25 Jahre Tiefseeobservatorium AWI-HAUSGARTEN - Forschungsschiff Polarstern startet Jubiläums-Expedition in die Arktis

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Seit 25 Jahren betreibt das Alfred-Wegener-Institut in der arktischen
Tiefsee ein Langzeit-Observatorium: den HAUSGARTEN. Zwischen Grönland und
Spitzbergen untersuchen Forschende hier die natürlichen und durch den
Klimawandel erzeugten Veränderungen in einem polaren, marinen Ökosystem –
von der Meeresoberfläche bis zum Meeresboden in 5500 Metern Tiefe. Viele
der Stationen befinden sich unter dem Meereis und die autonomen Systeme
messen ganzjährig, also auch dann, wenn niemand vor Ort ist.

Einen Hausgarten, der vor den kritischen Blicken der Nachbarschaft
geschützt ist, wünschen sich vermutlich viele Menschen. Dass die Schönheit
des Gartens nur mit aufwändiger Technik sichtbar wird, ist die
Herausforderung, der man sich stellen muss, wenn die arktische Tiefsee der
Sehnsuchtsort ist. Eben dieser Aufgabe nahmen sich vor 25 Jahren
Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und
Meeresforschung (AWI) an. Sie errichteten ein Observatorium in der
Meerespassage zwischen Grönland und Spitzbergen, das seitdem HAUSGARTEN
heißt. Ende der Woche startet das Forschungsschiff Polarstern die nächste
Expedition dorthin.

„Wir hatten im Jahr 1999 während einer Polarstern-Expedition den
Tiefseeroboter Victor 6000 des Ifremer (Institut Francaise de Recherche
pour l´Exploitation de la Mer) mit an Bord, mit dessen Hilfe wir den
Meeresboden kartieren und den Standort für die heutige zentrale Station
auswählen konnten,“ erinnern sich die AWI-Biologen Dr. Thomas Soltwedel
und Dr. Michael Klages an die Anfänge. „Auf einer Fahrt zu den
Kooperationspartnern nach Frankreich kamen wir auf den Namen HAUSGARTEN,
der unterstreichen sollte, dass es uns um einen langfristig angelegten
Forschungsplan handelt.“ Dass seitdem Biologen, Ozeanografinnen,
Geochemiker oder Technikerinnen jährlich zu „Gartenarbeiten“ aufbrechen
zeigt, wie gut ihre Namenswahl war.

Im Expeditionsbericht der Polarstern-Expedition ARK-XV/1 aus dem Jahr 1999
ist folgendes nachzulesen: „Im Rahmen der projektierten Etablierung einer
Tiefsee-Langzeitstation im tiefen Arktischen Ozean soll auf den ersten
beiden Stationen primär eine großflächige Foto/Video-Observation
durchgeführt werden. Darüber hinaus soll das ROV genutzt werden, um
gezielt Organismen und Sedimentproben aufzusammeln. Wissenschaftlicher
Hintergrund für die geplanten multidisziplinären Untersuchungen ist die
Erfassung von saisonalen und interannuellen Variationen physikalischer,
geologischer/geochemischer und biologischer Gradienten auf verschiedenen
zeitlichen und örtlichen Skalen.“

Im Laufe der Zeit wurden 21 Stationen in Tiefen zwischen 250 und 5500
Metern etabliert, die die Polarstern regelmäßig ansteuert. Heute ist der
HAUSGARTEN auch Teil der FRAM-Infrastruktur, die Daten zur
Erdsystemdynamik, der Klimavariabilität und damit verbundener
Veränderungen im marinen Ökosystem zur Verfügung stellt. Ganzjährig
erfassen autonome Messgeräte auch unter dem Meereis wichtige Daten wie
Temperatur, Salzgehalt und Strömung, aber auch die Aktivität von
Mikroorganismen, Plankton und Benthos. Von Beginn an spielte der Export
organischen Materials von der Wasseroberfläche in die Tiefsee eine
wichtige Rolle. Die dortigen Lebewesen sind auf herabsinkende Nahrung
angewiesen, da kein Licht in die Tiefsee vordringt, das Pflanzenwachstum
durch Fotosynthese und damit Primärproduktion erlauben würde. Die zentrale
HAUSGARTEN-Station in 2500 Metern Wassertiefe in der östlichen Framstraße
dient als Versuchsgebiet für einzigartige biologische In-situ-Experimente
am Meeresboden, bei denen verschiedene Szenarien unter wechselnden
Umweltbedingungen simuliert werden.

Ozeane gehören zu den größten Kohlenstoffsenken unseres Planeten. Dazu
trägt auch die biologische Kohlenstoffpumpe bei: Dicht unter der
Wasseroberfläche nehmen Mikroorganismen wie Bakterien oder Phytoplankton
Kohlendioxid aus der Atmosphäre durch Fotosynthese auf. Sinken sie auf den
Meeresboden, kann dieser den enthaltenen Kohlenstoff für mehrere tausend
Jahre speichern. Wie Schmelzwasser aus driftendem Meereis die Effektivität
der biologischen Kohlenstoffpumpe verändert und wann Kohlenstoff aus der
Atmosphäre aufgenommen und gespeichert wird, entschlüsselten AWI-
Forschende anhand von Daten aus dem HAUSGARTEN.

Eine weitere Studie untersuchte die Beziehungen zwischen Biodiversität und
Ökosystemfunktionen sowie ihre Verbindung zu Umweltfaktoren anhand der
Analyse biologischer Merkmale von Meeresboden-Gemeinschaften, dem
sogenannten Benthos. Insgesamt folgte die funktionelle Struktur der
Lebensgemeinschaften in der Framstraße einem von der Nahrungsverfügbarkeit
abhängigen Gradienten und die Forschenden schlossen: „Ausgehend von der
Beziehung zwischen Meereis, Primärproduktion im Oberflächenwasser und
Nahrungsverfügbarkeit am Meeresboden deuten diese Ergebnisse darauf hin,
dass das Benthos empfindlich auf die vorhergesagten anthropogenen
Umweltschwankungen in den Polarregionen reagiert. Es ist zu erwarten, dass
sich die Funktionen des benthischen Ökosystems ändern, wenn sich die
Umweltbedingungen ändern.“

Außerdem sind atlantische Einflüsse auf den Arktischen Ozean im Fokus der
Wissenschaft, denn die Arktis erwärmt sich im Zuge des Klimawandels viel
stärker als andere Regionen. Polare Zooplanktonarten müssen mit steigenden
Wassertemperaturen zurechtkommen, während sie gleichzeitig einer
zunehmenden Konkurrenz durch boreal-atlantische Schwesterarten ausgesetzt
sind, die durch einen stärkeren atlantischen Zustrom in den Arktischen
Ozean gelangen. Temperaturexperimente an Bord der Polarstern auf
HAUSGARTEN-Expeditionen zeigten, dass einige arktische Kleinkrebsarten
(Copepoden) physiologisch toleranter gegenüber der Erwärmung der Ozeane
sind als erwartet. Jedoch könnten sie in Gebieten mit starker Überlappung
der Verbreitungsgebiete von ihren atlantischen Verwandten ab einer
bestimmten Temperaturschwelle verdrängt werden. Die „Atlantifzierung“ der
arktischen Zooplankton-Gemeinschaft scheint also mehr durch ökologische
Wechselwirkungen als durch physiologische Einschränkungen bedingt zu sein.

Auch die Erforschung von Müll im Meer spielt mittlerweile schon seit über
zehn Jahren eine wichtige Rolle. So filmt und fotografiert das am AWI
entwickelte Ozeanboden-Beobachtungssystem OFOBS regelmäßig den
Meeresboden. Die Auswertungen des Bildmaterials zeigen, dass sich
menschliche Hinterlassenschaften in steigendem Maße sogar bis in die
arktische Tiefsee nachweisen lassen.

Die Polarstern verlässt ihren Heimathafen Bremerhaven voraussichtlich am
Freitag, den 7. Juni 2024, in den frühen Morgenstunden. Zwei jeweils etwa
vierwöchige Expeditionen in den HAUSGARTEN werden von einem Hafenanlauf im
norwegischen Tromsø unterbrochen, wo es einen Teamwechsel gibt. Anfang
August fährt der Eisbrecher dann in die Zentralarktis und wird Mitte
Oktober in Bremerhaven zurückerwartet.