Unterwasser-Observatorium nach dreijährigem Einsatz wieder an Land

Das Bremerhavener Thünen Institut für Seefischerei leistet einen weiteren Beitrag zur Erklärung der Dynamiken des Ökosystems

Drei Jahre lang wurde ein eigens gebautes Unterwasser-Observatorium unter harschen Bedingungen in der Nordsee nahe Helgoland ausgesetzt, um die dortige Plankton-Lebensgemeinschaft zu erforschen. Das sogenannte Zooplankton-Observatorium wurde von Dr. Boris Cisewski vom Thünen-Institut für Seefischerei (TI) in Bremerhaven und Dr. Klas Ove Möller vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht HZG (Abteilung Marine Partikel und Plankton) mit Hilfe spezialisierter Meerestechnik-Unternehmen entwickelt. Es nutzt einen Unterwasserknoten vor Helgoland, eine Art Unterwassersteckdose, welcher als Teil von COSYNA (Coastal Observing System for Northern and Arctic Seas) vom HZG und dem Alfred Wegener Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) entwickelt wurde.

Das Observatorium wurde Ende Januar 2020 vom wissenschaftlichen Tauchzentrum des AWI an Bord  des Gewässerschutzschiffes „Neuwerk“ (vom Wasser- und Schifffahrtsamts Tönning) genommen. Laut Cisewski und Möller gibt es erste aufschlussreiche Ergebnisse.

Was kann das unbemannte Unterwasser-Observatorium leisten?

Boris Cisewski: Das Zooplankton-Observatorium ist in der Lage, kleinste Meereslebewesen unter Wasser zu erfassen und automatisch zu identifizieren, ohne die Lebensgemeinschaften durch Fanggeräte oder Probenahmen zu beeinflussen. Dies geschieht rund um die Uhr und selbst unter Bedingungen, unter denen kein Forschungsschiff den Hafen verlassen kann. Das Gerät  wurde über zwei Jahre entwickelt und im Rahmen eines Verbundprojektes vom Projektträger BLE, der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung, gefördert.

Um die Verteilungsmuster von mikroskopisch kleinen Krebstieren, Fischlarven, Quallen sowie Jugendstadien vieler Schnecken und Stachelhäuter – in ihrer Gesamtheit als  Zooplankton bezeichnet – nicht invasiv und mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung untersuchen zu können, kommen optische und akustische Methoden zum Einsatz .

Wie ist das technisch möglich?

Klas Ove Möller: Das Messkonzept basiert auf der Kombination eines akustischen Doppler-Strömungsmessers (ADCP) mit einem Video-Plankton-Rekorder (VPR). Letzteres ist ein Unterwasser-Kamerasystem, das 15 hochaufgelöste Bilder pro Sekunde aufnehmen kann. Dadurch wird es möglich, Organismen ab einer Größe von 0,5 Millimeter zu beobachten und zu bestimmen. Selbst fragile Arten wie gelatinöses Plankton, welche bei der traditionellen Probennahme mit Planktonnetzen häufig nicht quantitativ beprobt werden können, werden mit dem Observatorium erfasst. Der ADCP liefert zudem eine dreidimensionale Vermessung des Strömungsfeldes und misst die akustische Rückstreustärke. Mit Hilfe dieser Daten lassen sich tägliche oder auch saisonale Verteilungsmuster des Zooplanktons untersuchen.

Helgoland-Nordreede  war dafür das erste Untersuchungsgebiet?

Cisewski: Ja, Helgoland, als Insel in der Nordsee, und quasi vor der Haustür Bremerhavens bietet sich aus vielerlei Gründen als Standort an. Zum einen können wir durch die Zusammenarbeit mit dem AWI auf die dort vorhandenen Infrastrukturen wie z.B. Forschungstaucher und Schiffe zurückgreifen, die gerade für die regelmäßigen Wartungsarbeiten sehr wertvoll sind und zum anderen bietet das ‚Joint venture‘ zwischen AWI, HZG und TI einen sehr fruchtbaren wissenschaftlichen Austausch.

Es geht auch um Bestandsentwicklung und -schutz im Sinne einer nachhaltigen Fischerei?

Cisewski: Nein, wenn überhaupt nur indirekt, da wir mit dem Observatorium nur die niederen trophischen Ebenen erfassen können. Der eigentliche Wert der erhobenen Daten besteht darin, dass wir mit den hochaufgelösten Zeitreihen ein besseres Prozessverständnis erhalten. Diese regulierenden Prozesse der Verteilung von Zooplankton und Partikeln in Zeit und Raum sind von zentraler Bedeutung, um auf Zusammenhänge von Zooplanktonverteilungen mit biotischen und abiotischen Veränderungen zu schließen und Aussagen über das gesamte Ökosystem zu treffen. Zudem spielt Plankton eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Ozeane und hat Auswirkungen auf das globale Klima.

Die Publikation der Daten wird aktuell vorbereitet, was können Sie zum jetzigen Zeitpunkt verraten? 

Möller: Generell erhoffen wir uns Aussagen über die Dynamiken des Ökosystems. Wie ist die Artenzusammensetzung im saisonalen Zyklus, welche Auswirkungen haben Stürme für die vertikale Schichtung und Verteilung der Arten, wieviel ‚Marine snow‘ (das Phänomen des organischen Partikelregens im Meer, also „Meeres-Schnee“) ist im Ozean zu welcher Zeit und ist dieser eine wichtige Nahrungsquelle für das Plankton? Längerfristig und nicht nur saisonal betrachtet gilt es zu klären, ob z.B. durch die Erwärmung des Wassers neue Arten einwandern und wie sich dies auf die Biodiversität auswirkt. Nicht zuletzt soll das Zooplankton-Observatorium auch helfen, den Austausch organischer Partikel von der produktiven Küstenregion in den offenen Ozean zu untersuchen und welche Rolle die Partikel für die sogenannte biologische Kohlenstoffpumpe und das Klima spielen.

Außer diesen spannenden ökologischen Erkenntnissen und Prozessen erhoffen wir uns für die Zukunft einen tieferen Einblick, ob sich zum Beispiel  bestimmte Organismen innerhalb der Wassersäule bewusst mit der vorherrschenden Gezeitenströmung aktiv in eine Richtung driften lassen oder ob es z.B. Tiden-, Tageszeiten-abhängige Änderungen in der Plankton- und Partikelverteilung gibt?

In den nächsten Monaten werden wir ein erstes Untersuchungsergebnis zum Langzeiteinsatz des Observatoriums veröffentlichen.

Mit welchem Ziel soll denn Ende 2020 das Observatorium wieder abtauchen?

Cisewski/Möller: Was wir mit Sicherheit zum jetzigen Zeitpunkt sagen können ist, dass die Kombination von ADCP und Kamera äußerst sinnvoll ist und uns erlaubt, Verteilungsmuster von Plankton („driftende Organismen”) in Abhängigkeit von Gezeitenströmungen und  Meeresströmungen gut zu beschreiben (Vorteil eines stationären Systems) zu können.

Bis spätestens zum Ende diesen Jahres soll das gewartete und erweiterte Zooplankton-Observatorium – dann auch mit einem neuartigen Kamerasystem ausgerüstet –  erneut vor Helgoland ausgelegt werden. Damit lernen wir aus dem teilweisen Ausfall der Kamera u.a. durch Biofouling zu Beginn der Untersuchungen. Auch die Bildanalyse von Millionen von Bildern soll methodisch weiter optimiert werden. Außerdem wollen wir das System dann profilierend an einer Unterwasserwinde einsetzen, denn damit können dann auch Daten aus unterschiedlichen Wassertiefen geliefert werden.