In den kalten, aufgewühlten Gewässern der Resurrection Bay in Alaska waren alle Augen auf das graue Wasser gerichtet und suchten nur nach einer Sache.
Es war nicht der Auswurf eines Buckelwals, der durch diesen malerischen Fjord rast, oder ein Seeotter, der faul auf seinem Rücken liegt und eine Königskrabbe frisst.
Stattdessen schauten alle an Bord der Nanuq, einem Forschungsschiff der University of Alaska Fairbanks, dorthin, wo ein 5 Fuß (1,52 Meter) langer, hellrosa Unterwasser-Seegleiter auftauchte.
Das Segelflugzeug – vermutlich das erste, das mit einem großen Sensor zur Messung des Kohlendioxidgehalts im Ozean ausgestattet war – hatte gerade seine erste Mission über Nacht abgeschlossen.
Das autonome Fahrzeug wurde entwickelt, um 1.000 Meter tief zu tauchen und abgelegene Teile des Ozeans zu durchstreifen. Es wurde in diesem Frühjahr im Golf von Alaska eingesetzt, um ein tieferes Verständnis der Chemie des Ozeans in Zeiten des Klimawandels zu ermöglichen. Die Forschung könnte ein großer Fortschritt bei der Überwachung von Treibhausgasen im Ozean sein, da die Messung der CO2-Konzentration – ein Maß für die Ozeanversauerung – bisher hauptsächlich von Schiffen, Bojen und Vertäuungen aus durchgeführt wurde, die am Meeresboden festgemacht waren.
„Die Ozeanversauerung ist ein Prozess, durch den Menschen Kohlendioxid in die Atmosphäre abgeben, indem sie fossile Brennstoffe verbrennen und die Landnutzung verändern“, sagte Andrew McDonnell, Ozeanograph am College of Fisheries and Ocean Sciences an der University of Alaska Fairbanks
Die Ozeane haben den Menschen einen großen Gefallen getan, indem sie einen Teil des C02 aufgenommen haben. Andernfalls wäre viel mehr in der Atmosphäre, würde die Sonnenwärme einfangen und die Erde erwärmen.
„Aber das Problem ist jetzt, dass der Ozean aufgrund dieser Aufnahme seine Chemie verändert“, sagte Claudine Hauri, Ozeanographin bei der Internationales Arktisches Forschungszentrum an der Uni.
Die enorme Menge an gesammelten Daten wird verwendet, um die Ozeanversauerung zu untersuchen, die bestimmte Meereslebewesen schädigen und töten kann.
Der zunehmende Säuregehalt der Ozeane beeinträchtigt einige Meeresorganismen, die Muscheln bauen. Dieser Prozess könnte einen Organismus töten oder anfälliger für Raubtiere machen.
In diesem Frühjahr arbeiteten Hauri und McDonnell, die verheiratet sind, mehrere Wochen lang mit Ingenieuren von Cyprus Subsea Consulting and Services, die den Unterwassergleiter lieferten, und 4H-Jena, einem deutschen Unternehmen, das den in die Drohne eingesetzten Sensor lieferte.
An den meisten Tagen brachten die Forscher das Segelflugzeug von der Küstengemeinde Seward immer weiter in die Resurrection Bay, um Tests durchzuführen.
Nach seiner ersten nächtlichen Mission entdeckte ein Besatzungsmitglied, dass es im Wasser auf und ab schaukelte, und die Nanuq – das Inupiat-Wort für Eisbär – wich zurück, um die Leute den 59 Kilogramm schweren Gleiter auf das Schiff ziehen zu lassen. Dann wurde der Sensor von der Drohne entfernt und in die Schiffskabine gestürmt, um seine Daten hochzuladen.
Stellen Sie sich den fußhohen (0,30 Meter) Sensor mit einem Durchmesser von 6 Zoll (15,24 Zentimeter) als ein Labor in einer Röhre vor, in der sich Pumpen, Ventile und Membranen bewegen, um das Gas vom Meerwasser zu trennen. Es analysiert CO2 und protokolliert und speichert die Daten in einem temperaturgesteuerten System. Viele dieser Sensorkomponenten verwenden Batteriestrom.
Da es sich um den Industriestandard handelt, ist der Sensor derselbe wie auf jedem Schiff oder Labor, das mit CO2-Messungen arbeitet.
Hauri sagte, die Verwendung sei „ein großer Schritt, um einen so großen und leistungshungrigen Sensor unterbringen zu können, das ist also das Besondere an diesem Projekt.“
„Ich denke, sie ist eine der ersten Personen, die tatsächlich (Segelflugzeuge) verwendet, um CO2 direkt zu messen, das ist also sehr, sehr aufregend“, sagte Richard Feely, the National Oceanic and Atmospheric Administration leitender Wissenschaftler am Pacific Marine Environmental Laboratory der Agentur in Seattle. Er sagte, Hauri sei 2007 eine Doktorandin gewesen, als sie ihn auf der ersten Versauerungskreuzfahrt begleitete, die er je geleitet habe.
Die Herausforderung, so Feely, bestehe darin, die Messungen auf einem Segelflugzeug mit der gleichen Genauigkeit und Präzision durchzuführen wie Tests an Bord von Schiffen.
„Wir müssen Vertrauen in unsere Messungen und Vertrauen in unsere Modelle gewinnen, wenn wir wichtige wissenschaftliche Aussagen darüber treffen wollen, wie sich die Ozeane im Laufe der Zeit verändern und wie sich dies auf unsere wichtigen Wirtschaftssysteme auswirkt, die von der Nahrung aus dem Meer abhängig sind “, sagte er und stellte fest, dass im pazifischen Nordwesten bereits Auswirkungen der Versauerung auf Austern, Dungeness-Krabben und andere Arten zu beobachten sind.
Forscher in Kanada hatten zuvor einen kleineren Prototyp-CO2-Sensor an einer Unterwasserdrohne in der Labradorsee angebracht, stellten jedoch fest, dass er die Ziele für die Beobachtung der Ozeanversauerung noch nicht erfüllte.
„Die Tests zeigten, dass der Segelflugzeugsensor in einer entfernten, rauen Umgebung funktionierte, aber weiter entwickelt werden musste“, sagte Nicolai von Oppeln-Bronikowski, Manager des Segelflugzeugprogramms am Ocean Frontier Institute der Memorial University of Newfoundland, in einer E-Mail.
Die beiden Teams „verwenden nur zwei verschiedene Arten von Sensoren, um dasselbe Problem zu lösen, und es ist immer gut, zwei verschiedene Optionen zu haben“, sagte Hauri.
In der autonomen Unterwasserdrohne befindet sich kein GPS-Gerät. Stattdessen macht es sich nach der Programmierung selbstständig auf den Weg, um den Ozean gemäß den Navigationsanweisungen zu durchqueren – wobei es weiß, wie weit es in der Wassersäule abtauchen muss, wann es Proben nehmen und wann es auftauchen und ein Ortungssignal senden muss, damit es sein kann abgerufen.
Während die Drohnentests im Gange waren, führte das US-Forschungsschiff Sikuliaq, das der National Science Foundation gehört und von der Universität betrieben wird, seine eigene zweiwöchige Mission im Golf durch, um im Rahmen der laufenden Arbeiten jeden Frühling und Sommer Kohlenstoff- und pH-Proben zu entnehmen und Herbst.
Diese Methoden beschränken sich auf das Sammeln von Proben von einem festen Punkt, während der Gleiter in der Lage sein wird, über den ganzen Ozean zu streifen und den Forschern eine Fülle von Daten über die chemische Zusammensetzung des Ozeans zu liefern.
Die Vision ist es, eines Tages eine Flotte von Robotergleitern zu haben, die in Ozeanen auf der ganzen Welt operieren und einen Echtzeit-Einblick in die aktuellen Bedingungen und eine Möglichkeit bieten, die Zukunft besser vorherzusagen.
„Wir können … viel mehr darüber verstehen, was im Ozean vor sich geht, als wir es je zuvor getan haben“, sagte McDonnell.
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