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Sechzig Jahre Polarforschung feiern

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Der British Antarctic Survey (BAS) betreibt und ermöglicht weltweit führende interdisziplinäre Forschung in den Polarregionen. Dank seiner umfangreichen Logistikkapazitäten ermöglicht BAS der britischen und internationalen Wissenschaftsgemeinschaft den Zugang zur britischen Polarforschung. In diesem Jahr feiert es 60 Jahre erfolgreiche Wissenschaft.

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Während das neue Forschungsschiff - die RRS Sir David Attenborough - zu einer neuen Forschungssaison in die Antarktis aufbrach, erklärt die leitende Labormanagerin Elaine Fitzcharles, was es bedeutet, ein schwimmendes Labor auf dem neuesten Stand der Technik einzurichten und zu betreiben.

Das Vereinigte Königreich kann auf eine lange Geschichte der Entdeckung der Antarktis und wissenschaftlicher Bemühungen zurückblicken. Der British Antarctic Survey wurde 1962 offiziell gegründet, hat sich aber seitdem in Größe und Umfang erheblich weiterentwickelt. Sie ist heute in Cambridge, in der Antarktis und in der Arktis tätig.

Die Durchführung weltweit führender interdisziplinärer Forschung in den Polarregionen erfordert umfangreiche und spezialisierte logistische Fähigkeiten und Know-how. Das BAS beschäftigt rund 500 Mitarbeiter in wissenschaftlichen, operativen und unterstützenden Funktionen mit Fachkenntnissen in einer Vielzahl von Disziplinen. Es verfügt über fünf Forschungsstationen in der Antarktis, darunter zwei auf dem subantarktischen Südgeorgien, sowie über eine Forschungsstation in der Arktis, die vom NERC finanziert und vom BAS verwaltet und betrieben wird. Außerdem verfügt sie über zahlreiche Schiffe und Fahrzeuge, darunter das eisverstärkte königliche Forschungsschiff RRS Sir David Attenborough, sowie eine Flotte von speziell angepassten Flugzeugen und Fahrzeugen. Die Polarforschungsinfrastruktur dient sowohl den eigenen Wissenschaftlern als auch anderen aus der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft. Um bei der Erforschung dieser Regionen an der Spitze zu stehen, ist auch eine hochwertige Forschungsausrüstung erforderlich.

Wissenschaft auf See

Die RRS Sir David Attenborough ist eines der modernsten Polarforschungsschiffe der Welt. Das hochmoderne Schiff ist für die wissenschaftliche Forschung in extremen Umgebungen konzipiert. Ein breites Spektrum an spezialisierten wissenschaftlichen Einrichtungen, Instrumenten und Laboratorien ermöglicht Untersuchungen des Ozeans, des Meeresbodens, des Eises und der Atmosphäre

Elaine Fitzcharles, Senior Lab Manager, beaufsichtigt die Entwicklung und den Betrieb aller Laboreinrichtungen im BAS-Portfolio. Sie und ihr Team waren für die Ausstattung der Labore des neuen Schiffes verantwortlich. Jetzt ist sie für die Versorgung und den reibungslosen Betrieb der Labore an Bord während der Expeditionen zuständig.

"Was die Ausstattung angeht, ist die RRS Sir David Attenborough eher eine schwimmende Forschungsstation als ein Forschungsschiff", sagte sie. "Die Kapazität ist erstaunlich. Wir haben Einrichtungen an Bord, die wir vorher nie hatten. Und sie kann länger auf See bleiben als alle anderen Schiffe, was uns die Möglichkeit eröffnet, in Gebiete zu fahren, in denen wir noch nie waren.

"Das Schiff bietet eine wirklich gute Plattform für den Start von ferngesteuerten Fahrzeugen wie Drohnen, unbemannten Luftfahrzeugen und automatischen U-Booten usw.", fuhr sie fort. "Diese können weiter entfernte Gebiete erreichen, ohne dass der Energieverbrauch wesentlich ansteigt, was für uns sehr wichtig ist."

Die Antarktis ist einer der wenigen Orte auf unserem Planeten, an dem man noch Dinge in der Natur finden kann, die der Mensch noch nie gesehen hat.

"Es ist sehr vielversprechend, an neue Orte zu gelangen, unter das Eis zu schauen und zu sehen, was sich auf dem Meeresboden befindet", so Elaine. "Als Biologin ist es wirklich aufregend zu wissen, dass wir mit den neuen Einrichtungen an Bord Dinge tun können, die wir noch nie zuvor getan haben. Unsere Wissenschaftler können auf dem Schiff mehr Analysen durchführen. So können wir jetzt frisches Material analysieren, anstatt es konservieren zu müssen. Und die Wissenschaftler können die Produktivität ihrer Zeit durch längere Fahrten optimieren

"Die Ausstattung des Schiffes war für mich interessant, weil ich es bisher gewohnt war, in Labors an Land zu arbeiten", bemerkte sie. "Man muss die Terminologie im Zusammenhang mit Schiffen verstehen, die völlig anders ist. Und es gibt andere Regeln und Vorschriften, die manchmal eine fachkundige Auslegung erfordern."

Arbeiten auf den Wellen

Die Ausrüstung für das Labor musste sorgfältig ausgewählt und unter Berücksichtigung der Schiffsbewegungen gesichert werden. "Eine der wichtigsten praktischen Überlegungen bei jeder Ausrüstung ist, dass man die Bewegung und die Vibrationen des Schiffes berücksichtigen muss", erklärt Elaine. "Als Schiff ist es zwar eine sehr stabile Plattform, aber es bewegt sich trotzdem

Es gibt bestimmte Ausrüstungsgegenstände, die an Bord eines Schiffes nicht oder nur sehr schwer verwendet werden können. Dinge wie Waagen sind nicht praktikabel, weil sie nicht stabil genug sind. Alle Geräte im Labor müssen festgemacht werden. Und alle Chemikalien, die in der Forschung verwendet werden, müssen an ihrem Platz gehalten werden.

"Es ist eine andere Arbeitsweise, die viel Vorbereitung erfordert", sagt Elaine. wir müssen dafür sorgen, dass die Wissenschaftler alles dabei haben, was sie auf der Expedition brauchen

Durch eingehende Überlegungen zu ihren Bedürfnissen und den Herausforderungen, denen sich ihre Wissenschaftler stellen müssen, und insbesondere zu den Umweltproblemen, die sich aus der Arbeit im Rahmen des Antarktisvertrags ergeben, hat BAS Erfahrungen in der nachhaltigen Wissenschaft gesammelt.

"Wir werden oft von anderen Wissenschaftlern angesprochen und gefragt, welche Verbrauchsmaterialien wir im Hinblick auf Langlebigkeit und Umwelt am besten kaufen sollten", sagt Elaine. "Es gibt bestimmte Dinge, die wir nicht auf eine Expedition mitnehmen können. Zum Beispiel elementares Quecksilber, das in einigen Thermometern verwendet wird. Solche Dinge machen die wissenschaftliche Planung noch komplizierter."

"Eine der größten praktischen Überlegungen bei jeder Ausrüstung ist, dass man die Bewegung und die Vibrationen des Schiffes berücksichtigen muss

Kompaktes Labordesign

Größe und Platz sind auf einem Schiff besonders begrenzt, da es keine Möglichkeit gibt, die Einrichtungen physisch zu erweitern. Obwohl die RRS Sir David Attenborough ein viel größeres Schiff ist als die früheren Forschungsschiffe des British Antarctic Survey (RRS Ernest Shackleton und RRS James Clark Ross), ist die Größe dennoch begrenzt.

"Wir mussten sicherstellen, dass wir den uns zur Verfügung stehenden Platz an Bord sowohl während der Entwicklung als auch im täglichen Einsatz optimal nutzen. "Darüber hinaus haben wir uns bewusst zukunftssicher gemacht. Dieses Schiff soll der Wissenschaft in den nächsten 25 bis 30 Jahren dienen. Wir mussten also sicherstellen, dass wir die richtigen Dinge für seine Zukunft einbauen."

Wartung der Laborausrüstung in einer marinen Umgebung Die Wartung der Ausrüstung erfordert zusätzliche Überlegungen, wenn ein Labor auf See betrieben wird.

"Man kann keinen Ingenieur auf das Schiff mitnehmen, wenn es sich auf einer Expedition befindet, also muss man sicherstellen, dass die Wissenschaftler an Bord über einen ausreichenden Vorrat an Verbrauchsmaterialien, Ersatz- und Serviceteilen sowie über vollständige Wartungshandbücher verfügen", sagte sie. "Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Zulieferer im Vereinigten Königreich uns bei allen Reparaturen, die während des Einsatzes der Wissenschaftler auf See erforderlich sind, gut unterstützen. Unsere Schiffsbesatzung ist hoch qualifiziert und verfügt über die nötigen Kenntnisse an Bord, aber sie braucht die Unterstützung der Zulieferer, um zu wissen, wie bestimmte Reparaturen durchzuführen sind. Und wenn ein Teil der Ausrüstung ausfällt, könnte eine ganze Forschungssaison verloren gehen, was ein großer Verlust ist. Sie müssen darauf vertrauen können, dass sie in der Lage sein werden, die wissenschaftlichen Ergebnisse zu liefern

"Verlässlichkeit ist der Schlüssel. Wir brauchen zuverlässige Lieferanten. Wir müssen wissen, dass die Dinge funktionieren werden. Dass die Dinge da sind, wo sie sein sollen, wenn sie gebraucht werden. Wir müssen uns auf das verlassen können, was wir an Bord schicken", fuhr sie fort. "Am Ende des Tages sind wir für die Sicherheit der Menschen verantwortlich, daher ist Zuverlässigkeit in allen Bereichen von grundlegender Bedeutung

Eingeschränkter Zugang

Die größte Herausforderung für Elaine und ihr Team besteht in der Notwendigkeit, aus der Ferne zu arbeiten, d. h. die Wissenschaft von Cambridge im Vereinigten Königreich aus zu leiten und nur begrenzten Zugang zum Schiff selbst zu haben.

"Wir haben zweimal im Jahr Zugang zum Schiff, wenn es im Vereinigten Königreich liegt", erklärt Elaine. "Wir müssen sicherstellen, dass wir alles für diesen Zugang geplant und vorbereitet haben. Darüber hinaus unterstützen wir auch die Menschen auf dem Schiff und den Stationen, aber die Entfernung ist eine Herausforderung. Das macht die Sache interessant, aber es ist trotzdem eine Herausforderung. Und auch das Wetter macht uns einen Strich durch die Rechnung, denn es kann sein, dass wir unsere Pläne in letzter Minute ändern müssen

"Darüber hinaus war COVID-19 eine besondere Herausforderung, da wir versuchten, Menschen von einer Seite des Planeten zur anderen zu bringen", fügte sie hinzu. "Wir sind immer noch mit den Auswirkungen der Pandemie konfrontiert und müssen uns überlegen, wie wir die Menschen an Bord und von Bord bringen und sie COVID-sicher halten können."

Testausrüstung an Bord

Die RRS Sir David Attenborough hat im Februar und März Polarforschungsversuche durchgeführt, um die wissenschaftlichen Fähigkeiten des Schiffes zu testen.

"Das Schiff hat in diesem Jahr Polarwassertests durchgeführt, was bedeutet, dass die Wissenschaftler an Bord die Fähigkeiten des Schiffes testen, um sicherzustellen, dass wir in Zukunft die beste Plattform für die Wissenschaft haben."

An Bord des Schiffes befinden sich Experten für physikalische Ozeanographie sowie für pelagische und benthische Tiefseebiologie, die das Leben in der Wassersäule bzw. auf dem Meeresboden untersuchen werden. Andere erforschen den "blauen Kohlenstoff" - Kohlenstoff, der im Meer gebunden wird. Eine andere Gruppe auf dem Schiff wird den Einfluss von Spurenmetallen wie Eisen auf die polare Biologie erforschen. Darüber hinaus werden während der gesamten Forschungssaison in der Antarktis ozeanografische Daten gesammelt, so dass das BAS feststellen kann, wie sich die Strömungen verändern, und Veränderungen der Temperatur und des Salzgehalts beobachten kann.

"Es geht darum zu sehen, was in der Antarktis passiert, denn das hat Auswirkungen auf den Rest der Welt", sagt Elaine. "Alles ist auf irgendeine Weise mit dem Klimawandel verbunden, ob es nun darum geht, zu beobachten, was passiert, oder ob wir uns ansehen, wie sich die Dinge verändert haben oder wie sie sich anpassen können

"Wir werden eine Menge Proben nehmen - Meerwasser, Sedimentproben vom Meeresboden und alle wirbellosen Tiere im Wasser. Gelegentlich finden wir auch Fische, aber meistens sind es wirbellose Meerestiere. Wir müssen wissen, was wir haben, um das aktuelle Ökosystem zu verstehen", sagt Elaine. "Wir werden auch alles von den Stationen mitbringen, was im Laufe des Jahres gesammelt wird - Pflanzen, weitere Sedimente, Material wie Federn von Seevögeln, Proben von Robben, z. B. Kot, und Pinguin-Guano. Und dieses Mal natürlich auch Eis."

Proben konservieren

Für komplexere Analysen müssen viele Proben konserviert und zur weiteren Untersuchung ins Vereinigte Königreich oder zu anderen internationalen Kollaborationen zurückgebracht werden.

"Wir müssen die Proben bei -80°C zurückbringen, da die antarktischen Organismen sehr gut an das Leben in der Kälte angepasst sind. Bei einer Lagerung bei -20 °C werden ihre Enzyme nicht deaktiviert und das Probenmaterial wird abgebaut", erklärt Elaine. "Einige der Organismen können bei -20°C noch leben (im Winterschlaf). Daher ist es für uns von entscheidender Bedeutung, dass wir die Möglichkeit haben, die Proben bei -80 °C zu konservieren, zumal jetzt fortschrittlichere Analysen erforderlich sind."

"Da wir viel Zeit und Geld investiert haben, um diese Proben zu sammeln, müssen wir sicherstellen, dass wir die besten Bedingungen bieten können, um sie zurück nach Großbritannien zu bringen", fügte sie hinzu. "Wir brauchen absolute Zuverlässigkeit. Bei der Auswahl der 80°C-Gefriergeräte für das Schiffslabor haben wir auf Energieeffizienz und doppelte Kompressoren geachtet, um höchste Zuverlässigkeit zu gewährleisten, denn wenn wir ein Problem haben, sind wir in unseren Möglichkeiten eingeschränkt. Wir mussten also diese beiden Faktoren gegeneinander abwägen - Energieeffizienz ist für uns der Schlüssel, und das Doppelkompressorsystem bietet zusätzliche Sicherheit."

BAS hat Material im Wert von mindestens zwei Jahrzehnten in Gefrierschränken mit -80 °C gelagert.

"Ich glaube, das älteste Material, das wir haben, ist etwa 20 Jahre alt", sagt Elaine. "Das ist also eine Menge Wissenschaft, die wir aufbewahren! Es ist eine bedeutende Aufzeichnung. Es spiegelt den Wert dessen wider, was die Menschen in Bezug auf langfristige Überwachungsstudien tun, um wirklich zu verstehen, wie Organismen in der Antarktis durch Temperaturveränderungen und Veränderungen des CO2-Gehalts beeinträchtigt werden, um zu erforschen, wie sich dies auf ihren Stoffwechsel auswirkt, und um ihre Genetik zu untersuchen, um die Auswirkungen auf wichtige Arten wie den Krill zu verstehen."

"Krill ist die Grundlage der Nahrungskette für alle höheren Raubtiere, und es ist ein wichtiger Bereich, in dem wir viel Langzeitforschung betreiben", fuhr sie fort. "Die Proben müssen bei -80°C zurückkommen, sonst wird er abgebaut. Sie zersetzen sich in dem Moment, in dem man sie aus dem Gefrierschrank nimmt. Die Möglichkeit, Material zurückzubringen und bei -80 °C zu lagern, hat uns wissenschaftliche Arbeiten ermöglicht, die wir aufgrund der Organismen, mit denen wir arbeiten, sonst nicht hätten durchführen können."

Lagerung für maximalen wissenschaftlichen Nutzen

Die RRS Sir David Attenborough hat Meeresingenieure, Datenmanager und IT-Spezialisten an Bord, um sicherzustellen, dass das Schiff sein Bestes gibt. Und dass alles, was gesammelt wird - von Proben bis hin zu Daten.... - ordnungsgemäß gelagert wird, damit es den größtmöglichen wissenschaftlichen Wert hat.

"Um etwas in dieser Größenordnung zu betreiben, braucht man ein komplettes und vielseitiges Team, um sicherzustellen, dass man das beste Preis-Leistungs-Verhältnis für seine Arbeit erhält", sagt Elaine. "Wir müssen sicherstellen, dass wir uns mit den verschiedenen Teams und Zulieferern gut abstimmen, aber es ist eine sehr aufregende Zeit für uns, zu sehen, wie das Schiff und das Team ihr Potenzial entfalten