Chinesisches Tauchboot erreicht bei historischer Expedition einen unerforschten arktischen Rücken

Eine historische Premiere in der Polarforschung

Wissenschaftler an Bord des chinesischen Tauchboots Fendouzhe haben geschafft, was viele für unmöglich hielten: Sie tauchten mehr als fünf Kilometer tief unter das dichte arktische Packeis und erkundeten einen bislang unberührten Abschnitt des Gakkelrückens. Diese unterseeische Vulkankette erstreckt sich zwischen Grönland und Sibirien und ist Teil des globalen mittelozeanischen Rückensystems, an dem sich tektonische Platten langsam voneinander entfernen und neue ozeanische Kruste entsteht. Die Expedition erreichte eine maximale Tiefe von 5.277 Metern. Damit haben Menschen diese abgelegene und geologisch bedeutende Region erstmals direkt beobachtet.

Die Mission, die vom Forschungsschiff Tan Suo San Hao aus durchgeführt wurde, umfasste während einer rund dreimonatigen Reise 43 Tauchgänge und verschob die Grenzen der Polarforschung. Der Gakkelrücken fasziniert Wissenschaftler seit Langem, weil er sich außerordentlich langsam ausbreitet. Dadurch entstehen einzigartige geologische und biologische Bedingungen, die unser Verständnis davon verändern könnten, wie Leben in extremen Umgebungen überdauert. Xiaoxia Huang, Meeresgeophysikerin am Institut für Tiefseewissenschaft und -technik und wissenschaftliche Leiterin der Expedition, bezeichnete den östlichen Abschnitt des Rückens als das letzte fehlende Puzzleteil der geologischen Erforschung der Arktis.

„Es ist wirklich ein Privileg, die Gelegenheit zu haben, die Tiefsee vor Ort zu erforschen“, sagte Huang mit Blick auf den beispiellosen Charakter der Mission.

Frühere Expeditionen hatten Teile des Rückens zwar mit Sonar und unbemannten Fahrzeugen untersucht, doch noch nie war ein bemanntes Tauchboot zum östlichen Gakkelrücken vorgedrungen. Eine Studie in der Zeitschrift Nature aus dem Jahr 2003 hatte hydrothermale Quellen auf der Westseite nachgewiesen. Der östliche Abschnitt blieb jedoch bis jetzt völlig unerforscht. Der Erfolg dieser Mission eröffnet einen seltenen Einblick in einen der letzten unberührten Meeresböden der Erde und könnte ungewöhnliche Tiefseelebewesen sowie neue Erkenntnisse darüber zutage fördern, wie sich die rasch erwärmende Arktis verändert.

Die Herausforderungen des arktischen Eises meistern

Ein bemanntes Tauchboot unter dem arktischen Packeis zu betreiben, stellt außergewöhnliche Herausforderungen dar und erfordert innovative Lösungen. Das Expeditionsteam entwickelte ein neuartiges Verfahren zur „Koordination von Schiff und Tauchboot“, das den Einsatz in Gewässern ermöglichte, deren Oberfläche zu mehr als 80 Prozent von Meereis bedeckt war. Unter solchen Bedingungen kann ein Tauchboot nicht einfach irgendwo auftauchen. Kehrt es direkt unter einer dicken Eisschicht an die Oberfläche zurück, könnten die Insassen eingeschlossen sein, ohne aussteigen oder im Notfall Hilfe erhalten zu können.

Vor jedem Tauchgang musste das eisbrechende Forschungsschiff Tan Suo San Hao eine vorübergehende Öffnung im Packeis schaffen und sozusagen ein Becken im gefrorenen Ozean ausheben, durch das das Tauchboot sicher ein- und ausfahren konnte. Dafür waren sorgfältige Abstimmung und genaues Timing nötig, da sich das Eis durch Meeresströmungen und Winde ständig verschiebt und bewegt. Das Team war 56 Tage im Arktischen Ozean im Einsatz und legte durch eisbedeckte Gewässer fast 2.000 Seemeilen zurück, um die Zielgebiete zu erreichen.

Besonders anspruchsvoll erwies sich der Rückweg aus der Tiefe. Nach Abschluss der Arbeiten am Meeresboden hielt Fendouzhe unter der Oberfläche an und suchte mit Sonar und Kameras nach offenem Wasser oder dünnerem Eis, durch das ein sicheres Auftauchen möglich wäre. In manchen Fällen musste das Tauchboot warten, bis das Begleitschiff einen Weg durch das Eis freigeräumt hatte. Dieses präzise Zusammenspiel zwischen Eisbrecher und Tauchboot ist eine bedeutende technische Leistung der Polarforschung.

Christopher German, Meeresgeochemiker an der Woods Hole Oceanographic Institution, der nicht an der Mission beteiligt war, betonte, wie bedeutend es ist, einen derart abgelegenen Ort zu erreichen.

„Es ist so schwierig, dorthin zu gelangen, dass alles, was jemand dort unternimmt, fast zwangsläufig aufregend, anders und neu ist“, sagte German.

Hochentwickelte Technik für extreme Bedingungen

Das Tauchboot Fendouzhe, dessen Name „Strebsamer“ bedeutet, ist ein bemerkenswertes technisches Gerät, das speziell für die Erforschung extremer Tiefseegebiete entwickelt wurde. Das in China gebaute Tauchboot kann Tiefen von mindestens 7.000 Metern erreichen. Seine Leistungsfähigkeit hatte es bereits unter Beweis gestellt, als es bis auf 10.909 Meter zum Challenger-Tief im Marianengraben vordrang, dem tiefsten bekannten Punkt der Weltmeere. Für die Arktis-Mission wurde das Tauchboot an Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt und die ständige Gefahr sich verschiebenden Meereises angepasst.

Auch das Forschungsschiff Tan Suo San Hao ist ein technologischer Meilenstein. China bezeichnet es als weltweit erstes umfassend ausgestattetes Forschungsschiff, das speziell für die globale Tiefseeforschung mit Eisbrecherkapazität konzipiert wurde. Die Kombination aus Eisbrecher und Tiefsee-Versorgungsschiff ermöglicht ganzjährige Einsätze in Polarregionen, die früher nur während der kurzen Sommermonate zugänglich waren, wenn die Eisbedeckung gering war.

Elmar Albers, Meeresgeowissenschaftler am Alfred-Wegener-Institut in Deutschland, hob hervor, dass die technischen Leistungen der Expedition über den reinen Transport hinausgehen.

„Die chinesische Mission dürfte bedeutende neue Erkenntnisse über die extremsten Unterwasserlebensräume der Erde liefern“, sagte Albers.

Die Expedition umfasste außerdem den ersten gemeinsamen Unterwassereinsatz zweier bemannter chinesischer Tauchboote. Fendouzhe arbeitete mit dem Tauchboot Jiaolong zusammen. Die beiden Fahrzeuge koordinierten ihre Positionen, tauschten Markierungen aus und filmten unter Wasser. Mit zwei Tauchbooten lassen sich Gebiete umfassender untersuchen und zusätzliche Sicherheitsreserven schaffen. Jiaolong absolvierte während der Mission auch Chinas ersten bemannten Tauchgang unter arktischem Eis und demonstrierte damit die wachsenden Fähigkeiten des Landes bei Tiefseeoperationen in Polarregionen.

Die geologische Bedeutung des Gakkelrückens

Der Gakkelrücken ist für Geologen besonders wichtig, weil er zu den extremsten Beispielen ultraslow spreizender mittelozeanischer Rücken zählt. Während sich die meisten mittelozeanischen Rücken um mehrere Zentimeter pro Jahr ausbreiten, geschieht dies am Gakkelrücken so langsam, dass neue Kruste langsamer entsteht, als menschliche Fingernägel wachsen. Diese außergewöhnlich geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit schafft einzigartige geologische Formationen und könnte die Art der hydrothermalen Systeme beeinflussen, die sich entlang des Rückens bilden.

Als Teil des globalen mittelozeanischen Rückensystems spielt der Gakkelrücken eine wichtige Rolle für die Plattentektonik und den Kreislauf von Elementen zwischen dem Erdinneren und der Oberfläche. Er verläuft dort, wo sich die Nordamerikanische und die Eurasische Platte voneinander entfernen. Dabei kann Magma aufsteigen und neue ozeanische Kruste bilden. Das Verständnis dieses Prozesses hilft Wissenschaftlern, sowohl vulkanische Aktivität als auch die Entwicklung von Ozeanbecken über geologische Zeiträume hinweg zu modellieren.

Das Expeditionsteam untersuchte geologisch interessante Gebiete wie Seeberge, Steilwände sowie unterseeische Hügel und Schluchten. Mit Kameras und Sonar ersetzten die Forscher die unscharfen Umrisse früherer Karten durch detaillierte Aufnahmen des tatsächlichen Meeresbodens. Diese hochauflösenden Bilder werden Forschern helfen, Aufbau und Entstehung dieses ungewöhnlichen Rückensystems besser zu verstehen.

Eines der wichtigsten wissenschaftlichen Ziele war die Frage, ob es am östlichen Gakkelrücken hydrothermale Quellen gibt. Diese unterseeischen heißen Quellen entstehen, wenn Meerwasser durch neu gebildetes Vulkangestein zirkuliert, sich am darunterliegenden Magma erhitzt und mit gelösten Mineralien wieder in den Ozean austritt. Die 2003 entdeckten Quellen am westlichen Gakkelrücken beherbergen ungewöhnliche Lebensgemeinschaften, die in völliger Dunkelheit ohne Sonnenlicht auskommen und ihre Energie aus chemischen Reaktionen gewinnen.

Die Suche nach Leben unter Extrembedingungen

Die Suche nach hydrothermalen Quellen am östlichen Gakkelrücken ist mehr als reine wissenschaftliche Neugier. Diese Quellen beherbergen einzigartige Ökosysteme, die Hinweise darauf geben könnten, wie Leben auf anderen Himmelskörpern existieren kann. Lebewesen an hydrothermalen Quellen gewinnen Energie aus chemischen Reaktionen mit Mineralien wie Schwefelwasserstoff, völlig unabhängig vom Sonnenlicht. Diese Art des Stoffwechsels ähnelt dem, was Wissenschaftler unter den Eiskrusten von Monden wie Europa, der den Jupiter umkreist, und Enceladus, der den Saturn umkreist, vermuten.

Während ihres fast hunderttägigen Aufenthalts auf See sammelte die Expedition Sedimentkerne, Gesteinsproben, Meerwasser und biologische Proben entlang des Rückens. Diese Proben warten nun in Laboren auf eine detaillierte Untersuchung. Wissenschaftler werden dort nach chemischen Spuren hydrothermaler Aktivität und nach Hinweisen auf besondere, an extreme Bedingungen angepasste Organismen suchen. Huang und ihr Team hielten sich bedeckt, was die Frage angeht, ob sie aktive Quellensysteme gefunden haben. Endgültige Antworten erforderten vermutlich monatelange sorgfältige Laborarbeit.

Die während der Mission gesammelten biologischen Proben könnten neue Arten oder ungewöhnliche Anpassungen an ein Leben in tiefen, kalten und dunklen Umgebungen offenbaren. Das Team beobachtete verschiedene Fische und Tiefseearten, die in dem lebten, was Huang als Dunkelheit, Kälte, Druck und Felsen beschrieb. Diese Organismen haben bemerkenswerte Überlebensstrategien für eine der lebensfeindlichsten Umgebungen der Erde entwickelt. Ihr Verständnis könnte Bereiche von der Medizin bis zur Biotechnologie voranbringen.

Die Erforschung von Leben unter extremen Bedingungen, die als Astrobiologie bezeichnet wird, verbindet die Tiefseeforschung unmittelbar mit der Suche nach außerirdischem Leben. Wenn Organismen an hydrothermalen Quellen im Arktischen Ozean gedeihen können, könnten ähnliche Lebensformen auch in unterirdischen Ozeanen auf Eismonden in unserem Sonnensystem existieren. Die Proben vom Gakkelrücken könnten dazu beitragen, Modelle solcher außerirdischen Ökosysteme zu präzisieren.

Der Zusammenhang mit dem Klima in der Tiefsee der Arktis

Die Mission fand Tausende Meter unter der Oberfläche und weit entfernt von menschlicher Zivilisation statt. Ihre Ergebnisse sind dennoch unmittelbar relevant für den Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Gesellschaft. Die Arktis erwärmt sich zwei- bis dreimal schneller als der globale Durchschnitt. Das hat weitreichende Folgen für Wettermuster, Meeresspiegel und Ökosysteme weltweit. Die Vorgänge am arktischen Meeresboden sind Teil desselben Klimasystems, das auch strenge Kälteeinbrüche oder ungewöhnlich milde Winter in gemäßigten Regionen beeinflusst.

Mittelozeanische Rücken wie der Gakkelrücken spielen eine wichtige Rolle beim Transport von Wärme und chemischen Stoffen durch die Tiefsee. Wenn Wasser in der Nähe solcher Rücken durch die ozeanische Kruste zirkuliert, tauscht es Wärme und Mineralien mit seiner Umgebung aus. Dieser Prozess wirkt sich auf die Meereschemie und die Strömungsmuster aus, die wiederum das globale Klima beeinflussen. Detaillierte Daten vom Gakkelrücken können Wissenschaftlern helfen, Klimamodelle zu verbessern, die langfristige Planungen für Küstengemeinden, den Infrastrukturausbau und den Katastrophenschutz unterstützen.

Die Arktis ist außerdem ein Frühwarngebiet für den globalen Klimawandel. Veränderungen der Meerestemperatur, der Wasserchemie und der Ökosysteme in der Arktis deuten häufig auf umfassendere Verschiebungen hin, die später auch andere Regionen betreffen. Indem Wissenschaftler jetzt Ausgangsdaten zur arktischen Tiefsee erheben, schaffen sie einen Referenzpunkt, an dem sich künftige Veränderungen messen lassen. Diese Informationen sind entscheidend, um zu verstehen, wie das gesamte Erdsystem auf die anhaltende Erwärmung reagiert.

Das Expeditionsteam sammelte umfangreiche Beobachtungsdaten, die die Forschung zum raschen Klimawandel in der Arktis unterstützen werden. Dazu gehören Informationen zu Wassertemperatur, Salzgehalt, chemischer Zusammensetzung und biologischen Lebensgemeinschaften in der gesamten Wassersäule. Solche Daten helfen Wissenschaftlern zu verstehen, wie sich der Arktische Ozean verändert und wie sich diese Veränderungen auf das globale Klimasystem auswirken könnten.

Chinas wachsende Ambitionen in den Polarregionen

Diese Mission ist mehr als eine wissenschaftliche Errungenschaft. Sie verdeutlicht auch Chinas rasch wachsende Fähigkeiten in der Polarforschung und seine zunehmende Präsenz in der Arktis. China bezeichnet sich selbst als „arktisnahen Staat“ und hat seine Aktivitäten in den Polarregionen im vergangenen Jahrzehnt kontinuierlich ausgeweitet. Dazu schickte das Land Eisbrecher, Forschungsschiffe und unbemannte Tauchboote in die Region. Peking stellt seine Arktisaktivitäten als Teil einer Strategie der „friedlichen wissenschaftlichen Entwicklung“ dar, die sich auf Klimaforschung, die Untersuchung der marinen Artenvielfalt und die Kartierung von Meeresbodenschätzen konzentriert.

Die bei dieser Expedition demonstrierten technischen Fähigkeiten, darunter Tiefseetauchgänge unter dichtem Eis und der Einsatz hochentwickelter Eisbrecher, haben auch strategische Bedeutung. Durch den Klimawandel wird die Arktis zunehmend zugänglich. Das eröffnet neue Schifffahrtsrouten und macht potenzielle Rohstoffe zugänglich. Chinas wachsende technische Kompetenz in der Region versetzt das Land in die Lage, an künftigen Entwicklungsmöglichkeiten und neuen arktischen Handelsrouten teilzuhaben.

Im vergangenen Sommer schickte China fünf Forschungsschiffe, darunter einen Eisbrecher, in die Arktis. Diese umfangreiche Präsenz unterstreicht das Engagement des Landes für die Polarforschung und den Wunsch, sich als bedeutender Akteur in arktischen Angelegenheiten zu etablieren. Mit dem erfolgreichen Abschluss von 43 bemannten Tauchgängen in eisbedeckten Gewässern ist China derzeit das einzige Land, das kontinuierliche bemannte Tiefseetauchgänge im stark vereisten Arktischen Ozean durchführen kann.

Nach Angaben des chinesischen Ministeriums für natürliche Ressourcen bestätigte die Expedition die Einsatzfähigkeit von Fendouzhe und Tan Suo San Hao in den polaren Eisgebieten. Die Mission entwickelte Einsatzverfahren für extreme Polarbedingungen und erprobte ein mobiles Modell für Eistauchgänge, das künftige Erkundungen ausweiten könnte. Chinas führende Rolle auf diesem Gebiet könnte internationale Debatten über die Verwaltung der Arktis, die wissenschaftliche Zusammenarbeit und den Umweltschutz beeinflussen.

Der lange Weg wissenschaftlicher Entdeckungen

Die Expedition ist zwar beendet, doch die wissenschaftliche Arbeit fängt gerade erst an. Die Rohproben und Videoaufnahmen, die während der Mission gesammelt wurden, dürften jahrelange detaillierte Untersuchungen erfordern, bevor ihre volle Bedeutung deutlich wird. Gesteinsproben werden auf ihre mineralische Zusammensetzung und ihr Alter untersucht, Sedimentkerne auf chemische und biologische Marker analysiert und biologische Proben daraufhin geprüft, wie sie mit anderen bekannten Arten verwandt sind.

Besondere Aufmerksamkeit werden Wissenschaftler möglichen Hinweisen auf hydrothermale Aktivität am östlichen Gakkelrücken widmen. Bestimmte Mineralien, eine ungewöhnliche Wasserchemie oder besondere biologische Lebensgemeinschaften könnten darauf hindeuten, dass es in dem Gebiet aktive Quellen gibt. Eine solche Entdeckung würde nicht nur das Bild des Gakkelrückens vervollständigen, sondern auch neue Erkenntnisse darüber liefern, wie sich Leben in der Tiefsee ausbreitet und entwickelt.

Die während der Mission erhobenen geologischen Daten werden Forschern helfen zu verstehen, worin sich ultraslow spreizende Rücken von solchen mit höherer Ausbreitungsgeschwindigkeit unterscheiden. Diese Informationen könnten Modelle der Plattentektonik verfeinern und unser Verständnis davon verbessern, wie die Erdkruste entsteht und sich weiterentwickelt. Die detaillierte Kartierung unterseeischer Strukturen wird zudem eine Grundlage für künftige Forschung in der Region schaffen.

Bei der Analyse der Daten und Proben aus dieser historischen Mission werden sich unweigerlich neue Fragen ergeben. Jede Entdeckung wirft meist neue Rätsel auf und treibt weitere Erkundungen und Forschungsarbeiten voran. Der östliche Gakkelrücken, einst unter dem Eis verborgen und der Wissenschaft unbekannt, ist nun auf der wissenschaftlichen Landkarte verzeichnet. Seine Geheimnisse könnten unser Bild von der Tiefsee der Erde und der sich wandelnden Arktis darüber nach und nach verändern.

Die wichtigsten Punkte

• Das chinesische Tauchboot Fendouzhe absolvierte während einer 98-tägigen Arktisexpedition 43 Tauchgänge und erreichte eine maximale Tiefe von 5.277 Metern.
• Die Mission erkundete erstmals bemannt den östlichen Gakkelrücken, eine unterseeische Vulkankette zwischen Grönland und Sibirien.
• Die Expedition erprobte ein neuartiges Verfahren zur „Koordination von Schiff und Tauchboot“, das Einsätze in Gewässern mit 80 Prozent Eisbedeckung ermöglichte.
• China war das erste Land, das kontinuierliche bemannte Tiefseetauchgänge im stark vereisten Arktischen Ozean durchführte.
• Das Team sammelte Sedimentkerne, Gesteinsproben, Meerwasser und biologische Proben aus bislang unerforschten Tiefen.
• Zur Mission gehörte der erste gemeinsame Unterwassereinsatz zweier bemannter chinesischer Tauchboote, Fendouzhe und Jiaolong.
• Die Forschung könnte hydrothermale Quellen und einzigartige Ökosysteme aufdecken, die für Astrobiologie und Klimaforschung relevant sind.
• Die Expedition zeigt Chinas wachsende technische Fähigkeiten und Präsenz in der Polarforschung.
• Die Proben und Daten werden jahrelange Analysen erfordern, um ihre wissenschaftliche Bedeutung vollständig zu verstehen.