Eine Rekordreise zum Atacama-Graben

Abbildung 1: Der chilenische benthische Lander Audacia wird zu Beginn seines dritten und im Atacama-Graben auf 8.081 m in den Ozean abgesenkt. (Bild: Courtesy Kevin Hardy und Atacamex 2018)

Abbildung 1a: Am 26. Januar 2018 wird der benthische Lander Audacia auf 8.024 m Höhe abgestürzt. Beim nächsten Tauchgang erreichte der benthische Lander die tiefste Tiefe des Peru-Chile-Grabens mit 8.081 m. Holothurianer, Amphipoden, Polychaeten und andere Tiere wurden beobachtet und einige in einer Köderfalle gefangen. Der Lander wurde vom chilenischen Forschungsschiff Cabo de Hornos betrieben, das von der chilenischen Armada betrieben wurde. (Bild: Courtesy Kevin Hardy und Atacamex 2018)

Abbildung 2: Der benthische Lander Audacia wird über die Seite gehoben, um von der Decksmannschaft des modernen chilenischen Forschungsschiffes Cabo de Hornos, das von der chilenischen Armada betrieben wird, eingesetzt zu werden. Die Glaskugeln erhöhen die Auftriebskraft, während die Instrumente das Gewicht niedrig halten und so eine Stabilität schaffen. (Bild: Courtesy Kevin Hardy und Atacamex 2018)

Abbildung 3: Die Mocness mit mehreren Plankton-Netzen für die Probenahme in diskreten Tiefen. Sea-Bird-Umgebungssensoren befinden sich auf der Oberseite des großen Stahlrahmens. (Bild: Courtesy Kevin Hardy und Atacamex 2018)

Abbildung 4: Eine kleine, zarte Garnele, lebendig und in perfektem Zustand, gesammelt vom Mocness-Planktonnetz. (Bild: Courtesy Kevin Hardy und Atacamex 2018)

Abbildung 5: Ein großes Amphipod, das während der ATACAMEX 2018 aus dem Atacama-Graben geborgen wurde. (Foto: Courtesy Kevin Hardy und Atacamex 2018)

Abbildung 6: Chilenische Meeresforscher sammeln Proben aus dem benthischen Lander Audacia nach ihrer dritten Reise zum Grabenboden und erreichen 8081 m. (Bild: Courtesy Kevin Hardy und Atacamex 2018)

Previous Next

Eine chilenische Expedition zur Erkundung des Meeresgrabens vor der eigenen Küste gelang es, einen benthischen Lander mit dem Namen DOV Audacia (Audacity) zu starten und zu bergen, der dreimal so tief wie 8.000 Meter war und zuletzt eine Rekordtiefe von 8.081 Metern erreichte. Mit einem Mocness Trawl sammelte die Expedition auch Plankton in einer Rekordtiefe von 5.000 Metern. Die Atacamex 2018-Expedition stellt einen Meilenstein für die Meereswissenschaften in Chile dar, da Forscher dort bahnbrechende Arbeiten in der Tiefseeforschung und -forschung betreiben.

Die Hadal-Zone ist die tiefste Region des Ozeans, von 6.000 bis 11.000 Meter unter dem Meeresspiegel. Ihr Zugang und Studium ist aufgrund des hohen Drucks und der großen Schwierigkeiten, diese Tiefen zu erreichen, äußerst schwierig. Aus diesen Gründen ist dieses Gebiet nicht aus Mangel an Interesse praktisch unerforscht geblieben. Die Hadal-Zone besteht aus mehr als einer Reihe von Schützengräben, von denen viele den Pazifischen Feuerring bilden, wo die Erde einen Teil ihrer Kruste verschlingt, weil eine tektonische Platte unter der anderen versinkt und so Inselketten und bergige Gebiete wie die Anden entstehen . Ozeangräben können bei starker seismischer Aktivität unerwartet explodieren und erschütternde Erschütterungen und zerstörerische Tsunamis verursachen.

Entlang der Westküste Südamerikas liegt der Peru-Chile (Atacama) Trench, der längste des Planeten, mit einer maximalen Tiefe von 8.065 Metern, was ihn zum zehnttiefsten Graben der Welt macht.

Am 25. Januar - 02. Februar 2018, auf der Atacamex 2018 Expedition, machten chilenische Ermittler vom Instituto Milenio de Oceanografía (IMO-Chile) unter der Leitung von Professor und Institutsleiter Osvaldo Ulloa erste Beobachtungen und sammelten Proben aus den tiefsten Tiefen 8.081m im Atacama-Graben. Das chilenische Forschungsschiff Cabo de Hornos, das von der chilenischen Armada betrieben wird, war das Oberflächenstützschiff.

Um die historische Exploration zu erreichen, musste zuerst ein anderer Weg gefunden werden als die massive Winde und der lange Draht, der normalerweise zum Erschließen der Hadaltiefen verwendet wurde. Stattdessen stützten sich die Forscher auf das Design und die Konstruktion eines kundenspezifischen Hadal-Klasse-freien Fahrzeugs, eines benthischen Landers. Das High-Tech- und kompakte autonome Tiefseefahrzeug aus modernen Materialien wurde von Global Ocean Design (San Diego, CA) entwickelt und gebaut. Dr. Ulloa nannte seinen benthischen Lander "Audacia" (Audacity), um die Kühnheit und Furchtlosigkeit zu erkennen, die nötig waren, um eine unerforschte Grenze herauszufordern. Der benthische Lander "Audacia" ist 96 "/ 244 cm hoch x 25" / 64 cm breit (49 "/ 125 mm breit mit den seitlichen variablen Schwimmkörpern) x 21" / 53 cm tief, mit einem Gewicht von ungefähr 182 kg. Im Wasser wurde der Lander getrimmt, um wie eine Spar-Boje mit 40 Pfund positiven Auftrieb zu schwimmen. Ein Expandable-Anker mit einem Gewicht von 36 kg brachte den Lander mit etwa 1 m / Sek. Seitlicher Offset durch einen Oberflächenstrom würde nicht viel bewirken. Wenn ein Oberflächenstrom 100 m dick wäre, würde der Lander in 1 min 40 s hindurch blasen. Der benthische Lander "Audacia" wurde von Kevin Hardy von Global Ocean Design (San Diego, Kalifornien) entworfen und gebaut. Er ist ein weltweiter Experte für das Design und den Bau von Tiefsee-Landern für die Erforschung. Es verwendete Komponenten von einer Reihe von internationalen Unternehmen.

Der benthische Lander absolvierte während der Atacamex-Expedition 2018 drei Tauchgänge, alle in Tiefen von über 8.000 Metern. Nach der Freigabe des Ankers kehrte er nahe dem Punkt der Ausbringung an die Oberfläche zurück.

Die wichtigsten Errungenschaften von "Audacia" im Atacama Trench sind:

• Durchführung von in-situ Messungen und Beobachtungen unter 8.000 Meter Tiefe;
• Registrierung einer Tiefe, die größer ist als der historische Rekordwert (8.065 Meter), womit ein neuer Rekord von 8.081 Metern erreicht wurde;
• Das Sammeln von Meerwasserproben in einer Tiefe von mehr als 8.000 Metern ermöglicht erstmals Beobachtungen, welche Arten von Mikroorganismen in den Gewässern des Atacama-Grabens leben, sowie einige der chemischen Eigenschaften von ultra-tiefem Meerwasser in dieser Region der Pazifik;
• Erhalten von Fotografien des Meeresbodens des Grabens in mehr als 8.000 Metern Tiefe;
• Gewinnung von Amphipoden (Krustentieren) in mehr als 8.000 Metern Tiefe mit einer Köderfalle, die vom Lander selbstständig eingesetzt wurde;
• Abbildung der aktiven und dichten Biologie, die in der benthischen Grenzschicht lebt;
• Demonstration der Verwendung von sehr anpassungsfähigen benthischen Landern, die eine verstärkte Erforschung des tiefen Ozeans zu geringeren Gesamtkosten ermöglichen.

Der Benthische Lander
Der benthische Lander ist ein untethered free vehicle, das bedeutet, sobald es über der Seite ist, wird die physische Verbindung zum Schiff unterbrochen. Die Fähigkeit des Landers, nach unten und zurück zu gelangen, basiert auf der Kontrolle der Dichte nach dem Prinzip von Archimedes: Wenn der Lander schwerer als Meerwasser ist, sinkt er, wenn er leichter ist, schwimmt er. Ein verlorener Anker sorgt dafür, dass das negative Gewicht sinkt, während die feste Schwimmschicht die Verschiebung bereitstellt, um wieder auf die Oberfläche zu schweben, sobald der Anker losgelassen wird.

Benthische Lander sind der kostengünstigste Weg, um zu mittleren oder benthischen Standorten zu gelangen. Sie können Fallen, Probenehmer und Sensoren tragen. Sie können in jede Tiefe reisen und bleiben für kurze Zeitspannen bis zu mehreren Jahren. Lander können mit Countdown-Timern, akustischem Befehl, galvanischer Zeitfreigabe (GTR) oder durch einen vorprogrammierten Ereignisauslöser ausgelöst werden. Die Operationen können auf kleineren Charterschiffen von Häfen in der Nähe des interessierenden Standorts aus durchgeführt werden, so dass die Forscher von den erheblichen Kosten- und Terminierungsschwierigkeiten spezieller ozeanographischer Schiffe befreit werden. Einige sind klein genug, um mit einer Hand aus dem Ozean gehoben zu werden, aber stark genug, um in jeden Ozeangraben zu gelangen. Zu den erweiterten Anwendungen gehören Exploration, Wissenschaft, Forschung und Umweltüberwachung. Sie können einzeln oder in großer Anzahl eingesetzt werden, um ein großes Gebiet von einem kleinen Schiff aus zu überwachen. Sobald der Lander eingesetzt ist, ist er frei von dem Schiff, während gleichzeitig das Schiff frei ist, wenn der Lander. Lander können so konfiguriert werden, dass sie miteinander oder mit einer Oberflächenplattform wie einer Ölplattform kommunizieren. Viele der gleichen Wissenschaften, die für die Verwendung der Kabel-zu-Land-OOS-Netzwerke vorgeschlagen wurden, können mit benthischen Landern durchgeführt werden, mit der Einschränkung, dass Daten nicht rund um die Uhr verfügbar sind. Geräte, die für die Verbindung mit dem OOS ausgelegt sind, können mithilfe von Landern qualifiziert werden.

Einsatz von DOV Audacia setzte einen Kran, Schlagzeilen und eine schnelle Freigabe ein. Als sie an die Oberfläche zurückkehrten, zogen zwei Zodiacs den Lander zum Schiff Cabo de Hornos, wo eine Schlinge befestigt war, um den Lander mit dem Kran an Bord zu bringen. Der Lander wurde in einer vertikalen Ausrichtung gesichert, so dass beide Seiten des Landers zum Entfernen von Proben und zum Herunterladen von Daten zugänglich waren.

Das Auftriebsbudget wird durch die Verwendung von Kunststoff über Metall für den Rahmen und die Seitenwände verwaltet. Zwei 17 "Borosilikatglaskugeln (Nautilus Marine Service, Buxtehude, DE) bieten sowohl Flotation als auch Gehäuse und sind leichter als syntaktisch. Durchkontaktierungen und Vakuum- / Spülöffnungen im Glas wurden von Global Ocean Design zur Verfügung gestellt. Unterwasseranschlüsse wurden von MacArtney / SubConn bereitgestellt.

Paare von 10 "Flotationskugeln mit einer Tauchtiefe von 10 km, die auf jeder Seite bis zu einem Maximum von 8 hinzugefügt werden, bieten einen variablen Auftrieb von bis zu 33 kg. Die 10-Zoll-Kugeln können auch zusätzliche Instrumentenkugeln für Gastforscher bereitstellen, die sich auf dem chilenischen Lander "mitnehmen" wollen. Eine Ballastgewichtsschale an der Unterseite bietet eine bequeme Befestigung der Trimmgewichte.

Ein Ankergewicht von 40 kg zieht den benthischen Lander zum Meeresboden. Um zu steigen, wird der Anker entweder durch das BART akustische Befehlssystem (EdgeTech, West Wareham, MA) oder einen Sicherungs-Countdown-Timer (Global Ocean Design) ausgelöst. Das EdgeTech BART-Board, das für diese Mission entwickelt wurde, verfügt über 2 Brenndrähte und drei zusätzliche Befehle, die ebenfalls in Brenndrähte umgewandelt werden können.

Radio Ride Finding (RDF) und Strobe Recovery Beacons wurden von Xeos (Dartmouth, NS, CAN) gemacht. Diese funktionierten sehr gut. Ein kundenspezifisches GPS-Beacon-Board (Global Ocean Design) und ein Innen-LED-Blitz funktionierten gut. Satelitte Coverage in der südlichen Hemisphäre verlangsamte die Rate der Bestimmung der wahren Position auf das Schiff übertragen.

Chilenische Forscher forderten, dass Zwillings-30-Liter-Wasserprobenehmer auf ihrem Lander für mikrobielle Studien aufgenommen werden sollten. Diese wurden von Ocean Test Equipment (Miami, FL) zur Verfügung gestellt.

Der winzige "Duet" -P / T-Sensor (RBR, Ottawa, ON, CAN) arbeitete sehr gut bis zur maximalen Tiefe und bot eine Gegenprobe zum Haupt-Sea-Bird-Sensor, wie von den Chilan-Forschern gefordert. Ein Deep 19 CTD mit DO-Sensor (Sea-Bird Scientific, Bellevue, WA) war das primäre Sensorpaket, das von den chilenischen Wissenschaftlern bevorzugt wurde. Die CTD-Sensoren arbeiteten einwandfrei bis zur vollen Grabentiefe, während der DO-Sensor nicht unter 1500 m arbeitete.

Die selbstaufzeichnende Unterwasservideokamera wurde von SubAqua Imaging (San Diego, CA) und Pisces Design (La Jolla, CA) für dieses Projekt entwickelt. Der 14.8VDC / 32Ah Batterie-Pod mit internem BMS zur Stromversorgung der LEDs hat gut funktioniert (Global Ocean Design). Die druckkompensierten LED-Leuchten haben einige Verbesserungen benötigt, um zuverlässiger zu funktionieren.

Da der Graben so nahe am Ufer lag, vermutete der Hadal Explorer James Cameron, der mit der Expedition in Kontakt blieb, dass Gigantismus unter den benthischen Amphipoden des Atacama Grabens beobachtet werden könnte. Proben von großen Amphipoden wurden tatsächlich in Köderfängen gefangen.

Benthische Lander ermöglichen jeder Institution oder Agentur jeder Größe in jedem Land die Möglichkeit, ihre eigenen Meere für eine bestimmte Zeit in jeder beliebigen Tiefe zu erkunden, vom flachen Kontinentalschelf bis zum Ozeangraben. Es ist eine widersprüchliche Technologie, die jeden befähigt.

Die Mocness
Zusammen mit dem benthischen Lander "Audacia" verwendete die Atacamex-Expedition andere Geräte der neuesten Generation: das Mocness (kurz für "Mehrfach-Öffnungs- und Schließnetz mit einem Umweltsensorsystem"), ein großes Planktonnetz mit verschiedenen Fächern zum Öffnen und Schließen durch einen elektroakustischen Mechanismus, der die Sammlung von Proben in verschiedenen Tiefen erlaubt (Biological Environmental Sampling Systems (BESS), N. Falmouth, MA). Erich Horgan (BESS) und Dr. Rubén Escribano berichteten über einen weiteren historischen Weltrekord für diese Region des Ozeans: "Zum ersten Mal wurden Planktonproben aus einer Tiefe von 5.000 Metern entnommen." Der Mocness, der einzige seiner Art im Südkegel des südamerikanischen Kontinents sammelte er eine große Menge neuer Tiefseeorganismen, einschließlich Fischen, die nun in den IMO-Laboratorien zur Identifizierung und zum besseren Verständnis ihrer Biologie untersucht werden.

Dr. Osvaldo Ulloa, leitender Wissenschaftler von Atacamex 2018, erklärte vom Forschungsschiff AGS-61 Cabo de Hornos der chilenischen Marine, dass "wir wiederholt Zugang zum Boden des Grabens erhalten haben, in noch größerer Tiefe als berichtet, und von dort aus waren wir es in der Lage, Wasser, Organismen, Bilder und hydrographische Informationen zu sammeln. Die Möglichkeiten, Sensoren zu setzen, um beispielsweise seismologische oder aktuelle Messungen durchzuführen, sind vorhanden. Damit weisen wir auf den Weg hin, ein nationales, multidisziplinäres Programm für die Erforschung und Erforschung des Atacama-Grabens zu schaffen.

Fazit
"Atacamex 2018 zeigt, dass die chilenische Wissenschaft, die mit Leidenschaft, Einfallsreichtum, internationaler Zusammenarbeit und Kühnheit entwickelt wurde, zum weltweiten Verständnis des Planeten beitragen kann. Als Land besitzt Chile die menschlichen Ressourcen, die Industrie und die Werkzeuge, um die Erforschung und Erforschung des östlichen Südpazifiks zu leiten - der am wenigsten bekannten Region auf dem blauen Planeten. "

Hardy fügte hinzu: "Mit ihrem neuen benthischen Lander und dem erfahrenen und talentierten IMO benthischen Lander-Team haben sich Chile und seine Meeresforscher an die Spitze der Tiefseeuntersuchungen des Atacama-Grabens und anderer Gebiete der südlichen Ozeane begeben. Sie sind eine außergewöhnliche Gruppe, unter den besten, mit denen ich jemals gesegelt bin. Ich bin sehr froh, dass ich auf der Suche nach neuem Wissen an diesem großen internationalen Abenteuer teilgenommen habe. "

Die ozeanographische Untersuchung, an der Forscher der Universidad de Concepción, der Päpstlichen Katholischen Universität von Chile und der Universidad de Antofagasta beteiligt sind, wird dank der Unterstützung der Millennium Science Initiative (ICM), der Nationalen Kommission für wissenschaftliche und technologische Forschung, durchgeführt (CONICYT), die chilenische Marine und private Parteien.

Die Autoren
Kevin Hardy (rechts) gründete Global Ocean Design LLC, nachdem er sich von der Scripps Institution of Oceanography zurückgezogen hatte. Zuvor entwarf und baute er die Lander für James Camerons DEEPSEA CHALLENGE Expedition.

Dr. Osvaldo Ulloa (links) ist Profesor Titular, Deputamento de Oceanografía, Universidad de Concepción, Direktor des Instituto Milenio de Oceanografía (IMO-Chile) und leitender Wissenschaftler der Expedition ATACAMEX 2018.

Autoren Dr. Osvaldo Uloa und Kevin Hardy

(Wie in der April 2018 Ausgabe von Marine Technology Reporter veröffentlicht )