Tauchroboter erkunden die Tiefsee

Eine Geschichte in Bildern

1933: Bemannte Tiefseekugeln

Sie waren die erste Möglichkeit, die Unterwasserwelt zu erkunden: Bathysphären, bemannte Tiefseekugeln mit Luken und Messgeräten. William Beebe (1877-1962) veröffentlichte Beschreibungen und Daten der ersten Tauchgänge südlich von Bermuda. Sein Kollege Otis Barton (1899-1992) und er hatten bei Tauchgängen ihre Beobachtungen gesammelt: Sie beschrieben bis dahin unbekannte Fische und nahmen spektroskopische Messungen des Lichtes auf. Innen- und Außentemperaturen wurden dokumentiert, genauso wie die Drücke in unterschiedlichen Tiefen bis über 600 Meter.

1948: Ein Stratosphärenballon für die Tiefsee

Ein gutes Dutzend Jahre später entwickelten Forscher ein neues Tiefseegefährt: den „FNRS-2“, ein Tiefsee-U-Boot. FNRS-1 war ein Stratosphärenballon, den Auguste Piccard in den 1930er-Jahren entwickelt hatte. Das Prinzip sollte nun auch unter Wasser Anwendung finden. Wenn ein leerer Tank mit Wasser geflutet wurde, sank das Tiefsee-U-Boot. Es tauchte erst wieder auf, wenn das Wasser wieder aus dem Tank herausgepumpt wurde. Unbemannt hat „FNRS-2“ Tiefen bis zu 1400 Metern erreicht, wurde jedoch durch stürmischen Seegang beschädigt.

1960: Am tiefsten Punkt der Weltmeere

Jacques Piccard und Don Walsh erreichten 1960 im „Bathyscaph Trieste“ den Mariannengraben. Bei ihrem 20-minütigen Abenteuer wirbelte das U-Boot jedoch den Sand so stark auf, dass die zwei Männer an Bord nicht viel von ihrer Umgebung sehen konnten. In seinem Artikel „Man´s Deepest Dive“ schilderte Piccard anschaulich den abenteuerliche Tauchgang.

1982: Industrieroboter für den Tiefsee-Einsatz

Die Navy versuchte 1982 Industrieroboter für Unterwasser-Erkundungen einzusetzen. Ziel waren Roboter, die sich nicht nur bewegen sondern ihre Umgebung auch sehen können. Zusätzlich sollten sie offline neu programmiert werden können und auch Tätigkeiten auf und am Schiff übernehmen können. „Heutige Roboter sind mit den Traumvorstellungen der Science Fiction Illustratoren nicht vergleichbar. Die heutigen arbeitenden Roboter sind häufig nicht mehr als anspruchsvolle mechanische Klauen“, heißt es in einem Bericht der Navy. Solch eine Klaue verfügte über einen Greifarm mit verschiedenen Einstellungsgrößen.

1985: Roboter tauchen zur Titanic ab

73 Jahre nach dem Titanic-Untergang machte sich der Tiefseeroboter „Argo“ auf den Weg, um das Wrack zu lokalisieren. Ein „schwimmender Augapfel“ ungefähr so groß wie ein Auto. Robert D. Ballard hieß der Forscher, der die Erkundung unter Wasser leitete. Er fand die Titanic in 3800 Metern Tiefe. Es sei ein unglaubliches Erlebnis für ihn gewesen, sagte er später. Mithilfe von „Argo“ konnte ein komplettes Profil des Schiffes erstellt werden.

1995: Tiefer geht es nicht

Der unbemannte Forschungsroboter „Kaiko“ erreicht als erstes ROV (remotely operated vehicle) die tiefste Stelle des Mariannengrabens: das Witjastief in 11.034 Metern unter dem Meeresspiegel. Ein Tiefenweltrekord, der viel materialwissenschaftliches und technisches Know-how erforderte. Denn nicht jedes Material übersteht einen Druck, der gut 1000-mal stärker ist als der Luftdruck auf der Erde. Der Roboter „Kaiko“ war über ein Glasfaserkabel mit dem Mutterschiff verbunden und entnahm Proben vom Meeresgrund. Neben Einzellern entdeckte er dort eine Seegurke, eine Garnele und einen Ringelwurm. Im Jahr 2003 riss Kaikos Verbindungskabel zum Mutterschiff. Seitdem ruht er auf dem Grund des Mariannengrabens.

2001: Extremes Leben an Unterwasser-Vulkanen

Das Bremer Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie hat 2001 methanfressende Bakterien untersucht, die der Tiefseeroboter „Victor“ in der Norwegischen See in 1250 Metern Tiefe gesammelt hatte. Die eingebaute Kamera ermöglichte den Forschern eine Kontrolle vom Schiff aus. Neben diesen Schwefelbakterien fanden die Forscher Archäen am Unterwasser-Vulkan Haakon Mosby: Das sind Einzeller aus der Frühzeit der Erde, die in extremen Lebensräumen leben. Laut der Meeresbiologin Antje Boetius können die Archäen gemeinsam mit diesen Bakterien Methan zu Kohlenstoffdioxid oxidieren. Die Besonderheit dabei: Sie benötigen keinen freien Sauerstoff, um diese chemische Umwandlung durchzuführen. Eine Weiterentwicklung des Tauchroboters wird auch heute noch auf dem Forschungsschiff Polarstern eingesetzt.

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

Ab 2003: Erste autonome Tauchroboter

Der erste autonome Tauchroboter „AUV Bluefin” hatte die Form eines U-Boots und wurde erstmals 2003 an das Alfred-Wegener-Institut ausgeliefert. Die „autonomouos underwater vehicles“ (AUVs) sind besonders für längere Einsätze am Meeresgrund perfekt, da sie ohne Verkabelung Forschung betreiben können. Sein Nachfolger, der „AUV Abyss“ kann mit Hilfe von Echoloten den Meeresboden kartieren und mittels Sensoren die physikalischen Parameter aus der Wassersäule bestimmen. Das Gerät wird mit Lithium-Batterien betrieben, mit denen es bis zu 22 Stunden tauchen und messen kann.

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

2004: Ein Crawler misst Sauerstoff

Eine neue Entwicklung am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie ermöglicht es, Sauerstoff im Sediment des Meeresboden zu messen: Der „Crawler“ bestimmt unter anderem auch die Geschwindigkeit der Stoffumsetzung. Diese gibt Hinweise auf die Klimaentwicklung der Erde. Eine Reaktion des Sauerstoffs mit einem Farbstoff in der Spitze der Sonde erzeugt Fluoreszenz. Diese wiederum ist ein Maß für die Menge des vorhandenen Sauerstoffs.

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

2004: Faszinierendes Leben an Schwarzen Rauchern

Der Tiefseeroboter „MARUM-QUEST“ sammelt Proben in mehreren Tausend Metern Tiefe. Heiße Quellen spucken in der Tiefsee Schwefelwasserstoff, Ammonium, Methan, Eisen und Wasserstoff ins Meer. „Die Organismen gewinnen die Energie durch Oxidation dieser Substanzen; ganz ohne Sonnenlicht“, sagt Nicole Dubilier vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen. Diese lebenswichtige Chemosynthese ermöglicht es den Mikroorganismen in der Dunkelheit der Tiefsee Energie zu gewinnen.

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

2005: „Alvin“ entdeckt Röhrenwürmer-Kolonie

Forscher der Kieler Universität und des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie haben 2005 mit dem Forschungstauchboot „Alvin“ erstmals eine Methanquelle am Meeresboden vor Costa Rica untersucht. In einer Meerestiefe von 2500 Metern fanden sie einen „Wald“ von Röhrenwürmern in der Größe zweier Fußballfelder. „Wir kennen diese Röhrenwürmer aus verschiedenen kleinen Vorkommen in unserem Arbeitsgebiet und aus anderen Bereichen, zum Beispiel von Mittelozeanischen Rücken“, sagte der Kieler Forscher Warner Brückmann vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften. „In so großer Anzahl und Dichte haben wir sie aber bislang noch nirgendwo beobachtet.“ Die Würmer nutzen das Sulfid, das beim Methanabbau freigesetzt wird, um in der Tiefsee zu überleben. Ihre Wohnröhren ragten bis zu 1,5 Meter aus dem Meeresboden heraus.

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

2009: Sechs Monate unter Wasser

Der „Benthic Rover“ konnte erstmals ohne Unterbrechung für sechs Monate in der Tiefsee Messungen durchführen und war dafür extra mit 96 Alkalin-D-Batterien ausgestattet. Er vermaß den Sauerstoffverbrauch von Organismen in dieser Tiefe. Mit Hilfe seiner Messungen wurden erstmals Auswirkungen von sinkenden Nährstoffen der Wasseroberfläche auf die Tiefsee sichtbar. Gerade die Langzeit-Untersuchungen machten diesen Roboter für die Forscher des Monterey Bay Aquaraium Research Instituts unverzichtbar. „Die Messdaten zeigen saisonale Änderungen während eines Jahres“, sagte die Leiterin Alana Sherman dem Magazin „Wired“.

2011: Robotersteuerung per Mausklick

Der Tiefseeroboter „Wally“ erkundet per Mausklick den Meeresboden. Der preisgekrönte Roboter kann 900 Meter unter der Wasseroberfläche übers Internet Videomaterial und Daten senden. Wissenschaftliche und finanzielle Unterstützung bekommen die Forscher der Jacobs University vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie. Aus knapp 9000 Kilometern Entfernung sendete Wally vor Publikum Fotos und Videos von seinem „Treffen“ mit Unterwasser-Lebewesen. „Der Forschungsroboter Wally verbindet hochentwickelte Tiefsee- und Sensortechnologie mit der im Grunde einfachen Idee, dass die moderne Kommunikation übers Internet heutzutage alle zeitlichen und räumlichen Grenzen überwindet“, sagte Martin Klinkhammer der DFG-Senatskommision für Zukunftsaufgaben der Geowissenschaften.

2014: Die Tierwelt als Vorbild

Der „Crabster CR200“ wurde für die schwierigsten Tiefsee-Expeditionen konstruiert: Die Forscher des Korean Institute of Ocean Science and Technology um Bong Huan Jun nahmen sich dabei Krabben und Hummer zum Vorbild, die in stürmischen Gewässern leben. Deshalb kann der Roboter auch bei Strömung, in unwegsamem Gelände und in tiefen Gewässern eingesetzt werden. Das Besondere des Roboters: Er bewegt sich nur mit einer Geschwindigkeit von 10 Zentimetern pro Sekunde am Meeresboden fort. In Zukunft soll er in bis zu 200 Metern Meerestiefe Schiff-Wracks untersuchen oder bei Öl-Unfällen Lecks identifizieren und verschweißen. Da er ohne laute Propeller auskommt, stört er Tiere nicht in ihrem Lebensraum.

2016: Ein Jahr nur Tiefsee-Sauerstoff atmen

Der „Tramper“ misst seit Juli 2016 in 2500 Metern Wassertiefe westlich von Spitzbergen den Sauerstoffgehalt des Bodens. Abgestorbene Pflanzen und Tiere werden von Mikroorganismen zersetzt und liefern Sauerstoff. Der Stoffkreislauf ändert sich während eines Jahres. Forscher des Alfred-Wegener-Institutes und des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie sammeln für zwölf Monate am Stück Daten zu Umweltveränderungen am arktischen Meeresboden.

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie