Gastbeitrag: Wie Boaty McBoatface für die Meeresforschung entscheidend wird

Im Jahr 2016 startete der Natural Environment Research Council (NERC) eine Kampagne, um einen Namen für das nächste Weltklasse-Polarforschungsschiff Großbritanniens zu finden.

Die Umfrage verlief nicht ganz wie erwartet. 

Das außer Kontrolle geratener Gewinner für den Namen des königlichen Forschungsschiffs (RRS), das die ersetzen würde RRS James Clark Ross und RRS Ernest Shackleton war „Boaty McBoatface“. Mit mehr als 120,000 Stimmen siegte der Name deutlich vor Vorschlägen wie „Usain Boat“ und „It's Bloody Cold Here“.

Das Schiff wurde später benannt RRS Sir David Attenborough, zu Ehren des erfahrenen Senders und Naturforschers, aber die öffentliche Popularität des Namens Boaty McBoatface konnte nicht ignoriert werden.

Im folgenden Jahr wurde die National Oceanography Centre (NOC) gab bekannt, dass seine drei neue autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) würde den Namen stolz tragen. 

Diese Roboter-U-Boote – etwa 3.5 Meter lang und 80 cm im Durchmesser – werden verwendet, um die Weltmeere ohne die Notwendigkeit eines menschlichen Piloten zu erkunden und Daten in abgelegenen Gebieten zu sammeln, die sonst unzugänglich wären.

In den letzten fünf Jahren wurde Boaty weltweit eingesetzt, um die Klimaforschung zu unterstützen. Die Expeditionen beinhalten Reisen 40 km unter antarktischen Schelfeis, um die Auswirkungen des Klimawandels auf den Thwaites-Gletscher zu untersuchen.

Wo alles begann

Das erste autonome Unterwasserfahrzeug erreichte die Meere in den 1950er Jahren und sollte für kommerzielle, militärische und nachrichtendienstliche Zwecke eingesetzt werden. 

Das Gerät, entwickelt von der Labor für Angewandte Physik und Universität von Washington in den USA wurde benannt SPURV (Special Purpose Underwater Research Vehicle). Der für die Forschung in den arktischen Gewässern konzipierte Rumpf bestand aus Aluminium und hatte eine torpedoähnliche Form. Die Steuerung dieses AUV erfolgte durch akustische Kommunikation und wurde bis 1979 erfolgreich in der ozeanographischen Forschung eingesetzt.

Das National Oceanography Center (NOC) hat unsere entwickelt autosub Reihe von AUVs seit den 1990er Jahren. Ziel war es, die vorhandene Unterwasserfahrzeugtechnologie zu nutzen und ihre Fähigkeiten für die Forschung in allen Disziplinen, einschließlich physikalischer Ozeanographie und Geowissenschaften, zu verbessern.

Bereits im Juni 1996 fand die allererste Autosub-Mission des NOC am Empress Dock des NOC in Southampton statt. Dies begann mit einer Reihe von kurzen Versuchen, um zu demonstrieren, wie das AUV ferngesteuert werden könnte. 

Einen Monat später fand die erste fünfminütige autonome Mission während einer Testwoche im Hafen von Portland in Dorset statt. Das Autosub tauchte auf drei Meter ab, behielt einen konstanten Kurs bei und kontrollierte die Tiefe bis auf einen halben Meter von dem, was erforderlich war.

Schneller Vorlauf bis heute und unsere Flotte von AUVs kann jetzt bis zu 6,000 Meter tief tauchen und durch enge Kanäle unter Eisdecken navigieren – Gebiete, die zuvor für Forschungsschiffe unzugänglich waren. Diese rasante Entwicklung bedeutet, dass AUVs überall Messungen vornehmen können, von abgelegenen Gebieten bis hin zu stürmischer offener See.

Die AUV-Flotte von NOC kann mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet werden, die es Wissenschaftlern ermöglichen, Daten wie Temperatur, Salzgehalt, Meeresströmungen und die Form des Meeresbodens zu messen. 

Vor dem Start werden die AUVs mit Anweisungen programmiert, wohin sie gehen, was sie messen und in welche Tiefen sie gehen sollen. Mithilfe modernster Sensortechnologie können AUVs vom Schiff oder vom Ufer aus eingesetzt werden und Hunderte von Kilometern aufs Meer hinausreisen, um wichtige Daten über das Erdklima zu sammeln, wodurch der Bedarf an langen und kostspieligen Expeditionen mit Besatzung reduziert wird.

AUV im Einsatz

AUVs bieten zahlreiche Vorteile für die Wissenschaftsgemeinschaft. Sie haben eine lange Akkulaufzeit und können größere Entfernungen zurücklegen, wodurch sie monatelang eingesetzt werden können. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, Daten über längere Zeiträume zu sammeln und somit umfassendere Beobachtungsaufzeichnungen zu erstellen.

Zum Beispiel führten wir kürzlich eine Studie Wissenslücken zu untersuchen, wie der Ozean organischen Kohlenstoff durch die aufnimmt biologische Kohlenstoffpumpe. Bei diesem entscheidenden Prozess sinkt organisches Material auf den Grund des Ozeans und trägt den Kohlenstoff, den es aus der Atmosphäre aufgenommen hat, mit sich.

Das Team verwendete autonome Unterwassertechnologie, um Elemente des Kohlenstoffkreislaufs zu bewerten und zukünftige Projektionen der Pumpe zu aktualisieren. Die Studie hob die Unterschiede zwischen der Stärke der biologischen Kohlenstoffpumpe in der aktuellen Generation hervor Klimamodelle benutzt für Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)-Bewertungen. Die neue Forschung identifizierte die Beobachtungen, die erforderlich sind, um Unsicherheiten in aktuellen und zukünftigen Schätzungen des gesamten Kohlenstoffkreislaufs im Ozean zu reduzieren – was robustere Klimamodelle ermöglicht.

In diesem Jahr integriert das Team neuartige Lab-on-Chip-Sensoren und Partikelkamerasysteme, damit Wissenschaftler beurteilen können, wie sich Kohlenstoff durch den Ozean bewegt. Es wurden unglaubliche Innovationen in Bezug auf die Länge der Abdeckung vorgenommen, die AUVs an bestimmten Orten erreichen können, was unser Verständnis der Unterschiede zwischen verschiedenen Jahreszeiten weiter verbessert.

Thwaites-Gletscher und stillgelegte Ölfelder

Zu Beginn des 2022, Ingenieure machten sich auf den Weg zum Thwaites-Gletscher in der Antarktis, um Wissenschaftlern zu helfen, die zu verstehen Ursachen für seinen Eisverlust um besser vorhersagen zu können, wie seine Verschlechterung zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen könnte. 

Aufgrund des ungewöhnlich dicken und dichten Meereises um Thwaites führte das Team seine Studie um das benachbarte Dotson-Schelfeis herum durch. 

Boaty McBoatface ist mehr als 40 km unter dem Schelfeis gereist und hat Meeresströmungen, Turbulenzen und andere Eigenschaften des Meerwassers wie Temperatur, Salzgehalt und gelösten Sauerstoff gemessen. Diese Informationen – die noch verarbeitet werden – werden uns helfen, die Eigenschaften des Tiefenwassers weit unter Eisschelfs zu verstehen und zu untersuchen, wie sie die Schmelzprozesse antreiben. 

Der Einsatz des Long-Rage-Autosub hat maßgeblich dazu beigetragen, die Art und Weise zu verändern, wie wir wichtige Ozeandaten sammeln, um die Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen.

Wir haben auch damit begonnen, das Konzept zu testen, Boaty für High-Tech-Monitoring mit geringen Auswirkungen zu verwenden, um potenzielle Umweltauswirkungen auf Ölfeldern am Ende ihrer Lebensdauer zu erkennen. 

Im Herbst 2022 wurde Boaty mit der Überwachung von Industriestandorten in der Nordsee beauftragt. Das Autosub erkundete mehrere stillgelegte Öl- und Gaslagerstätten sowie das Meeresschutzgebiet Braemar Pockmarks, sammelte Daten über Wasser, Schadstoffe und Strömungen und machte Bilder des Meeresbodens. 

Wenn Öl- und Gasstandorte stillgelegt werden, können Autosubs eine entscheidende Rolle bei der Bewertung und Überwachung von Meeresgebieten vor, während und nach Stilllegungsarbeiten spielen.

Der Erfolg dieses Projekts sollte eine Revolution in der Art und Weise ermöglichen, wie Meeresuntersuchungen durchgeführt werden, um die Industrie beim Übergang zu ihren Netto-Null-Zielen zu unterstützen.

Was kommt als nächstes?

In diesem Jahr arbeitet das NOC daran, die Fähigkeiten unserer AUVs zu erweitern, um ein breiteres Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen zu unterstützen. 

Wir werden neue und neuartige Sensoren integrieren, um unsere Autosubs auszustatten, die bereit sind, die bevorstehende biogeochemische Forschung im Nordatlantik zu unterstützen – und ihre Autonomie für langfristige Einsätze in der Nähe und unter Meereis in der Antarktis verbessern.

In einem anderen Projekt arbeiten wir derzeit daran, ein neues zu liefern Ozeanografische Netto-Null-Fähigkeit (NZOC) Forschungsprogramm. Dies zielt darauf ab, Ozeanforschungskapazitäten mit einem kleineren COXNUMX-Fußabdruck zu entwickeln.

Dies erfordert einen Technologiewechsel, der von grünen Kraftstoffen, automatisiertem Schiffsbetrieb, modernster Batterietechnologie, KI-Optimierung, neuartigen Sensortechnologien und weltweit führender Robotik reicht.

Wir sind gespannt, welche weiteren Premieren Boaty McBoatface in Zukunft noch erreichen kann.

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• Quelle: https://www.carbonbrief.org/guest-post-how-boaty-mcboatface-is-becoming-instrumental-for-ocean-science/