29. Jan. 2018

Einholung der GI-Gun.

In der zweiten Woche auf See steckt die Crew der Sonne mitten in den Forschungsarbeiten. Während einige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Informationen aus Sedimentkernen verwenden, um Klimaveränderungen der Vergangenheit zu untersuchen, nutzen andere die Vorteile physikalischer Instrumente. Wie die Akustik dabei tiefste Einblicke in den Meeresboden liefern kann, erklären Dr. Lena Steinmann von der Universität Bremen und Antoine Thiéblemont von der Royal Holloway University of London.

Um unser Klima besser zu verstehen und schlussendlich zuverlässige Vorhersagen über dessen Entwicklung machen zu können, ist es von höchster Wichtigkeit, Erkenntnisse über die Klimaveränderungen der Vergangenheit zu sammeln. In der Tat hat sich das Klima in den vergangenen hunderttausenden von Jahren mehrfach drastisch verändert. Beispielsweise gab es mindestens vier große Eiszeiten in den letzten 500.000 Jahren, während derer die Erdtemperatur signifikant niedriger war und sich somit die Eiskappen und Gletscher ausdehnten. Hinweise auf solche Klimawandel finden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an vielen Orten auf der Welt, so auch in der Gegend um den Mar del Plata Canyon vor der Küste Argentiniens.

Dies ist ein idealer Ort, um die Wechselwirkungen zwischen Bodenwasserströmungen und Sedimentation sowie deren Veränderung im Zuge vergangener Klimawandel zu erforschen. Viele Forschende nutzen chemische, paläontologische oder biologische Hinweise von Meeresbodenproben oder -kernen, um Prozesse rund um den Klimawandel zu untersuchen. Andere hingegen nutzen indirekte Methoden, wie die Geophysik, um solche Vorgänge von einer anderen Seite zu beleuchten. Daher nimmt an der Sonne 260-1 Expedition ein internationales Team von insgesamt sieben Geophysikerinnen und -physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Volkhard Spieß von der Universität Bremen teil. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sammeln Mehrkanalseismik- sowie Sediment- und Fächerlot-Daten, um großflächige Informationen über die Topographie des Meeresbodens sowie der Untergrundstrukturen zu erhalten. Aus diesen Erkenntnissen können dann Rückschlüsse auf Ablagerungsvorgänge und klimarelevante Prozesse gezogen werden.

Das 96 Kanal-Streamerkabel.

Das 96 Kanal-Streamerkabel.

Bild: Lena Steinmann
Das Geophysikteam (Akustik) SONNE 260-1, von links nach rechts: Prof. Dr. Volkhard Spiess, Antoine Thieblemont, Dr. Stefan Wenau, Dr. Lena Steinmann, Rouven Brune, Fynn Warnke, Opeyemi Ogunleye.

Das Geophysikteam (Akustik) SONNE 260-1, von links nach rechts: Prof. Dr. Volkhard Spiess, Antoine Thieblemont, Dr. Stefan Wenau, Dr. Lena Steinmann, Rouven Brune, Fynn Warnke, Opeyemi Ogunleye.

Bild: Janina Bösche
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Das 96 Kanal-Streamerkabel.

Bild: Lena Steinmann

Das Geophysikteam (Akustik) SONNE 260-1, von links nach rechts: Prof. Dr. Volkhard Spiess, Antoine Thieblemont, Dr. Stefan Wenau, Dr. Lena Steinmann, Rouven Brune, Fynn Warnke, Opeyemi Ogunleye.

Bild: Janina Bösche

An Bord der Sonne ist das Team um Prof. Dr. Volkhard Spieß unter anderem verantwortlich für die Akquise, das Prozessing und die Analyse mehrkanalseismischer Daten. Um solche Daten zu erzeugen, wird zunächst ein akustisches Signal mittels einer seismischen Quelle, einer sogenannten GI-Gun, ausgesandt. Dieses Signal breitet sich dann durch die Wassersäule sowie das Sediment aus und wird an Grenzflächen, welche durch eine Veränderung der akustischen Impedanz, also das Produkt von Dichte und seismischer Geschwindigkeit, charakterisiert sind, reflektiert. Diese Reflektion wird dann von Empfängern, Hydrophone genannt, in einem sogenannten Streamer-Kabel aufgezeichnet. In diesem Fall umfasst der Streamer 96 solcher Aufzeichnungseinheiten oder Kanäle. Einfach ausgedrückt agieren diese Hydrophone wie Unterwassermikrofone.
"Eine optimale Akquise mehrkanalseismischer Daten variiert in Abhängigkeit von lokalen Gegebenheiten. Für eine bestmögliche Abbildung des Untergrunds müssen daher bei der Wahl der Quelle und des Streamers sowie bei der Planung von Profillinien die geologischen Strukturen berücksichtigt werden", sagt Dr. Stefan Wenau, Geophysiker an der Universität Bremen.

Basierend auf dieser Methode werden hochauflösende Querschnitte durch den Meeresboden generiert, welche essentielle Einblicke in das sedimentäre System sowie dessen Veränderung im Zuge von Klimawandel, wie zum Beispiel durch einhergehende Variationen von Strömungen oder Wassermassen, liefern. Mit dieser Herangehensweise können Untergrundstrukturen bis in eine Untergrundtiefe von über einen Kilometer abgebildet werdet. Schlussendlich werden die Daten noch prozessiert, um das Signalrauschverhältnis zu verbessern. "Ein gutes, individuell angepasstes Prozessing verbessert die Abbildung der Reflektionsgeometrien und ermöglicht so eine optimale Interpretation der Untergrundstrukturen", sagt Dr. Lena Steinmann, Geophysikerin an der Universität Bremen.

Da die generierten Daten ausschlaggebend für die bestmögliche Lokalisierung von Kernstationen und somit für den Erfolg der Sedimentprobenentnahme sind, müssen sie schnellstmöglich und dementsprechend zeitgleich zu der Akquise analysiert werden. Diese Aufgabe wird hauptsächlich vom Gruppenleiter Prof. Dr. Volkhard Spieß durchgeführt.
Zusätzlich zu der Mehrkanalseismik werden auch noch Fächerecholotdaten zur Abbildung der Meeresbodentopographie sowie Sedimentecholotdaten zur Abbildung der oberen 70 Meter des Untergrunds gesammelt. Rouven Brune und Opeyemi Ogunleye, zwei Masterstudenten der Universität Bremen, arbeiten während der Expedition an der Verarbeitung der Fächerecholotdaten. Fynn Warnke, ebenfalls ein Masterstudent der Universität Bremen, beschäftigt sich hingegen hauptsächlich mit den Sedimentecholot-Daten. "Es handelt sich um ein sehr vielfältiges Arbeitsgebiet", sagt Fynn Warnke. "Man lernt unglaublich viel."