Wie und wieso kartieren wir den Meeresboden?

Über 70 % der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt, doch wissen wir deutlich weniger über die Morphologie des Meeresbodens denn über die 30 % unserer Erde, die von Land bedeckt sind. Die meisten Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit unserer Kontinente erhalten wir von Satelliten. Doch diese Satelliten vermögen es nicht durch mehrere Kilometer mächtige Wassermassen bis auf den Meeresgrund zu schauen. Wir sind daher auf andere Methoden angewiesen, um die unterschiedlichsten Landformen zu kartieren, die unsere Unterwasserwelt formen – ausbrechende Vulkane, riesige Bergketten, ausgedehnte Ebenen und viele mehr.

Als Geowissenschaftler und Mitglieder des Bathymetrie-Teams an Bord der SONNE Ausfahrt 237 sind wir dafür verantwortlich, den Meeresboden unter unserem Schiff zu kartieren, geologische Informationen zu sammeln und die anderen Teams bei ihrer Planung beratend zu unterstützen, um möglichst die besten Beprobungsstationen zu bestimmen. Außerdem gibt uns die Kartierungen der Meeresbodenoberfläche Aufschluss über den Aufbau und die Prozesse in der ozeanischen Erdkruste.

Unterseeische Berge und Täler beeinflussen jedoch die Oberfläche des Meeresspiegels, sodass wir nur eine sehr grobe Vorstellung vom Meeresboden haben. Nur sehr große Formationen, die sich über mehrere Kilometer erstrecken, sind erkennbar. Eine solch grobe Auflösung ist jedoch zu ungenau für eine geologische Interpretation, denn viele Strukturen sind deutlich kleiner. Um eine detailliertere Karte mit höherer Auflösung zu erhalten, nutzen wir die Schallwellen eines Fächerecholots. Das Echolot, montiert am Rumpf der SONNE, sendet regelmäßig Schallwellen (auch „Pings“ genannt) aus, die vom Meeresboden reflektiert werden. Diese Reflexionen werden von einem Aufnehmer am Rumpf der SONNE detektiert. Aus der Zeit, die die Schallwellen vom Schiff zum Meeresboden und zurück benötigt haben, berechnen wir dann die Wassertiefe. Um ganze Gebiete zu kartieren, nutzen wir jedoch nicht nur einen Ping, sondern senden einen ganzen Fächer an Schallwellen zeitgleich aus (den sogenannten „Swath“), der dutzende Kilometer auf einmal abdecken kann. (Ein ähnliches System kann auch an das AUV montiert werden, das dann eine kleinere Fläche, aber in einer noch höheren Auflösung kartieren kann). Während das Schiff über den Ozean kreuzt, produzieren die Bathymetriker aus diesen Fächerecholotdaten eine Karte des Meeresbodens unter dem Schiff. Dazu muss das Team die Fächerecholotdaten nachbearbeiten und die Daten von falsch aufgenommenen „Pings“ bereinigen, um so eine möglichst genaue Karte zu erstellen. Diese wird dann sowohl für die tägliche wissenschaftliche Planung benutzt, als auch zur geologischen Interpretation des Meeresbodens. Auf der Ausfahrt SO237 wollen wir so über 100.000 km² Meeresboden kartieren!
Dr. Isobel Yeo, GEOMAR – Helmholz Center for Ocean Research Kiel

[English]

Why and how do we map the seafloor?

More than 70% of the Earth’s surface is covered by oceans, yet much less is known about the morphology of the seafloor than the 30% of the planet that is covered by land. The majority of the information available about the shape of the continents is provided by satellites, but these satellites are not able to see through the several kilometers of water to the seafloor and therefore we must use different methods to map the varied landforms – erupting volcanoes, mountain chains, plains and many more – that make up the submarine landscape.

As geologists, and members of the bathymetry team on board cruise SO237, it is our responsibility to map the seafloor over which we are travelling and provide information on the geology of the seafloor in order to help the other teams pick the best sites to carry out their sampling efficiently. Additionally, we can gather a lot of information about the structure of the earths crust from looking at the morphology of its surface.

Mountains and valleys on the seafloor have a small effect on the shape of the oceans surface and so we have a very rough idea of what the seafloor looks like but we are only able to see very large features, on the scale of kilometers, and this resolution is not good enough to establish most geological features. One of the most efficient ways to image the seafloor in higher resolution is to conduct multibeam sonar surveys. On the bottom of the Sonne is an instrument called an echosounder. The echosounder emits a beam of sound pulses (or “pings”) that reflect off the seafloor and return to the ship where they are detected by a receiver. The time taken for these pings to travel to and from the seafloor tells us the depth of the water underneath the ship. The pings are emitted in a fan shape, to cover an area (or “swath”) that may be tens of kilometers in width. As the ship travels between waypoints, the bathymetrists operating the multi-beam sonar system produce a map of the seafloor beneath the ship (there is a similar system on board our AUV which is capable of mapping smaller areas of the seafloor at around 1 m resolution). The team then post-process the data to get rid of any incorrect soundings and produce maps that can be used both for the day-to-day science planning, as well as for the geological interpretation of the seafloor.  During this cruise we expect to map over 100,000 km2 of the ocean floor!
Dr. Isobel Yeo, GEOMAR – Helmholz Center for Ocean Research Kiel

Dirk und Meike säubern die Daten von falschen Reflexionen / Dirk and Meike are cleaning the data from incorrect soundings. ©Thomas Walter

Isobel und Nico planen die Fahrtroute und übermitteln ihre Wegpunkte direkt an die Brücke. Hier ordnet Nico gerade die Projektdaten / Isobel and Nico are planning the survey and transmitting the waypoints to the bridge. Here, Nico organizes the project files. ©Thomas Walter