Neue Erkenntnisse zum Inhalt und den Prozessen im Ozean
Für den Erhalt der biologischen Vielfalt, Klimaschutz, Ernährungssicherheit und sogar erneuerbare Energie und menschliche Gesundheit ist es unabdingbar, die Weltmeere nachhaltige zu bewirtschaften. Über die Meeresforschung können Daten erhoben werden, um die aktuellen Bedingungen rund um die Meeresgesundheit zu erklären und Prognosen über Veränderungen aufzustellen. Im EU-finanzierten Projekt TechOceanS wurden kritische Lücken in der Meeresbeobachtung erkannt und neue oder bessere Technologien entwickelt, um diese zu schließen. Mit den Technologien können wenigstens 12 der 19 wichtigsten Meeresvariablen zur Biogeochemie, Biologie und zu den Ökosystemen und wenigstens 39 der 73 Untervariablen sowie Angaben zu Abfällen, Kunststoffen, Biotoxinen, Parasiten, Krankheitserregern und organischen Schadstoffen erfasst werden.
Das Karbonatsystem und Nährstoffe im Meer
In der Meereschemie ist die CO2-Messung eine Priorität. Das Team von TechOceanS hat einen In-Situ-Fluoresensor mit Zeitauflösung konzipiert, um die Geschwindigkeit, mit der CO2 mittels Sonneneinstrahlung in den Ozeanen gebunden wird (Photosynthese oder Primärproduktivität), aus der Ferne zu bestimmen. „Der neue Sensor ist im vergleich zu Vorgängern um 72 % kompakter, verbraucht 80 % weniger Strom (weniger als zwei Watt) und kann in tieferen Gewässern (2 000 m statt 600 m) eingesetzt werden. Mit diesem Sensor ist erstmals die umfassende Messung der Primärproduktivität der Meere möglich“, erklärt der Projektkoordinator Matt Mowlem vom National Oceanography Centre. Mit den verbesserten chemischen Mikrofluid-Sensoren können zwei Parameter gleichzeitig gemessen werden. So kann das gelöste CO2 (ergänzend zum pH-Wert oder dem Säuregehalt) über gekoppelte Messungen der Gesamtalkaleszenz und dem gelösten anorganischen CO2 erfasst werden. Mit den Sensoren können auch wichtige Nährstoffe wie Nitrat/Phosphat und Phosphat/Silikat aufgezeichnet werden.
Biologische Populationen, organische Materialien und Lebensräume
„Um das Vorhandensein und die Abundanz von Arten in bestimmten Gebieten zu ermitteln, haben die Forschenden einen Probensammler für Nucleinsäuren mit Kartuschen angepasst und optimiert, damit die Proben einfacher und sicherer entnommen werden können. Der Probensammler ist kommerziell über McLane Research Laboratories (USA) erhältlich und dient zur Erfassung von DNS von größeren und kleineren ganzen Organismen“, berichtet Mowlem. Mit diesem Gerät können Fragen zur Abundanz, Vielfalt und Verbreitung von Meeresorganismen beantwortet werden, darunter Phyto- und Zooplanktion, Mikroben, Mikroalgen, Invertebraten, Fische, Schildkröten, Vögel, Säugetiere, Korallen, Seegras und Mangroven. Zusätzlich wurde ein In-Situ-Sensorsystem für Messungen organischer Materialien mit hoher Kapazität (Hunderte bis zu potenziell Tausende Messungen) entwickelt, auch für Schadstoffe, Toxine und Nucleinsäuren. Dabei werden Reagenzien in fester, pulverförmiger oder gelartiger Form verwendet, um die Lebenszeit im Vergleich zu Reagenzien in Lösungen von Stunden auf Monate zu verlängern.
Phytoplankton und Mikroplastik
Der Underwater Vision Profiler 6 (UVP6) ist ein verfügbarer Sensor für quantitative Bildgebung, mit dem große Schwebeteilchen und Plankton überwacht werden. Im Rahmen von TechOceanS wurde der UVP6m entworfen, mit dem Teilchen von einer Größe bis zu 10 µm erkannt und bis zu 100 µm klassifiziert werden können. „Der Sensor wurde in zwei Arten von Meeresgleitern integriert. Das erfolgte mittels SIRMA™, einem intelligenten Gerät zur Umwandlung eines klassischen optischen Verbindungskabels in eine intelligente Verarbeitungseinheit. An der automatischen Bildverarbeitung und Edge-Computing arbeiten wir noch“, sagt Mowlem. Zusammengenommen können mit diesen Ergebnissen wichtige Wissenslücken zu Meeresorganismen und bei der Beobachtung von Lebensräumen und Abfällen geschlossen werden. Alle Protokolle und Datenerhebungsverfahren sind in den Aufbau der Open-Access-Plattformen Ocean Best Practices System und Better Biomolecular Ocean Practices eingeflossen. Zudem werden alle Projektdaten bei Projektende veröffentlicht. Aus TechOceanS ist eine Fülle an Technologien und Daten hervorgegangen, die der Meeresforschung, der Industrie, Regulierungsbehörden und der Politik im Hinblick auf eine nachhaltige Bewirtschaftung der Meere zugute kommen werden. „Unter TechOceanS sind hochqualifizierte Technologieentwickelnde und Anwendungsfachkräfte zusammengekommen, die sehr gern von möglichen Partnern, Mitwirkenden und Nutzenden hören würden“, so Mowlem abschließend.
Schlüsselbegriffe
TechOceanS, Ozean, Sensor, Primärproduktivität, CO2, Meeresorganismen, wesentliche Meeresvariablen, Ozeansensorik, Phytoplankton, Mikroplastik