Meeresforschung

Entdeckerfieber an den Polen: Die Forscher wollen hier nach neuen Erkenntnissen über den Klimawandel bohren – und nach neuen Energiequellen. Dafür wird jetzt ein gigantischer Eisbrecher gebaut – in Deutschland.

Im Sommer 1991 gelang der »Polarstern«, dem Flaggschiff der deutschen Polarforschung, ein einzigartiger Coup: Sie brach bis zum Nordpol durch, als erstes konventionell angetriebenes Schiff. Das hatten zuvor nur atomgetriebene Eisbrecher und U-Boote geschafft. Doch die gewagte Fahrt durch die Kälte offenbarte auch die Grenzen der stolzen Polarstern: 3,5 Meter dicke Eisbarrieren zwangen das Schiff immer wieder zur Suche nach passierbaren Spalten im Eis und damit zu großen Umwegen.

Und so begannen die Polarforscher von einem neuen,stärkeren Schiff zu träumen. Von einem, mit dem sie den ganzen Jahreslauf der Natur im Eismeer beobachten können. Denn heute, 18 Jahre später, ist das Interesse an den Polen größer denn je. Das Eis der Arktis schmilzt schneller, als alle Klimamodelle vorhersagen, und der Wettlauf um die letzten großen Energiereserven und Bodenschätze am Grund des Eismeers hat begonnen.

Entscheidend für den Ausgang des Rennens könnte das Forschungsschiff der Superlative sein, das Wissenschaftler vom Polarkomitee der Europäischen Wissenschaftsstiftung, vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung sowie Ingenieure aus Bremerhaven und Hamburg gerade konzipieren: die »Aurora Borealis«. Sie soll ein Eisbrecher der höchsten Klasse werden, der sich auch im Winter mit drei Knoten durch 2,5 Meter dickes Eis schieben und 15 Meter hohe Eisbarrieren durchstoßen soll. Als Mehrzweck-Forschungsschiff soll sie alle Eismeere der Welt befahren. Man wird sie von Weitem an ihrem mächtigen Bohrturm erkennen können, mit dessen Hilfe sich kilometerlange Bohrkerne auch noch aus fünf Kilometer Wassertiefe holen lassen – und das inmitten von treibenden Eisschollen, drückendem Packeis und ohne Hilfe von anderen Eisbrechern. Die Aurora Borealis soll Europa an die Spitze der internationalen Polarforschung katapultieren.

Sie wird auch in Zeiten der Erderwärmung gebraucht werden. Denn selbst wenn der arktische Ozean in 40 Jahren im Sommer völlig eisfrei sein sollte: Im Winter wird er auch in 100 Jahren noch zufrieren, sind die Forscher überzeugt. Zwar wird das Eis dünner werden – dadurch ist es aber eher tückischer für die Schifffahrt: Es bricht leichter auf und schiebt sich zu haushohen Barrieren auf, die für heutige Eisbrecher undurchdringlich sind.

»Ich träume seit 25 Jahren davon, dass man in der Arktis routinemäßig Tiefseebohrungen durchführen kann«, sagt Jörn Thiede, heute Professor an der Universität Kopenhagen. 2001, als er Direktor des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven und frisch gebackener Vorsitzender des Europäischen Polarkomitees war, versammelte er eine 50-köpfige Arbeitsgruppe von Wissenschaftlern um sich, die den arktischen Ozean genauer erforschen wollte.

Die Aurora Borealis steht in einer alten Tradition. Bereits im 16. Jahrhundert versuchten Entdecker wie John Davis auf der Nordwestpassage oder Hugh Willoughby auf der Nordostpassage, Wege durch das arktische Eis zu finden. Sie scheiterten wie viele andere in den nächsten 300 Jahren, deren durchaus stabil gebaute Holzschiffe der Macht des Eises nicht gewachsen waren. Erst 1879 durchquerte Adolf Erik Nordenskjöld die Nordostpassage, und 1905 fand Roald Amundsen einen Weg durch die Nordwestpassage.

In den 1970er und 1980er Jahren war es vor allem die wissenschaftliche Neugier, die Forscher an die Enden der Welt trieb. Dann aber gewannen die Suche nach Bodenschätzen und neuen Fischgründen sowie politische Interessen an Bedeutung; außerdem war die 1982 in Dienst gestellte Polarstern auch als Versorgungsschiff für die Antarktisstationen gedacht.

Damit die Aurora Borealis selbst dort weiterkommt, wo andere Schiffe im Eis stecken bleiben, mussten die Wissenschaftler und Ingenieure völlig neue Konstruktionen entwerfen – und es werden noch mindestens vier Jahre an Planungen, Diskussionen und Anpassungen vergehen, ehe die erste Stahlplatte für den Super-Eisbrecher geschnitten und gebogen ist.

Karl-Heinz Rupp von der Hamburger Schiffbau-Versuchsanstalt: »Die entscheidende Frage war, ob man ein Schiff dynamisch im Eis positionieren kann.« Dynamisch die Position halten bedeutet, dass sich das Schiff um höchstens 100 Meter über einem Bohrloch bewegen darf, das fünf Kilometer tief unter dem Schiff liegt; je geringer die Meerestiefe, umso weniger Freiraum bleibt. Das lässt sich mithilfe der Satellitennavigation heute gut bewerkstelligen. Messpunkte auf benachbarten Eisschollen erfassen die Eisdrift, sodass die Schiffsführung den Eisbrecher rechtzeitig um den Bohrschacht in der Mitte des Schiffes in Driftrichtung des Eises drehen kann. Doch das erfordert enorme Maschinenleistungen in alle Richtungen. Wenn das Schiff in eine Rinne eingekeilt wird, muss es sich manchmal sogar herausschaukeln. Dazu spülen starke Pumpen Ballastwasser zwischen zwei seitlichen Tanks hin und her. Eine scharfe Kante an den Bordwänden hilft, das Eis auch an der Seite zu brechen.

Rupp erwog ursprünglich den Einsatz sogenannter Pod-Antriebe: rundum drehbare Gondeln unter dem Schiff, in denen ein Elektromotor sitzt, der den Propeller antreibt. Sie machen Schiffe zwar sehr beweglich, sind aber selbst 20 Jahre nach ihrer Einführung noch immer nicht ausgereift und äußerst störanfällig. So fiel die Wahl schließlich auf eine robuste Kombination konventioneller Antriebe: Drei fest stehende Hauptpropeller mit je 27000 Kilowatt Leistung, dazu sechs Querpropeller, die sich aus dem Schiffsrumpf nach unten ausfahren lassen.

Der Wissenschaftsrat gab 2006 sein Okay zur Weiterentwicklung der Aurora Borealis, das Bundesforschungsministerium steuerte 5,5 Millionen Euro zur Generalplanung bei. Die EU-Kommission stellte zusätzlich 4,5 Millionen Euro für die organisatorische und politische Vorbereitung bereit, und Institute aus zehn europäischen Ländern, darunter auch Russland, sagten ihre Beteiligung an der Verwirklichung des europäischen Polarforschertraums zu. Der Auftrag für den Generalplan ging Ende 2007 an das Konstruktionsbüro Schiffko in Hamburg, heute Wärtsilä Ship Design Germany, dessen Ingenieure schon die Polarstern und andere Forschungs- und Vermessungsschiffe in aller Welt entworfen und gestaltet haben.

Jetzt, nach über einem Jahr, steht der Generalplan für einen 200 Meter langen Eisbrecher, der mit 49 Meter Breite gerade eben durch den neuen, erweiterten Panamakanal passen würde. Neben dem Bohrschacht in der Mitte des Schiffes wird es einen zweiten senkrechten Schacht geben, durch den die Forscher empfindliche Messgeräte vor Eis und Sturm geschützt ins Meer hinablassen können. Wird nicht gebohrt, können beispielsweise Biologen das schwere Bohrgeschirr nutzen, um Unterwasserroboter oder ferngesteuerte Klein-U-Boote hinabzulassen, die die tiefe Biosphäre erkunden.

Die beiden Schächte, auch Moonpools genannt, öffnen sich in Höhe der Oberdecks zu einer Art Atrium, um das fest eingebaute Labors und Stellplätze für Containerlabors angeordnet sind, die alle einen direkten Zugang zum Schacht haben. Ein ausgeklügeltes Transportsystem innerhalb des Schiffes sorgt dafür, dass die mobilen Labors auch bei Seegang zwischen Laderaum und Arbeitsstandort bewegt werden können.

Der Generalplan ist die Grundlage für eine öffentliche Bauausschreibung, auf die sich Werften bewerben können. Er dient aber auch der realistischen Kostenkalkulation und dazu, das nötige Geld in den Teilnehmerländern einzuwerben. Veranschlagt sind bisher 635 Millionen Euro.

Das Projekt ist völliges Neuland für die Schiffsplaner. »Wir gehen da mit Handarbeit ran«, sagt Albrecht Delius, Betriebsleiter von Wärtsilä Ship Design Germany. »Computer helfen uns dabei nicht so viel. Mathematische Konstruktionsmodelle beruhen ja auf Erfahrungen, die man in Modelltanks und bei real existierenden Schiffen gemacht hat. Für die Aurora Borealis gibt es aber keine Methoden, die man zugrunde legen könnte.« Viel wichtiger sei deshalb, dass die Mitarbeiter neue Ideen haben, sie entwickeln und in das Design einbringen.

Das ganze Jahr 2008 über wurde am Design gefeilt. So führten die Ergebnisse von Modelltests mit verschiedenen Rumpfformen und Antriebsvarianten in den Eistanks der Hamburger Schiffbau-Versuchsanstalt und bei Aker Arctic immer wieder zu Veränderungen. Alle 14 Tage trafen sich die Designer mit Polarforschern und eiserfahrenen Kapitänen, um deren Erfahrungen zu berücksichtigen. Sie flogen auch nach Singapur, um das größte Forschungsbohrschiff der Welt, die »JOIDES Resolution«, zu besichtigen, und informierten sich im Alfred-Wegener-Institut über die Anforderungen für Reinstlabors, weil so ein Speziallabor auch in der Aurora Borealis Platz finden soll. In »Stahlstrukturplänen« berechneten sie den Druck des Eises auf die Bordwand, in »maschinenbaulichen Plänen« die Antriebskräfte, die nötig sein werden, um dem Eis Paroli zu bieten.

Rund 200 Zeichnungen entstanden auf diese Weise, die zusammen mit einem mehrere Zentimeter dicken Buch voller Beschreibungen den Generalplan für die Ausschreibung bilden. Die Werft, die den Zuschlag bekommt, muss die Garantie für das fertige Schiff übernehmen. Zu ihrem eigenen Schutz erstellt sie deshalb alle weiteren Planzeichnungen selbst oder mithilfe eines externen Ingenieurbüros. Bevor die Werftexperten an die Detailplanung gehen, kümmern sie sich um die Sicherheit des Schiffes und erstellen sogenannte Klassifikationszeichnungen, den eigentlichen Hauptentwurf. Anhand dieser Pläne prüfen die Klassifikationsgesellschaften, die TÜVs für Schiffe, ob so ein Eisbrecher auch allen Sicherheitsanforderungen genügen wird.

Dann geht es an die tückischen Kleinigkeiten. In einer Computerdatenbank wird selbst die kleinste Schraube für die Werkstattunterlagen aufgelistet und die Stelle bezeichnet, an der sie eingesetzt wird. Ein solcher Detailplan mündet auch in Steueranweisungen für die automatischen Schneid- und Schweißroboter, die ihre Arbeit an den Stahlplatten für den Rumpf bereits aufnehmen, während Designer noch an den Details der Innenausstattung feilen.

So viel Aufwand, um in öde Eiswüsten vorzudringen? An den Polen liegen die letzten unerforschten Gebiete der Erde. Niemand weiß, was dort an Bodenschätzen und wissenschaftlichen Unbekannten verborgen liegt. Mit der Aurora Borealis kann eine neue Ära der Entdecker beginnen.