ULS, Upward Looking Sonar, wieder ein geheimnisvoller neuer Begriff für ein Gerät im gelben Kleid. Gestern Nachmittag wurde eine Verankerung ausgelöst, die als obersten Teil einen solches ULS enthielt. Das Wetter war für die Bergung der Verankerung gut, nicht zuviel Wind oder zu hohe Wellen, so dass dieses Mal die Aufnahme ohne Probleme vonstatten ging.

Ich stand auf der Brücke neben unserem Fahrtleiter und fotografierte das Ereignis, völlig in die hüpfenden und schwankenden Bewegungen der gelben und roten Körper auf dem Wasser vertieft, als ich dann recht unsanft aus meinen Träumereien gerissen wurde durch den Auftrag: „Schreibe doch mal einen Blog über das Sonar.“ Alles, was ich bisher darüber wusste, war, dass dieses Gerät gelb ist, keine gute Ausgangsposition für einen Bericht. Das ist so ähnlich, als würde man eine Horde Affen bitten, einen Shakespeare zu schreiben.

Heute nach dem Mittagessen bekam ich dann Nachhilfe von unserem Ozeanographen Gerd Rohardt zunächst über das Lot bei einem Schiff und dann im Vergleich dazu über das ULS, das ähnliches kann, aber andersherum operiert.

Das Schiffslot befindet sich unter dem Schiff und sendet einen Schallimpuls in Richtung Boden. Es wird die Zeit gemessen, bis das Signal oben wieder ankommt. Die Zeit wird durch 2 dividiert, da die Schallwelle zunächst nach unten geht und dann wieder nach oben kommt. Kennt man die Schallgeschwindigkeit, dann ist die Laufzeit ein Maß für die Tiefe, in der sich der Meeresboden befindet. Das ist wie üblich die Theorie. Die Praxis spielt diesem System aber einen Streich, da das Schiff nicht bewegungslos im Wasser liegt, sondern „rollt“, dadurch schwenkt das Signal nach rechts und links und es wird eine deutlich größere Tiefe gemessen. Das zweite Problem ist die Struktur des Meeresbodens. Auch auf dem Meeresboden gibt es Täler oder Abhänge. Werden diese durch das schaukelnde Schiff erwischt, verändert sich die Messung erheblich. Rechtsschaukeln vermittelt z.B. kurzen Abstand zum Hang und Linksschaukeln dann erheblich größeren Abstand. Die Schallwelle trifft als Kegel am Meeresboden auf eine Fläche und nicht nur auf einen Punkt, was bei Unebenheiten ebenfalls zu Fehlern führt. Schließlich ist die Schallgeschwindigkeit abhängig von Druck, Temperatur und Salzgehalt des Meerwassers, d.h. diese Werte müssen auch bestimmt werden, da die Verwendung einer falschen Schallgeschwindigkeit erhebliche Fehler verursacht. All diese Abweichungen müssen berücksichtigt werden, wenn man eine einigermaßen genaue Messung haben möchte.

Bei einem ULS muss man sich das Ganze umgedreht vorstellen. Das ULS ist der oberste Teil einer Verankerung und befindet sich ungefähr in 150 m Tiefe. Es sendet die Schallimpulse nach oben. Und genau wie das Schiff steht das ULS nicht bewegungslos im Wasser, sondern schwingt in der Strömung. Dadurch ändert sich die Neigung des Gerätes und damit auch die Abstandsmessung zur Meeresoberfläche bzw. zur darüber liegenden Eisscholle. Zusätzlich muss man davon ausgehen, dass sich die Schallgeschwindigkeit ändert, da wir oben z.B. das kalte Winterwasser haben und vielleicht darunter eine Schicht wärmeren Wassers. Die Grenze dazwischen verschiebt sich mit der Zeit. Das ULS liegt noch darunter.

Das ULS misst die Eintauchtiefe von Eisschollen, also deren Tiefgang und damit natürlich nicht die Dicke, da das Eis ja über den Meeresspiegel hinausragt. Ist die Dichte des Eises bekannt, so kann man aus dem Tiefgang die Dicke berechnen.
Die Messungen erfolgen während eines Zeitraums von 3 Jahren in zeitlichen Abständen von 30 Sekunden.

Das ULS kann nicht unterscheiden, ob sich das Eis mit der Strömung bewegt oder ob es fest liegt. Daher braucht man zur Bestimmung von Eistransporten die Unterstützung durch einen ADCP (Akustischer Doppler Current Profiler). Dieser lugt am ULS vorbei und kann die Geschwindigkeit des Wassers und der treibenden Eisschollen messen. Fragen Sie mich bitte nicht wie, ich will es auch gar nicht wissen.

Insgesamt geht es also um den Massentransport von Meereis. An dieser Stelle gesellte sich dann unser Fahrtleiter zu uns und griff in das Geschehen ein. Sein Thema!

Hauptanliegen bei den ganzen Messungen ist die Fragestellung, wie viel Meereis im Weddellmeer gebildet und dann heraustransportiert wird. Bildung von Eis bedeutet, dass an dieser Stelle der Salzgehalt des Wassers steigt, da Eis beim Gefrieren geringere Mengen Salz aufnimmt, als im Meerwasser enthalten sind. Daher nimmt die Dichte des darunter liegenden Wassers bei der Eisbildung zu und es sinkt ab. So entsteht das Boden- und Tiefenwasser. An den Stellen, wo das Meereis schmilzt, bekommt man einen Süßwassereintrag und die Dichte wird geringer. Das kann allerdings auch durch Regen geschehen.

Eis, das in Landnähe gebildet wird, wird bei ablandigem Wind auf das Meer hinausgetrieben. Dadurch kommt die isolierende Wirkung des Eises nicht zur Geltung und es wird immer neues Eis gebildet.  Folglich kann man in diesem Bereich eine größere Dichteänderung erwarten und das kann so Wasser werden, dass es bis in große Tiefen absinkt.

Um ein einigermaßen abgerundetes Bild der Eisbildung zu bekommen, muss man viele Daten miteinander koppeln und vergleichen. Begonnen mit den Bohrungen im Eis, die exakte Aussagen über die Eisdicke liefern. Man kann aber nicht das ganze Weddellmeer anbohren, sondern immer nur kleine Bereiche. Die nächst größere Einheit liefert der Hubschrauber, der in einer gewissen Höhe über dem Eis fliegt und mit elektromagnetischen Methoden die Eisdicke misst, dann das Polarflugzeug und zuletzt der Satellit. Jedes Verfahren macht Fehler oder und hat Ungenauigkeiten, das beste Ergebnis liefert immer noch die Bohrung. An den Ergebnissen der Bohrungen werden die weiteren Verfahren überprüft, so sie denn im gleichen Gebiet angewandt wurden.

Das war meine 1 ½-stündige Lehrstunde über das ULS und seine Bedeutung für die Meereisbeobachtung durch zwei absolute Spezialisten. Um nicht alles zu vergessen, habe ich mich danach direkt hingesetzt und den nächsten Blog verfasst. Wenn er ins Internet gestellt wird, hat er sicher eine intensive Begutachtung meiner beiden Lehrer hinter sich und ist dann hoffentlich fehlerfrei.

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