den aktuellen Plänen werden weniger Windparks erstellt. So dürften die Schichtungen weiterhin entstehen. Welchen Einfluss die Masten aufs Leben unter Wasser haben, kann Merckelbach noch nicht sagen. Aber Veränderungen wird es geben, da sich Temperaturen, Salz und Sauerstoff anders verteilen. Zudem könnte der Transport von Sedimenten zunehmen. Die Inseln im Wattenmeer werden vielleicht grösser. Oder das Wattenmeer selbst füllt sich auf und verschwindet eines Tages.

Das Geheimnis der Algenblüten-Bildung

Auch vor der kalifornischen Küste treiben Roboter durchs Wasser. Hier geht es um die Erforschung roter Algenblüten. Wie kommt es zu der Zusammenballung vieler kleiner Planktonteilchen? Zwei Ozeanografen der Scripps Institution of Oceanography in San Diego haben es herausgefunden. Einer der beiden, Peter Franks, stellte vor 20 Jahren eine mathematische Formel auf, wonach sich Algenblüten dadurch bilden, dass Plankton von internen Wellen hin- und hergeschoben wird. Interne Wellen sind grosse, unterseeische Wellen. Die Überprüfung der Theorie war technisch lange nicht möglich. Nun hat aber Franks Kollege Jules Jaffe eine Art robotisches Plankton konstruiert: gelb-rot angestrichene Unterwasserroboter. Sie sind so gross wie eine Orange und ahmen das Dahintreiben von Plankton nach.

Die Roboter kamen vor der Küste von Torrey Pines zum Einsatz. Franks und Jaffe liessen einen Schwarm von 16 Robotern ins Wasser. Fünf Stunden lang trieben sie in konstant zehn Metern Tiefe dahin. Das Experiment machte eigentlich unsichtbare Vorgänge sichtbar in einem 3D-Diagramm. Tatsächlich drängten sie auf einem Fleck zusammen, sobald sie eine interne Welle erfasste und stiegen dann nach oben – wie das echte Plankton bei einer Algenblüte. Eine 20 Jahre alte Theorie war dank Schwarmrobotern bestätigt worden.

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