Forschungsmethoden

Technische Herausforderungen beim Umweltmonitoring

Umweltmonitoring in der Tiefsee ist aufwändiger als Erprobung und Erkundung. Um verlässliche und flächenhafte Daten zu erhalten, müssen viele technologische Anwendungen, die momentan nur als Prototypen vorliegen, in die kommerzielle Nutzung überführt werden.

Text: Dr. Annemiek Vink (BGR)

Generell müssen Abbautätigkeiten jeglicher Art in der Tiefsee durch ausführliches Umweltmonitoring begleitet werden. Das stellt eine ebenso große Herausforderung dar wie die Entwicklung von Abbautechnologien selbst. Umweltmonitoring ist eine wissenschaftlich-kommerzielle Daueraufgabe, die deutlich umfangreicher ist als die konventionelle Messtechnik, Probenahme-Technik und Analytik für Erkundungsarbeiten, die nur Teilergebnisse liefern.

Umweltmonitoring rund um einen Tiefseebergbau erfordert grundsätzlich eine ausreichende räumliche und zeitliche Auflösung von Messwerten sowie validierte und standardisierte Verfahren, um die Vergleichbarkeit und Aussagekraft von Daten und Ergebnissen zu gewährleisten. Weiterhin benötigt wird ein sehr gutes Datenmanagement, eine extrem gute Unterwasser-Navigation, ggf. unter Nutzung von Satellitentechnologien (Datentransfer Schiff zum Land), sowie eine ausreichende Energieversorgung am Meeresboden.

Gängige Monitoring-Technologien benötigen grundsätzlich viel Schiffszeit, da erforderliche Unterwassertechnologien wie der Einsatz von AUVs (autonomous underwater vehicle) und ROVs nur vom Schiff aus durchgeführt werden können (zeitlich unlimitiert über Kabel oder autonom mit einer maximalen Einsatzzeit von etwa 15 Stunden). Zeitliche Umweltdatenreihen können bestenfalls aus individuellen oder weit auseinander verankerten Sensoren in der Wassersäule und/oder am Meeresboden erhoben werden.

  • Umweltmonitoring in der Tiefsee stellt eine ebenso große Herausforderung dar wie die Entwicklung von Abbautechnologien selbst.
  • Notwendig sind validierte und standardisierte Verfahren, um die Vergleichbarkeit und Aussagekraft von Daten und Ergebnissen zu gewährleisten.
  • Optimale Technologien für Umweltmonitoring wären beispielsweise autonome Messroboter, die am Meeresboden über sogenannte „Docking Stations“ mit autarker Energie versorgt werden.

Beispiel eines Messgeräts für das Umweltmonitoring in der Tiefsee: Der TRAMPER des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven kann eigenständig Sauerstoffprofilmessungen durchführen.

Durch die Abhängigkeit von unterstützenden Schiffen ist ein derartiges Monitoring zeit- und kostenintensiv und erreicht nicht die erwünschte räumliche und zeitliche Auflösung. Weiterhin ist das Sensorik-Portfolio für biogeochemische Stoffflüsse für die Tiefsee jenseits einer Wassertiefe von 4000 Metern derzeit noch limitiert (z. B. für die Bestimmung von Nährstoff- oder Metallkonzentrationen am Meeresboden). Viele Entwicklungen sind noch im Stadium des Prototyps, während internationale Teams aus Wissenschaft und Technik derzeit Umweltmonitoring-Methoden evaluieren, die bereits jetzt einsatzfähig sind.

Optimale Technologien für Umweltmonitoring wären beispielsweise autonome Messroboter (Crawlers) für kontinuierliche Messungen der physikalisch-chemischen Eigenschaften (u. a. Salinität, pH, O2, Trübe, Temperatur, Strömung; auch: Topographie und Faunenreichtum) sowie AUV Schwärme (Unterwasser-Drohnen) für visuelle Beobachtungen des Meeresbodens. Beide Technologien könnten am Meeresboden über sogenannten „Docking Stations“ mit autarker Energie versorgt werden und die räumliche und vor allem auch die zeitliche Auflösung der Messungen deutlich erhöhen. Insgesamt gilt aber für die innovative Weiterentwicklung von Monitoring-Technologien jeglicher Art, dass der Markt für Firmen sichtbar gemacht werden muss. Mit entsprechender Förderung können und sollen Monitoring-Technologien marktreif und standardisiert werden – mit den entsprechenden Entwicklungsschritten vom Prototyp bis hin zur kommerziellen Anwendung.

Beitrag erstellt am 6. Dezember 2018

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Robotische Exploration unter Extrembedingungen: Informationsseite über den Tiefsee Crawler TRAMPER. Link