Die Tiefen erforschen

Die Abgründe und Gräben der großen Ozeane sind ein noch weitgehend unerforschtes Gebiet. Die Forschung beginnt gerade damit, einige der Geheimnisse zu entdecken, die in den unendlichen Tiefen unserer Weltmeere schlummern.

Extreme hydrothermale Umgebungen in Tiefenwasser werden durch Unterwasser-Spalten hervorgerufen, die die Erdkruste öffnen. Weltweit waren Forscher sehr überrascht herauszufinden, daß diese heißen und hochgiftigen Wasser vor sehr ungewöhnlichem Leben wimmeln. Manche der vorkommenden Mikroorganismen könnten eine Quelle für wertvolle Biochemikalien darstellen.

Eine heiße Angelegenheit

In jüngster Vergangenheit sind hydrothermale (Heißwasser-) Tiefseespalten in Wissenschaft und Forschung auf großes Interesse gestoßen. Sie wurden 1977 entdeckt, und heute weiß man, daß sie an vielen Stellen des Meeresbodens vorkommen. Eine Spalte öffnet sich da, wo die Erdkruste instabil ist. Wenn sich Risse bilden, sickert Meerwasser in die Tiefen, wo sich heißes Gestein befindet, und wird dann hochgestoßen, wenn die Temperatur im Innern der Spalte es zum Kochen gebracht hat. In der Umgebung einer solchen Spalte kann die Temperatur bis zu 420 •C betragen. Kleine Partikel und heißes Wasser, das mit Gesteinsmineralien angereichert ist, werden aus der Spalte geschleudert und bewirken eine extreme Toxizität des umgebenden Wassers.

Forscher in der ganzen Welt waren deshalb äußerst erstaunt festzustellen, daß diese heißen und toxischen Umgebungen vor - sehr ungewöhnlichem - Leben wimmeln. 300 neue Arten wurden seit 1977 in hydrothermalen Spalten gefunden. Die Ökosysteme beruhen auf Bakterien, die Schwefelwasserstoff und die Hitze in der Spalte zum Bau komplexer Nahrungsmoleküle nutzen. Diese Bakterien sind eine Nahrungsquelle für alle anderen dort vorkommenden Organismen.

Für manche in den Spalten lebenden Organismen stellen Bakterien die Energiequelle dar, aber es gibt auch Würmer, die unkonventioneller vorgehen. Diese Würmer besitzen weder Eingeweide noch ein Verdauungssystem. Statt dessen bestehen sie aus lebenden Bakterien, die ihr Gewebe bilden (jedes einzelne Gramm des Wurms enthält 10 Milliarden Bakterien) und sie mit allem versorgen, was sie brauchen. Als Gegenleistung versorgt das Blut des Wurms den riesigen Bakterienstamm mit dem Schwefelwasserstoff, den er benötigt.

Das europäische Projekt Amores wird von Wissenschaftlern geleitet, die sich für diese befremdliche Umgebung interessieren. Die Studien sind nicht nur sehr wertvoll, weil sie unseren Wissensstand über die Natur erhöhen, sondern auch deshalb, weil sie möglicherweise eine bedeutende, praktische Auswirkung haben. Die Bakterien, die in hydrothermalen Spalten gedeihen, könnten zur Lösung von Umweltproblemen vor unserer Haustür eingesetzt werden, da die Bedingungen in der Nähe von hydrothermalen Spalten - nämlich kein Sauerstoff, hohe Schwefelwasserstoff- und Schwermetallkonzentrationen - genau die Bedingungen sind, die wir an den umweltbelasteten Küstengewässern Europas antreffen.

Amores untersucht vier verschiedene hydrothermale Gebiete im Atlantischen Ozean, um herauszufinden, wie Hitze und Materie in den Atlantischen Ozean gelangen. Eingesetzt werden große Oberflächenschiffe zusammen mit kleineren Unterseebooten für Tiefseeforschung, um Informationen über die physikalischen und chemischen Prozesse, die sich um hydrothermale Spalten abspielen, zu erhalten und möglicherweise nützliche Bakterienarten zu entdecken.

Eine Unterwasser-Apotheke?

Andere europäische Forscher untersuchen Mikroorganismen, die in Tiefseespalten und marinen, heißen Quellen leben, um herauszufinden, ob sie einen Fundus für wertvolle Biochemikalien darstellen. Thermophile Bakterien produzieren Verbindungen und Enzyme mit einzigartigen Eigenschaften, da sie bei den hohen Temperaturen, in denen der Organismus lebt, aktiv bleiben müssen. Mit dem Screening von im Meer lebenden Mikroorganismen, deren Umweltpotential zunächst erkannt worden war, konnten einige interessante, biologische Moleküle, einschließlich ungewöhnlicher Enzyme, Antibiotika, Antialgen-Verbindungen, antikarzinogener Substanzen und versteckten Zuckers, entdeckt werden.

Eine kalte Angelegenheit: Unterwasser-Lawinen

Die physikalische Beschaffenheit des Meeresbodens ist gleichermaßen von großem Interesse, inbesondere, was die bedeutenden Sedimentationsprozesse an den Rändern zwischen Küstenregionen und Tiefsee angeht. Ein Untersuchungsgebiet des ENAM-Projekts ist der Rand des europäischen Teils des Nordatlantiks zwischen Norwegen und der Irischen See. Wissenschaftler von ENAM II untersuchen Sedimentationsmuster von der Sockelspitze, durch den Kontinentalabhang hinunter bis zur Tiefsee-Furche des Nordatlantiks.

Aufgrund reicher Erdöl- und Erdgasvorkommen ist diese Region Erölgesellschaften ein Begriff; viele von ihnen wollen dort Bohrtürme errichten. Aber da gibt es ein Problem. In den tiefsten Gräben des Ozeans ist das Wasser sehr kalt, und Gashydrate (eisähnliche Kristalle) bilden sich in geringem Abstand zum Meeresboden. Gashydrate im Meer gelten heute als größte, wenig erforschte Gefahr, welche die Stabilität von Bohrtürmen in Erdölfeldern in Tiefenwasser bedrohen. Die Stabilität von Gashydraten hängt von den Temperatur- und Druckverhältnissen ab, die auf dem Meeresboden herrschen. Die derzeitige, globale Temperaturerhöhung führte zu Veränderungen von Wasserspiegeln, welche die Instabilität von Gashydraten erhöhen und den Seeboden insgesamt sehr viel anfälliger für Verschiebungen und Rutschungen machen. Große Unterwasser-,Lawinen", die sogenannten ,mass wasting events", werden immer häufiger (siehe Tabelle). Bei einer Rutschbewegung können riesige Sedimentmengen wie eine Unterwasser-Lawine ins Rutschen geraten und von der Spitze des Rands bis in die tiefsten Schichten des Grabens gleiten.

Jürgen Mienert, Kooridnator von ENAM II, erklärt: ,Unsere Arbeit bietet neue Einblicke in die verschiedenen Sedimentationsprozesse, die das Seebett des Nordatlantischen Ozeans bilden. Wir hoffen, daß wir die Veränderungen, die an der Sockelspitze und dem Kontinentalabhang auftreten, besser verstehen lernen und Computermodelle entwickeln können, um herausfinden, in welchen Gebieten die Stabilität am größten ist. Es liegt auf der Hand, daß dieser Teil des Projekts großes Interesse bei der Ölindustrie wecken wird."

Die Tiefen des Nordatlantiks sind reich an Erdölvorkommen, der Meeresboden neigt jedoch unter bestimmten physikalischen Bedingungen zu großer Instabiliät. In dem Projekt ENAM II untersuchen Forscher Unterwasser-,Lawinen", die Sedimentrutsche bis hinunter zu den Kontinentalabhängen verursachen und dadurch die Erdölförderung unsicher machen können.

Tiefsee-Technologie

Die Erforschung der Tiefenwasser und Bedingungen, die auf und unter dem Meeresboden herrschen, ist ohne hochspezialisierte Ausrüstung nicht möglich. Es sind neue Technologien erforderlich, damit die Forscher die oftmals gefährlichen Umgebungen des Meeresgrunds untersuchen können. Viele Projekte, die im Rahmen des von der Europäischen Kommission durchgeführten Programms MAST (Marine Science and Technology) unterstützt werden, entwickeln Technologien in diesem Bereich, ebenso wie eine große Zahl von Eureka-Projekten, die unter dem Projekt EUROMAR koordiniert werden. Hier einige Beispiele:

1. Projekt Alipor: Dieses automatische Landungsgerät kann im Meeresboden bis unter sein Eigengewicht versinken, Experimente durchführen, Daten sammeln und danach wieder an die Oberfläche zurückkehren.

2. Sirene ist ein ferngesteuerter Träger, der unter Verwendung fortgeschrittener, tele-akustischer Kommunikation Unterwasser-Laboratorien mit höchster Präzision inTiefen bis zu 6000 m positionieren kann.

3. Das Euromar-Projekt Roman hat einen schweren Tiefsee-Roboter entwickelt, der schwere, für Taucher zu gefährliche Arbeiten in großen Tiefen übernehmen kann.

4. Amadeus ist ein Forschungsprogramm zur Verbesserung der Geschicklichkeit und sensorischen Fähigkeit ferngesteuerter Unterwasser-Manipulationssysteme. Dieser endgültige Prototyp sollte Organismen, Sedimente und Gestein mit extremer Genauigkeit erfassen können.