D6 Physikalisch-chemische Probenahme

Thema

Physikalisch-chemische Probenahmen liefern hochpräzise Referenzmessungen der Eigenschaften von Meerwasser in der Tiefe. Diese Messungen sind unerlässlich, sowohl für die Kalibrierung der zuvor beschriebenen autonomen Instrumente als auch für die Erforschung der Ozeanchemie selbst. Umfangreiche hydrographische Vermessungen durchqueren die Ozeane und errichten hydrographische Stationen in Abständen von etwa 50 bis 100 Kilometern. An jeder Station wird ein vollständiges Profil von der Oberfläche bis zum Meeresboden gemessen und Wasserproben in Niskin-Flaschen gesammelt. Diese Proben werden anschließend im Labor mit höchstmöglicher Präzision chemisch analysiert. Dadurch dient diese physikalisch-chemische Probenahme als Referenz für die Kalibrierung aller anderen autonomen Instrumente.

Der Standardsensor zur Messung dieses vollständigen Profils ist der Leitfähigkeits-, Temperatur- und Tiefensensor. Er misst die elektrische Leitfähigkeit des Wassers, aus der mithilfe der Internationalen Thermodynamischen Gleichung für Meerwasser der Salzgehalt abgeleitet wird; er misst die Temperatur mit einer Genauigkeit von einem Tausendstel Grad; und er misst den Druck, d. h. die Tiefe, mit einer Genauigkeit von einem Dezibar. Moderne Sensoren dieser Art sinken mit zwei Metern pro Sekunde ab und entnehmen 24 Proben pro Sekunde. So entstehen Profile mit extrem hoher vertikaler Auflösung und einer Messgenauigkeit von nur sechs Zentimetern.

Zusätzlich zu diesem physikalischen Profil ermöglichen die in Niskin-Flaschen gesammelten Wasserproben auch die Messung von kurzlebigen Tracern: Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Schwefelhexafluorid und das Tritium-Helium-3-Paar. Die Konzentration dieser Verbindungen in der Atmosphäre verändert sich seit den 1940er-Jahren nachweislich. Genau diese bekannten atmosphärischen Veränderungen erlauben es Wissenschaftlern, das Alter des Wassers – also die Dauer seines Kontakts mit der Atmosphäre – zu bestimmen, indem sie die Konzentration jedes einzelnen Tracers in einer Tiefseewasserprobe messen und so die Belüftungsrate der Tiefsee berechnen.

Die im Wasser gelösten Gase Sauerstoff und Kohlendioxid geben zudem Aufschluss über seine biologische Geschichte und seinen Austausch mit der Atmosphäre. Die scheinbare Sauerstoffnutzung, also die Differenz zwischen dem Sauerstoffgehalt des Wassers im gesättigten Zustand und dem tatsächlichen Sauerstoffgehalt, quantifiziert den Sauerstoffverbrauch durch biologische Atmung seit dem Austritt des Wassers aus der Atmosphäre. Dieser akkumulierte Verbrauch führt dazu, dass älteres, weniger belüftetes Wasser im Vergleich zu frisch belüftetem Wasser stets eine höhere scheinbare Sauerstoffnutzung, höhere Nährstoffkonzentrationen wie Nitrat und Phosphat sowie niedrigere Werte für gelösten Sauerstoff und Säure aufweist. Durch die Kombination des physikalischen Profils (ermittelt durch Leitfähigkeits-, Temperatur- und Tiefensensoren), der durch transiente Tracer ermittelten Daten und der durch gelöste Gase dokumentierten biologischen Geschichte rekonstruiert die physikalisch-chemische Probenahme letztendlich aus einer einzigen Wasserprobe sowohl deren Alter als auch alle Vorgänge seit ihrem Austritt aus der Atmosphäre.

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