Gefangen im Eis

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An Bord der »Polarstern«Gefangen im Eis

Festgefroren an einer Scholle driftet die »Polarstern« durch ein Meer aus Eis. In Kälte und Dunkelheit wagen sich Hunderte Forscher auf die größte Arktisexpedition aller Zeiten. Sie wollen den Klimawandel ergründen – unter abenteuerlichen Bedingungen und für ein Jahr. Reporterin Marlene Göring und Fotografin Esther Horvath waren an Bord

Eiskristalle wachsen an den Wimpern von Maria Josefa Verdugo und am Schal, mit dem die Forscherin ihr Gesicht vor der bitteren Kälte schützt. Der rote Polaranzug des Alfred-Wegener-Instituts hält sie warm. Die Doktorandin hat gerade einen Bohrkern gezogen, eine Probe aus dem Eis. Sie soll unter anderem Auskunft darüber geben, ob Organismen darin leben oder Methan in ihm gespeichert ist

Die Sonne schafft es nicht mehr über den Horizont der Eiswüste, als Matthew Shupe die magische Kiste öffnet: Darin befinden sich das Steuerungsterminal für einen Messturm der Forschungsstation und eine Lichterkette, die der Physiker dort eingebaut hat – damit er besser sieht und »weil hier die Magie geschieht«

Bewaffnet mit Nachtsichtgerät und Gewehr hält Olaf Stenzel Ausschau nach Eisbären. Der Polizist ist für die Forscher wie eine Lebensversicherung. In der Regel werden die Tiere mit Knallkörpern oder sogar mit dem Helikopter verscheucht. Nur im äußersten Notfall dürfen Stenzel und seine Kollegen auf sie schießen

Wenn Polarfahrer heute ihr Ziel erreichen, setzen sie als Erstes keine Landesflagge, sondern eine GPS-Antenne. Martin Schiller lässt seinen Blick über die Scholle wandern, nur vier Breitengrade vom Nordpol entfernt. Die Sonne hängt tief, obwohl es erst Mittag ist. Ihr Licht zeichnet Muster in Pastell auf die raue Eisfläche, bis zum Horizont. »Das ist das Tolle, wenn man Meereisphysiker ist: Wir dürfen immer zuerst aufs Eis.«

Mit beiden Armen hebt Schiller die GPS-Antenne über den Kopf, dann rammt er sie mit Wucht in den Boden. Die mannshohe Stange wirkt fehl am Platz inmitten der weiten Eiswüste, wie auf einem fremden Planeten, den zum ersten Mal Menschen betreten.

Sechs weitere Antennen wird der Ingenieur aufstellen. Zusammen füttern sie als Fixpunkte ein neuartiges Navigationssystem, das Schiller für die Expedition entworfen hat: Wie Google Maps zeigt es den Forschern die Umgebung an – allerdings eine, die wandert und sich dreht. Denn die Scholle ist immer in Bewegung.

Und mit ihr die »Polarstern«. Im Oktober schob sich der 12 000-Tonnen-Eisbrecher in die Eisscholle, im Maschinenraum verklangen die Antriebswellen mit einem Seufzer. Nun treibt das Schiff mit der natürlichen Drift des Eises durchs Nordpolarmeer – für ein ganzes Jahr. Die Polarstern ist die Basis für die größte Polarexpedition in der Geschichte: ein Jahrzehnt Planung, 20 Nationen, 900 Experten an Land und an Bord; fünf Eisbrecher und Flugzeuge, die das Schiff versorgen. Kosten: 140 Millionen Euro. Bei dieser Fahrt gibt es nur Superlative.

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Mit Gitarre, Ukulele und Akkordeon harmonieren Antonia Immerz, Bjela König und Verena Mohaupt (v. l.) auch beim Musizieren im Blauen Salon

Das Forschungsschiff bietet wenig Raum für Bewegung. Der Nautische Offizier Lutz Peine hält sich mit Seilspringen fit

Die Eisbärenwächterin Trude Hohle entspannt sich im Roten Salon beim Stricken

Abwechslung im Eis: Um den Kopf frei zu bekommen, tragen die Forscher das wohl nördlichste Fußballturnier der Welt aus

Expeditionsleiter Markus Rex über Freizeit auf der Polarstern

Die hier verwendeten Audio-Kommentare stammen aus dem Podcast "Artic Drift". In dem Audiologbuch geben Markus Rex (Foto) und seine Kollegen Einblicke in das Leben an Bord, die aktuellen Erkenntnisse und Herausforderungen in der Arktis.

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Mosaic heißt das Projekt, das vom deutschen Alfred-Wegener-Institut (AWI) angeführt wird. Mosaic steht für »Multidisziplinäres Drift-Observatorium zum Studium des arktischen Klimas«. Und wirklich puzzeln Dutzende Forscher hier ein Mosaik zusammen.

Auf der 2,5 mal 3,5 Kilometer großen Scholle entsteht um die Polarstern herum eine Forschungsstadt mit Hunderten Instrumenten, meteorologischen Messtürmen, Unterwasserrobotern, Radaren, Lasern, Forschungsballons. Alle verbunden durch ein Datennetz.

Noch nie sind Wissenschaftler mit so aufwendiger Ausrüstung zum Nordpol gereist. Mit ihr wollen sie eine hochkomplexe, fremde Welt erforschen. In der zentralen Arktis hängt alles zusammen: Wind und Wolken, Atmosphäre und Ozean – dazwischen wie eine Isolierdecke das Eis, das Leben so weit im Norden überhaupt erst möglich macht: von Mikroorganismen über Krebse und Fische bis zum Eisbären. Ändert sich ein Teil, ändert sich das ganze System.

Weil alles so eng verwoben ist, verstärken sich Veränderungen gegenseitig: Wo etwa Eis schmilzt, gibt es mehr offenen Ozean. Der nimmt mehr Wärme auf und heizt die Atmosphäre darüber auf – was zu noch weniger Eis führt. Wegen solcher Rückkopplungseffekte erwärmt sich die Arktis mehr als doppelt so schnell wie der Rest der Erde – mit Konsequenzen für den gesamten Planeten.

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Während Offizier Felix Lauber auf der Brücke die Umgebung der Polarstern im Blick behält...

...baut Eisbärenwächter Gaute Hermansen einen Windschutz

Wie genau sich das auf uns auswirkt, das können Forscher bislang nur vermuten: Sie wissen zu wenig über die Prozesse in der Arktis. Schließlich gelangen nur selten Wissenschaftler so hoch in den Norden. Die letzte größere Drift, die Sheba-Expedition vor der Küste Alaskas, fand vor über 20 Jahren statt.

„Kein Land ist groß genug, um ein Projekt wie Mosaic allein zu stemmen“, sagt Markus Rex, der die Expedition leitet. „Große Fragen wie den Klimawandel müssen wir gemeinsam lösen.“ Rex dirigiert die Arbeit im Eiscamp meistens von der Schiffsbrücke aus. Jetzt stapft er durch den Schnee. Durch eine der Forschungsstationen zieht sich seit dem Morgen ein Riss: erst fein und kaum zu sehen, aber bald schon weit wie ein kleines Rinnsal.

Rex folgt den Haken, die der Riss ins Eis geschlagen hat. Bis zu der Stelle, wo der Spalt im zerklüfteten Teil der Scholle verschwindet. „Das ist gut. Der wird uns nicht gefährlich“, stellt Rex fest. Dabei sieht er nicht ganz überzeugt aus.

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In der meteorologischen Station, Met City genannt, stellen mehrere Forscher mit vereinten Kräften einen elf Meter hohen Messturm auf

Markus Rex über »Miss Piggy«

Im Licht eines Scheinwerfers bereitet der Techniker Jürgen Graeser »Miss Piggy« vor. Im Audio-Kommentar erklärt Expeditionsleiter Markus Rex, welche Daten der Ballon liefert.

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Die Arktis ist ein extremer, lebensfeindlicher Ort. Das macht die Forschung zu einem täglichen Kampf. In der Polarnacht – in diesen Breitengraden von Oktober bis März – herrscht durchgehend Dunkelheit.

Auf der Scholle arbeiten die Mosaic-Forscher bei bis zu minus 45 Grad Celsius, manchmal halb blind im Schneetreiben. Weht kein Wind, umhüllt die Forscher die Dunstwolke ihres eigenen Atems. Er lässt Eiskristalle auf ihren Haaren, Wimpern und Wollmützen wachsen, an jedem Faden, der irgendwo hervorlugt.

Regelmäßig müssen sie ihre Instrumente von Eis befreien. Oder sie reparieren, nachdem Stürme gewütet oder Eisbären sie inspiziert haben. Manchmal wird die Scholle selbst lebendig: Der Boden reißt auf, Eisrücken wälzen sich über Kabel und Geräte. Um sie zu bergen, klettern die Forscher über wackelige Eistrümmer. Manchmal trennt sie nur eine Handbreit Eis vom vier Kilometer tiefen Ozean.

Ein Jahr stellen sich die Polarfahrer den Bedingungen, um im Wechsel der Jahreszeiten die Arktis zu untersuchen. Ihre Instrumente blicken dafür in die Luft, in den Ozean, auf und unter das Eis.

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ROV steht für Remotely Operated Vehicle. Dieser UNTERWASSERROBOTER, den die Forscher »Beast« nennen, misst die Eigenschaften des oberen Ozeanwassers. Kameras geben einen Einblick in die fantastische Landschaft unter dem Eis.

REMOTE SENSING SITE

Im Halbkreis angeordnet, schauen hier Sensoren aufs Eis, darunter Mikrowellenradare, Infrarot kameras und Scatterometer; sie messen die Streustrahlung der Eisoberfläche. Die Geräte ähneln denen, die sonst auf Satelliten eingesetzt werden. Die Forscher überprüfen sie hier unten auf der Erde und erfahren so, welche Messwerte den realen Bedingungen auf dem Eis entsprechen. So können sie später die Aufnahmen aus
dem All besser interpretieren.

Die meteorologische Forschungsstation ist die größte Messstation auf dem Eis. Dutzende Instrumente schauen hier in die Luft, aufs Eis und ins Meer. SCHNEEWAAGE, SCHNEEMESSER und LASERNIEDERSCHLAGSMONITOR beobachten genau, wie viel Schnee fällt und wie er verweht wird. Die Instrumente an den beiden MESSTÜRMEN weisen selbst kleinste Wirbel in der Luft nach – diese sind Indizien dafür, dass Energie ausgetauscht wird. All diese Ausrüstung musste von SCHNEEMOBILEN mit NANSENSCHLITTEN zur Station gezogen werden. Die Schlitten hat der norwegische Polarfahrer Fridtjof Nansen entworfen, der von 1893 an mit seinem Schiff »Fram« als erster Forscher die transpolare Drift genauer untersuchte.

Von hier aus kommt die CTD-SONDE zum Einsatz. Sie wird durch ein knapp anderthalb Meter großes Loch im Eis ins Wasser gelassen und sinkt bis knapp oberhalb des Meeresbodens in mehr als 4000 Meter Tiefe. Sie sammelt Wasserproben, mit denen sich Salzgehalt, Temperatur und Leitfähigkeit bestimmen lassen.

Die Basis der Forschungsballons. Der kleine ATMOSPHÄRENBALLON sammelt in rund 30 Kilometer Höhe Werte wie Ozongehalt, Temperatur und Druck. Die rote MISS PIGGY hängt hingegen am Seil und liefert Daten aus der kalten unteren Atmosphärenschicht, die für die Arktis charakteristisch ist. Der größere FESSELBALLON misst Aerosole, Strahlung und Luftwirbel.

Der Forschungseisbrecher ist ein schwimmendes Labor. Für die Expedition wurde er zusätz lich mit Forschungscontainern und Sensoren ausgestattet. Das knapp 118 Meter lange Schiff versorgt das Eiscamp mit Strom (hier sind die Stationen mit allen wesentlichen Bestandteilen, jedoch nicht maßstab gerecht dargestellt). Auf der Brücke beobachten ständig zwei Personen, ob sich neue RISSE IM EIS bilden. Von dort sahen Wachen auch die beiden im Text erwähnten EISBÄREN. Der HELIKOPTER startet von der »Polar stern«; sein EMBIRD gibt einen großflächigen Überblick der Eisdicke.

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ROV CITIY

ROV steht für Remotely Operated Vehicle. Dieser UNTERWASSERROBOTER, den die Forscher »Beast« nennen, misst die Eigenschaften des oberen Ozeanwassers. Kameras geben einen Einblick in die fantastische Landschaft unter dem Eis.

REMOTE SENSING SITE

Im Halbkreis angeordnet, schauen hier Sensoren aufs Eis, darunter Mikrowellenradare, Infrarot kameras und Scatterometer; sie messen die Streustrahlung der Eisoberfläche. Die Geräte ähneln denen, die sonst auf Satelliten eingesetzt werden. Die Forscher überprüfen sie hier unten auf der Erde und erfahren so, welche Messwerte den realen Bedingungen auf dem Eis entsprechen. So können sie später die Aufnahmen aus
dem All besser interpretieren.

MET CITY

Die meteorologische Forschungsstation ist die größte Messstation auf dem Eis. Dutzende Instrumente schauen hier in die Luft, aufs Eis und ins Meer. SCHNEEWAAGE, SCHNEEMESSER und LASERNIEDERSCHLAGSMONITOR beobachten genau, wie viel Schnee fällt und wie er verweht wird. Die Instrumente an den beiden MESSTÜRMEN weisen selbst kleinste Wirbel in der Luft nach – diese sind Indizien dafür, dass Energie ausgetauscht wird. All diese Ausrüstung musste von SCHNEEMOBILEN mit NANSENSCHLITTEN zur Station gezogen werden. Die Schlitten hat der norwegische Polarfahrer Fridtjof Nansen entworfen, der von 1893 an mit seinem Schiff »Fram« als erster Forscher die transpolare Drift genauer untersuchte.

OCEAN CITY

Von hier aus kommt die CTD-SONDE zum Einsatz. Sie wird durch ein knapp anderthalb Meter großes Loch im Eis ins Wasser gelassen und sinkt bis knapp oberhalb des Meeresbodens in mehr als 4000 Meter Tiefe. Sie sammelt Wasserproben, mit denen sich Salzgehalt, Temperatur und Leitfähigkeit bestimmen lassen.

BALLOON TOWN

Die Basis der Forschungsballons. Der kleine ATMOSPHÄRENBALLON sammelt in rund 30 Kilometer Höhe Werte wie Ozongehalt, Temperatur und Druck. Die rote MISS PIGGY hängt hingegen am Seil und liefert Daten aus der kalten unteren Atmosphärenschicht, die für die Arktis charakteristisch ist. Der größere FESSELBALLON misst Aerosole, Strahlung und Luftwirbel.

POLARSTERN

Der Forschungseisbrecher ist ein schwimmendes Labor. Für die Expedition wurde er zusätz lich mit Forschungscontainern und Sensoren ausgestattet. Das knapp 118 Meter lange Schiff versorgt das Eiscamp mit Strom (hier sind die Stationen mit allen wesentlichen Bestandteilen, jedoch nicht maßstab gerecht dargestellt). Auf der Brücke beobachten ständig zwei Personen, ob sich neue RISSE IM EIS bilden. Von dort sahen Wachen auch die beiden im Text erwähnten EISBÄREN. Der HELIKOPTER startet von der »Polar stern«; sein EMBIRD gibt einen großflächigen Überblick der Eisdicke.

Mit klammen Fingern fummelt Matthew Shupe ein Kabel an seinen elf Meter hohen Messturm. Das Kabel ist in der Kälte ganz steif geworden. Noch liegt der Turm auf der Seite im Schnee: Shupe, Leiter des Atmosphärenteams und Physiker an der University of Colorado, muss ihn ausrüsten, bevor er aufgerichtet wird.

»Hier passiert die Magie«, sagt Shupe und öffnet einen Metallkoffer, der innen aufleuchtet wie eine Kirmesbude. Es ist das Steuerungsterminal, in dem alle Daten zusammenlaufen, die von den Instrumenten am Turm gemessen werden.

Etwa des Ultraschall-Anemometers, das Windprofile in 3-D erstellt. Es sieht aus wie eine Roboterhand – drei gespreizte Finger, die im Bruchteil einer Sekunde Schallwellen aufeinander schießen.

Kommen die verzögert an, weist das noch winzigste Wirbel in der Luft nach. Shupes Station liegt in der Forschungsstadt am weitesten vom Schiff entfernt – der Rumpf würde den Luftstrom sonst zu sehr verwirren.

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Markus Rex über den ersten Sturm

Ein Sturm fegt über die Scholle. Im Eis brechen Risse auf, meterhohe Eisrücken begraben die Stromkabel unter sich. Die Crew muss sie bergen. Expeditionsleiter Markus Rex kann dem Unwetter dennoch viel Positives abgewinnen.

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Von der fest im Eis verankerten »Polarstern« steigen die grünen Laserstrahlen eines Lidar in die Polarnacht auf: Mit dieser Methode, die ähnlich wie ein Radar funktioniert, messen die Forscher etwa die Menge von Partikeln in der Luft. Das Bild entstand mit einer Fotodrohne

Ein Bild aus einer fernen Welt: Geräte wie das Radar und das Scatterometer werden auch auf Satelliten verwendet, um Informationen über Abstände und Oberflächen zu erhalten

Unter dem Eis, 60 Meter tief, schwimmen Instrumente, die ebenfalls Strömung messen. Die Wirbel in Luft und Wasser zeigen an, dass Energie ausgetauscht wird. Will man die Arktis verstehen, muss man wissen, wie Energie darin wirkt: also Wärme und Bewegung. Daraus ergibt sich, wie sich Luft und Wasser verhalten, wohin sich das Eis bewegt, ob es wächst oder schmilzt.

Das Klimasystem der Erde lässt sich in Formeln packen: eine Balance-Rechnung, in der Energie immer erhalten bleiben muss. „Klimamodelle basieren oft auf Daten, die anderswo auf der Welt gesammelt wurden“, sagt Shupe. So hoch im Norden herrschen aber sehr spezielle Bedingungen: extreme Kälte, im Wechsel nur Tag oder nur Nacht, stabile Atmosphärenschichten, durch die es oben wärmer statt kälter wird. „Was für unsere Breitengrade gilt, kann hier ganz anders ablaufen“, sagt Shupe.

In manchen Fällen funktionieren die Modelle für die Arktis trotzdem gut – sie simulieren etwa korrekt, wie stark Eis im Gegensatz zu offenem Wasser Sonnenstrahlung reflektiert. Wie aber Wolken hier oben die Klimabilanz verändern – ob sie vor allem Sonnenstrahlung abschirmen oder Wärme in der Atmosphäre stauen –, wissen die Forscher nicht.

Diese Wissenslücken machen sich bemerkbar: Die Veränderungen der Arktis, etwa wie weit sich das Eis zurückzieht, übertreffen regelmäßig die schlimmsten Prognosen der Modelle.

Für Shupe und seine Kollegen bietet die Expedition eine riesige Chance: Mit den Daten aus erster Hand können sie die bestehenden Modelle verbessern – und die Folgen des Klimawandels genauer vorhersagen.

Jetzt, im Februar und März, steckt die Expedition in ihrer schwierigsten Phase. Die Forscher an Bord haben die Scholle nie bei Tageslicht gesehen. Die Temperaturen fallen auf Tiefststand. Die Forscher müssen trotzdem hinaus in die dunkle, lebensfeindliche Umgebung. Denn wie gut ihre Messungen gelingen, entscheidet über Erfolg und Misserfolg der Mission. Der Rest der Welt wartet auf ihre Ergebnisse.

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So war meine Zeit im Eis

Sechs Wochen lang durfte Wissenschaftsjournalistin Marlene Göring Teil der größten Arktisexpedition aller Zeiten sein. Am 20. September war die „Polarstern“ mit ihr und Forschern aus aller Welt in Tromsø gestartet. Bald war Göring nicht nur als Reporterin mit an Bord; sie half auch mit, die Forschungsstation aufzubauen, Hütten zu errichten, Kabel zu verlegen.

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Marlene Göring im Video

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Im aktuellen GEO Magazin finden Sie eine große Reportage über die Expedition sowie weitere Bilder.

Im Rahmen einer übergreifenden Zusammenarbeit berichten außerdem die Magazine Stern, P.M., GEOlino sowie stern.de und der Audio-Now-Podcast "Arctic Drift" über die Expedition Im Herbst 2020 wird die UFA-Produktion "Expedition Arktis" im ARD-Fernsehen zu sehen sein, im Prestel Verlag werden ein Bildband und in der Verlagsgruppe Random House der Expeditionsbericht sowie ein Kinderbuch erscheinen.

Die Hefte mit Berichten zur Arktis-Expedition können Sie hier bestellen:

GEO
GEOlino
Stern
P.M.

Text: Marlene Göring
Fotos: Esther Horvath (Drohnenbild: Jakob Stark)
Illustration: Tim Wehrmann
Videos: Alfred-Wegener-Institut / Esther Horvath; Alfred-Wegener-Institut / UFA SHOW & FACTUAL
Multimedia-Umsetzung: Jan Henne

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