METEOR-ScienceLog-M77/3-Nr. 13
01. – 04. Januar 2009
Meteor - mit Mannschaft und Wissenschaftlern - hat den Jahreswechsel gut überstanden und sich von der Küste Perus aus tapfer entlang 10°S bis auf 84°W in den Pazifik vorgearbeitet. Auf diesem Transekt entlang des zehnten südlichen Breitengrades hat das Schiff insgesamt 11 Stationen angefahren, an denen mit viel Großgerät zahlreiche Untersuchungen der Wassersäule durchgeführt wurden. Die „Feldarbeit“ auf 10°S ist damit abgeschlossen und wir setzen unsere Untersuchungen nach kurzer Dampfzeit auf 12°S – dann wieder in östlicher Richtung zurück zur Küste – fort.
Die Autoren: Patricia Grasse und Roland Stumpf sind Doktoranden in der chemischen Paläo-Ozeanographie Sektion am Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen in der Analyse der Wassersäule sowie der oberen Sedimentschichten des Ozeanbodens mit Hilfe von Isotopenmessungen. Ziel ihrer Arbeiten ist die Darstellung bzw. Rekonstruktion heutiger und vergangener Ozeanströmungen und biochemischer mariner Kreisläufe.
Die Labore sind nunmehr alle komplett eingerichtet, funktionstüchtig und die Arbeiten laufen auf Hochtouren. Und auch wenn die vom Fahrtleiter vollmundig angekündigten „Schwärme von Sardinen …, die von Kalmaren, Seelöwen, und Pilotwalen gejagt wurden“ (siehe Blog 1) in den letzten Tagen vollkommen ausgeblieben sind, ist die Stimmung an Bord hervorragend und unser Forscherdrang ungebrochen. Aber was wird an Bord eigentlich erforscht? Warum schippern Wissenschaftler um die halbe Welt, nur um hier und da einige Kubikmeter Meerwasser einzutüten? Nun, zugegeben, alle Einzelheiten kennen wir auch nicht, aber in den folgenden Abschnitten wollen wir versuchen, zumindest unseren Teil der Forschungsarbeiten an Bord ein wenig zu verdeutlichen.
Unser Hauptaugenmerk auf dieser Reise gilt den im Meerwasser gelösten Elementen Silizium und Neodym.
Silizium kommt im Meerwasser vor allem in Form von Silikat vor, welches ein wichtiger Nährstoff für Diatomeen (Kieselalgen) ist. Die Kieselalgen benötigen Silikat zum Einbau in ihre Schalen und somit zum Leben.
Diese kleinen Meeresbewohner machen einen sehr großen Anteil der Primärproduktion (an Biomasse) im Pazifik aus.
Bild 1: Kranzwasserschöpfer mit 24 Niskin-Flaschen zur Wasserprobennahme in verschiedenen Tiefen.
Dabei nehmen sie Kohlenstoffdioxid auf und wandeln es mit Hilfe von Photosynthese in Sauerstoff um. Außerdem stellen sie natürlich die Nahrungsgrundlage für andere Organismen dar. Die Untersuchung der Siliziumisotope soll dazu beitragen, mehr über die biochemischen Kreisläufe im Ozean heraus zu finden. Um die Nährstoffverteilungen, sowie deren Nutzung in der Wassersäule zu verstehen, muss man allerdings wissen, wie das Zusammenspiel der Strömungen funktioniert und woher die Wassermassen kommen. Hierbei kommt das Element Neodym ins Spiel, das auf der Erde nur selten vertreten ist. Der Ozean ist kein riesiger, homogener Wasserkörper. Vielmehr stellt er sich als eine geschichtete Wassermasse mit einem komplexen Strömungssystem dar. Innerhalb der Wassersäule kommt es sogar häufig dazu, dass die einzelnen „Stockwerke“ der Wassersäule in völlig entgegengesetzte Richtungen strömen.
Die Elementkonzentrationen in Kombination mit der isotopischen Zusammensetzung des Neodym lassen Rückschlüsse auf den Ursprung und die Ausdehnung der beprobten Wassermassen zu. Neodym gelangt hauptsächlich über den „Landweg“ ins Meer. Flüsse und Stäube transportieren das Neodym vom Festland der Kontinente aus in die Ozeane. Dort hinterlassen sie eine für die angrenzende Landmasse typische Neodym-Signatur, welche im Ozean über weite Distanzen verfolgt werden kann. Die Probennahme für Neodym gestaltet sich jedoch ungleich arbeitsintensiver, als es für Silizium der Fall ist.
Bild 2: Meerwasserproben in verschiedenen Stadien der Eisen-Fällung.
Aufgrund der geringen Neodym-Konzentration im Meerwasser sind Probenmengen von 20 Litern Wasser pro Probe nötig. Da aber selbst die erfahrensten Lademeister nicht in der Lage sind, solche Wassermengen zu verstauen (wir nehmen im Laufe unserer Reise ca. 200 dieser Proben…kurz Kopfrechnen…macht 4 Tonnen Wasser nur für unsere Zwecke!), müssen wir noch an Bord der Meerwasserprobe das Neodym entziehen. Dazu „impfen“ wir die angesäuerte Meerwasserprobe mit einer Eisen-Lösung, homogenisieren die Probe, stellen einen bestimmten pH-Wert ein und homogenisieren wieder (ja, eigentlich sind wir nur damit beschäftigt, Wasserkanister zu schütteln!). Das Wasser färbt sich gelb (Bild 2) und im Laufe des nächsten Tages flockt das Eisen als gelb-brauner Niederschlag aus. Dabei fängt es auch den Neodym-Anteil des Meerwassers ein. Dieser braune Niederschlag findet dann - jetzt lademeisterfreundlich in 2 l Flaschen verpackt - zunächst den Weg in den Container und später hoffentlich auch den Weg zurück nach Kiel, wo die Isotopen gemessen werden können.