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Automatisch auf CO₂-Jagd

Kieler Meeresforscher schicken eine Segeldrohne auf einen viermonatigen Atlantik-Törn. In einem weniger erforschten Meeresgebiet soll das autonome Wasserfahrzeug Daten zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre erheben.


Kajak-ähnliches, unbemanntes Boot mit starrem orangefarbenem Segel auf dem Pazifik.
Sieben Meter lang sind die Schwimmdrohnen, die autonom auf dem Ozean kreuzen. (Foto: Saildrone)

Spektakuläre Einblicke gingen kürzlich um die Welt: Bilder aus dem Innern eines Hurrikans auf dem Atlantik mit 15 Meter hohen Wellen und Windgeschwindigkeiten von fast 200 Kilometern pro Stunde.

Stand hielt den Extremen eine automatische Segeldrohne, sieben Meter lang und mit einem speziellen "Hurrikan-Flügel" ausgestattet. Hersteller des einem Windsurfbrett ähnelnden schwimmenden Messfahrzeugs ist die US-Firma Saildrone. Die landete mit den Hurrikanbildern auch einen ordentlichen PR-Coup.

Derzeit ist, wie das Unternehmen mitteilte, eine Flotte von fünf "Hurrikan"-Segeldrohnen im Atlantik im Einsatz und sammelt rund um die Uhr Daten wie Windgeschwindigkeit, Luftdruck, Temperatur, Salzgehalt und Feuchtigkeit. Ziel: bessere Sturmvorhersagen.

Weniger aufregende Daten liefert eine Segeldrohne, die das Kieler Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung (Geomar) zur selben Zeit, als die Hurrikanbilder die Runde machten, in See stechen ließ. Auf einem viermonatigen Atlantik-Törn von den Kapverdischen Inseln vor Westafrika in Richtung Brasilien soll die Drohne präzise den Kohlendioxid-Gehalt an der Meeresoberfläche erfassen und nahezu in Echtzeit ins Datennetz einspeisen. Die genaue Position ist online abrufbar.

Seine Energie bezieht das von Saildrone gecharterte Boot über Solarpaneele. Es kann Spitzengeschwindigkeiten von fünf bis sechs Knoten (neun bis elf Kilometer pro Stunde) erreichen und ist auch in der Lage, völlig autonom zum Beispiel durch Kreuzen vor dem Wind ein Ziel zu erreichen.

Wenig Daten vom tropischen Atlantik

Ausgestattet ist die Segeldrohne mit einem sogenannten AIS-Transceiver. Der sorgt dafür, dass Schiffe die schwimmende Messstation schon aus mehreren Seemeilen Entfernung erkennen. Auch die Betreiber selbst können einschreiten und die Drohne umlenken, erklärt Geomar-Experte Björn Fiedler. Im offenen Ozean, wo sich der Verkehr weit verteilt, funktioniere das sehr gut. In der Nord- und Ostsee mit ihrem dichten Schiffsverkehr wäre es schon schwieriger.

Kollisionen der Drohnen mit großen Meeressäugern sind Fiedler zufolge noch unwahrscheinlicher als mit anderen Segelbooten, weil die autonomen Segler kleiner sind als eine normale Freizeityacht und auch eine deutlich geringere Masse haben.

Mit dem Vorhaben, das vom Bundesforschungsministerium und über das europäische Projekt Eurosea gefördert wird, wollen Forscher aus Frankreich, Brasilien und Deutschland untersuchen, wie derart segelnde Drohnen dazu beitragen können, die Folgen des Klimawandels für den Ozean besser zu verstehen.

Autonome Kleinsegler zum CO2-Messen einzusetzen ist keine ganz neue Idee. Erstmals sei solche Technik jedoch im tropischen Atlantik unterwegs, sagt Fiedler. "Am tropischen Atlantik gibt es kaum Anrainerstaaten, die eigene großräumige Beobachtungsnetzwerke betreiben, vor allem nicht für Kohlendioxid. Daten zu CO2 aus der Region stammen hauptsächlich von einem Handelsschiff, das regelmäßig Messungen auf einer Route zwischen Europa und Südamerika vornimmt."

Leider gebe es viel zu wenige Schiffe mit einem solchen CO2-Messsystem, bedauert Fiedler. Der Betrieb sei sehr aufwendig. Auch von den in der Region fest verankerten Bojen seien bislang nur zwei mit CO2-Sensoren ausgestattet.

Wie viel CO2 können die Ozeane noch aufnehmen?

Die jetzt auf Atlantiktour geschickte Drohne liefert in erster Linie Daten zur Ozeanversauerung, einer Folge der zunehmenden Aufnahme von CO2 durch die Meere. "Von den CO2-Messungen können Rückschlüsse auf den pH-Wert und damit die Versauerung gezogen werden", erläutert der Forscher.

Auch andere Effekte wie die Erwärmung des Ozeans können indirekt einen Einfluss auf dessen CO2-Bindevermögen haben: Mit steigender Temperatur nimmt die "Pufferfunktion" des Ozeans ab, weil er weniger CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen kann. "Die aktuelle Mission erhebt genau dazu Daten in den Tropen", betont Fiedler. Darauf aufbauend lässt sich besser abschätzen, wie viel zusätzlichen Kohlenstoff der Ozean in Zukunft noch aufnehmen kann.

Die tropischen Meeresregionen spielen im globalen Klimasystem eine wesentliche Rolle, weil der Austausch von Wärme und auch von wichtigen Treibhausgasen wie Kohlendioxid hier besonders stark ist. Die Klimagase werden in den Tropen rasch in höhere Schichten der Atmosphäre transportiert und damit in das globale Klimasystem eingespeist, so die Geomar-Forscher.

Daneben ermöglichen die gewonnenen Informationen auch Rückschlüsse auf die Lebensbedingungen für Tiere und Pflanzen. "Die Segeldrohne ist zusätzlich mit einem wissenschaftlichen Echolot ausgestattet, welches uns erlaubt, von der Oberfläche bis in 800 Meter Tiefe in den Ozean hineinzuschauen", sagt Geomar-Biologin Leni Hauss.

Damit lasse sich die Verteilung von Zooplankton und Fisch in den oberen Schichten der Wassersäule präzise erfassen. Die Messungen seien wertvoll für das Auffinden sogenannter biologischer Oasen, für das nachhaltige Management von Meeresressourcen oder die Einrichtung von Schutzgebieten.

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