Geowissenschaft

Alle Kontinente, Berge und Flüsse sind entdeckt, es gibt keine weißen Flecke mehr auf der Weltkarte. Wirklich? Wahr ist: Über riesige Gebiete, verborgen unter Wasser und Eis, wissen wir bis heute so gut wie nichts. Eine neue Zeit der Entdeckungen hat begonnen. Und damit auch eine Zeit großer Überraschungen.

Noch nie hat ein Mensch vom Gipfel des Atla in die Tiefe geblickt. Es müsste ein großartiges Erlebnis sein: Der kegelförmige Berg überragt seine bizarre Umgebung um 1900 Meter. Im Hintergrund erhebt sich ein weiterer mächtiger Monolith: der Hovgaard-Rücken – rund 90 Kilometer lang und 18 Kilometer breit; seine Flanken schießen abrupt bis zu 1800 Meter empor. Zu Füßen des Atla das topografische Kontrastprogramm: Molloy Deep – ein gigantischer Schlund, geschätzte 20 auf 18 Kilometer groß und mehr als 2500 Meter tief. Dann geht es wieder in die Höhe: auf das zerfurchte Gebirgsplateau Molloy Ridge, aus dem wuchtig die Spitzen von Eistla und Gjalp herausragen.

Die Namen Atla, Eistla und Gjalp sind der nordischen Mythologie entlehnt: So hießen drei der neun Töchter, welche die Meeresgöttin Ran dem Meeresriesen Ägir schenkte. Dass heute Berge nach ihnen benannt sind, weist auf deren Lage hin: Sie erheben sich vom Meeresboden der Framstraße, ein Meeresgebiet westlich von Spitzbergen. Kein Sonnenstrahl hat diese Giganten je erreicht. Selbst der Gipfel des Atla entkommt dem Reich der Finsternis nicht: Er liegt immer noch 1520 Meter unter dem Meeresspiegel. Und die tiefsten Tiefen von Molloy Deep sind von der Wasseroberfläche 5620 Meter entfernt. Kein Mensch hat diese unterseeischen Berge und Abgründe der Arktis je gesehen oder gar fotografiert. Dass wir solche weißen Flecke unserer Erde dennoch betrachten können, ist der Computeranimation zu verdanken: Aus Millionen gesammelter Messdaten generiert der Rechner auf dem Monitor das faszinierende Bild einer gigantischen Topografie im ewigen Dunkel.

Das Forschungsschiff »Polarstern« des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven vermisst und erforscht die Framstraße systematisch – auf einer Fläche von 180 auf 260 Kilometer. Einfach hinabzutauchen und nachzuschauen, wie es am Meeresboden aussieht, wäre völlig undenkbar, nicht nur wegen der Finsternis: Da unten liegt die Wassertemperatur knapp über dem Gefrierpunkt, und in 5000 Meter Tiefe lastet auf jedem Quadratzentimeter ein Druck von einer halben Tonne. Deshalb arbeitet die Polarstern von der Wasseroberfläche aus mit dem Fächer-Echolot: Es sendet hochfrequente Impulse in Richtung Meeresboden; Hydrofone registrierten die Reflexionen der Schallwellen, was ziemlich genaue Rückschlüsse auf die Oberflächen in der Tiefe zulässt. Weil diese Vermessung bereits seit 1984 läuft, wissen die Forscher viel über die Unterwasser-Topografie der Framstraße und können diesem ehemals weißen Fleck Farbe einhauchen.

Doch die arktische Framstraße ist nur ein kleiner Teil der Terra incognita – jenes Teils unserer Erde, den wir bisher noch nicht entdeckt haben. Zwar ist die Landmasse der Kontinente gut erforscht – hier liegen die weißen Flecke im Marginalbereich. Aber was am Boden der Meere los ist, bleibt weitestgehend im Dunkeln verborgen. Dr. Hans-Werner Schenke, leitender Vermessungsspezialist beim AWI: »Weltweit gibt es noch riesige Tiefsee-Ebenen und Übergangsbereiche zu den ozeanischen Rücken, über die wir praktisch nichts wissen. Die Rückseite des Mondes ist besser vermessen als der Meeresboden.«

Mehr als zwei Drittel der Erde – rund 361 Millionen Quadratkilometer – sind von Wasser bedeckt. Und nur fünf bis sechs Prozent davon wurden bislang genauer erfasst – etwa der Mittelatlantische Rücken, die marinen Subduktionszonen (wo sich die Kontinentalplatten übereinanderschieben) und die Küstengebiete der Kontinente. Der riesige Rest, der 36-mal so groß ist wie die USA: unbekanntes Niemandsland unter Wasser. Selbst bei optimal koordiniertem Einsatz aller weltweit verfügbaren Schiffe bräuchten wir, so Schenke, »50 bis 100 Jahre, um die größten Wissenslücken allein im Tiefseebereich zu schließen«.

Zur Fahndung nach weißen Flecken auf dem Meeresboden werden heute auch Satelliten eingesetzt, die durch so genannte altimetrische (Höhen-)Messungen mit Radarstrahlen selbst geringe Aufwölbungen der Meeresoberflächen von ein bis zwei Metern erkennen. »Das erlaubt zumindest vage Rückschlüsse auf ozeanische Rückensysteme, Tiefseegräben oder unterseeische Berge mit Basis-Durchmessern von wenigstens 15 Kilometern«, sagt Schenke. Doch die Karten, die nach solchen Messungen angefertigt werden, sind noch zu unscharf, um exakte Erkenntnisse zu gewinnen.

Besonders gering ist unser Wissen dort, wo der Boden durch Eismassen quasi abgeschirmt ist – also in den Polargebieten. So schätzt Dr. Detlef Damaske, Geophysiker bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover, dass von den mehr als 14 Millionen Quadratkilometern Landfläche der Antarktis weniger als zehn Prozent bekannt sind. Auch weite Bereiche des Meeresbodens, der unter dem weit hinausragenden Schelfeis liegt, sind im Prinzip noch immer eine Terra incognita.

Einige wichtige Ergebnisse hat die satellitengestützte Altimetrie hier allerdings gebracht. So entdeckten Wissenschaftler Mitte der 1990er Jahre mit dieser Methode 4100 Meter unter dem Eis des ostantarktischen Festlands einen riesigen Süßwassersee. Fläche: 14000 Quadratkilometer (Bodensee: 536), Tiefe: 400 bis 1000 Meter. Weil die russische Wostok-Forschungsstation genau darüber liegt, erhielt dieses bis heute größte bekannte »subglaziale Becken« den Namen Wostoksee. Es soll Inseln darin geben, die über die Seeoberfläche hinaus ins Eis ragen. Bohrungen bis fast an die Seeoberfläche brachten Mikroben ans Tageslicht, die Experten aus oberirdischen heißen Quellen kennen. Rund 150 solcher subglazialen Seen sind inzwischen entdeckt worden, einige davon drei- bis viermal so groß wie der Bodensee. Aber die Hoffnung, dass man in diesen Süßgewässern seit Jahrmillionen isolierte ökologische Systeme mit wundersamen Organismen finden könnte, hat sich bisher nicht erfüllt.

Praktisch in Nachbarschaft zum Wostoksee nehmen sich die Wissenschaftler zurzeit einen weiteren weißen Fleck vor. 1958 entdeckten sowjetische Seismologen hier eine unglaubliche Aufwölbung unter dem Eis: Sie wird verursacht von einem unsichtbaren Gebirge, das nach einem 1955 verstorbenen sowjetischen Geophysiker »Gamburtsev Mountains« genannt wird. Damaske, der im Auftrag der BGR Monate in Feldcamps auf dem ewigen Eis verbracht hat: »Die Ausdehnung dieses Gebirges beträgt ungefähr 700 auf 500 Kilometer, die Berge müssen so um die 3000 Meter hoch sein. Sonst wissen wir schlicht und ergreifend nix über das Ding!«

Das wird sich ändern: An den Gamburtsev Moutains – und an anderen Stellen der Antarktis – sind die Forscher bereits dabei, vor allem von Flugzeugen und Helikoptern aus das Eis mit mehreren Methoden zu durchleuchten, um auf die Geländestrukturen darunter zu schließen. Das gelingt beispielsweise durch das »Abtasten« mit Radar, weil die Strahlen am Eis bzw. am Gestein unterschiedlich stark reflektiert werden. Außerdem will man mit so genannten Gravimetern Schwankungen im Schwerefeld der Erde feststellen, die auf dem Dichte-Unterschied von Eis und Gestein beruhen. Gesucht wird auch nach Auffälligkeiten im Erdmagnetfeld – hervorgerufen durch die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften des Gesteins im und unter dem Eis. Möglicherweise kommt darüber hinaus die Seismik zum Einsatz: Dabei wird nach Sprengungen im Eis gemessen, wie sich die Druckwellen fortpflanzen bzw. reflektiert werden – daraus lässt sich ein Geländemodell errechnen.

Doch viel lieber wäre es ihm, endlich eine Bodenprobe aus den Gamburtsev Mountains in Händen zu halten. Auch das erscheint inzwischen möglich: Im Rahmen des Internationalen Polar-Jahres 2007/2008 will die global vernetzte Antarktis-Forschergemeinde den nie gesehenen Bergen zu Leibe rücken. Das wohl spektakulärste Einzelprojekt: Chinesische Experten versuchen (vermutlich zwischen 2008 und 2010), das Eis an der dünnsten Stelle etwa 1000 Meter tief zu durchbohren – in der Hoffnung, die Gipfel der darunter liegenden Gamburtsev Mountains zu erreichen.

Wann eigentlich kann ein Gebirge, eine Landschaft als »entdeckt« gelten? Früher war die Frage leicht zu beantworten: Wer das bisher Unbekannte als Erster mit den eigenen Augen sah, mit den eigenen Füßen betrat, der war der »Entdecker«. Der Wikinger Leif Eriksson beispielsweise, der – rund 500 Jahre vor Kolumbus – als erster Europäer Amerika erreichte. Genauer gesagt: die Ostküstengebiete Neufundland, Labrador und Baffin Island. Diese »körperliche« Form der Entdeckung gibt es auch heute noch. So quälten sich unlängst ukrainische Wissenschaftler hinab in das Krubera-Höhlensystem, gelegen am Schwarzen Meer in der Autonomen Republik Abchasien. Die Höhle war zwar bekannt, nicht aber, in welche Tiefe sie reicht – eine unterirdische Terra incognita. Im Oktober 2004 erreichte das Team eine sandige Kammer, 2160 Meter unter der Erdoberfläche – Weltrekord. Kein Mensch ist je weiter ins Erdinnere vorgedrungen.

Aber solche Entdeckungen sind inzwischen selten geworden – weiße Flecke zu Lande gibt es praktisch nicht mehr. Gleichwohl kann man noch »entdecken«: indem man nämlich ein Gelände, von dem bisher beispielsweise nur ein paar Eingeborene Kenntnis hatten, der Weltöffentlichkeit bekannt macht. So war es bei den Gocta-Wasserfällen in Peru, etwa 700 Kilometer nord-östlich der Hauptstadt Lima. Die Bewohner des nahe gelegenen Dorfes Cocachimba kannten dieses – aus der Luft kaum sichtbare -– Naturspektakel schon lange. Doch sie trauten sich nie dorthin und sprachen mit Fremden nicht darüber. Denn in dem Gewässer soll eine Sirene hausen, blond und schön, die auf einem Topf voller Gold sitzt. Die Fische von Gocta sind ihre Kinder, und sie schützt ihren Wasserfall gegen jeden Eindringling. Wer sich dennoch hinwagt, kehrt nie wieder zurück.

2002 streift der deutsche Entwicklungshelfer Stefan Ziemendorff durch diese Gegend; er sucht nach Mumien und Mausoleen der Chachapoyas, einer vorinkaischen Kultur. Von fern sieht er den Wasserfall, der Hunderte von Metern in die Tiefe stürzt. Im Februar 2006 kehrt der Hobby-Archäologe hierher zurück und überredet den Bürgermeister der Provinzhauptstadt Chachapoyas, die Gocta-Fälle professionell vermessen zu dürfen. Ergebnis: 771 Meter Höhe – somit der dritthöchste Wasserfall der Welt nach dem Salto Angel (972 Meter, Venezuela) und den Tugela Falls (948 Meter, Südafrika). Ziemendorff: »Als dann das staatliche peruanische Fernsehen einen Bericht darüber brachte, ging die Nachricht um die Welt. Die Gocta-Fälle waren damit für die Allgemeinheit entdeckt.«

Aber nicht nur, was mit den eigenen Augen – des Forschers oder der Weltöffentlichkeit – zum ersten Mal gesehen wird, kann heute als entdeckt gelten. Im High-tech-Zeitalter ermöglichen moderne Mess-methoden und Computer völlig neue Formen der Entdeckung: Wir können dadurch Dinge sehen, die dem Auge vorerst verborgen bleiben – und vielleicht für immer verborgen bleiben werden. Zu welchen Ergebnissen das moderne Entdecken via Technik führt, demonstriert Hans-Werner Schenke im Bremerhavener AWI an seinem Monitor. Der Rechner hat aus den in der arktischen Framstraße gewonnenen Messdaten ein dreidimensionales Bild errechnet, das dem Betrachter den Eindruck vermittelt, er blicke aus einem U-Boot in die Unterwasserwelt. Mit der Maus startet Schenke die computeranimierte Reise durch die Terra incognita der Tiefsee. Vorbei geht es am Atla-Berg, über die gähnende Molloy-Untiefe und hinein in einen lang gestreckten Graben, die »Spitsbergen Fracture Zone«.

Dann lädt der Wissenschaftler eine andere Datei. Jetzt blickt der Betrachter auf den Boden des Scotia-Meeres, eines Teils der Drake-Passage zwischen Feuerland und der Antarktischen Halbinsel. Im letzten Jahr haben AWI-Forscher hier an Bord der Polarstern ein Gebiet von der Größe Niedersachsens erstmals genauer vermessen – das Meer ist an dieser Stelle zwischen 3000 und 5000 Meter tief. Schenke bewegt die Computermaus weiter und rast durch einen 50 Kilometer langen und 30 Kilometer breiten Graben, dessen Wände mehr als vier Kilometer in die Tiefe stürzen. Er ist noch namenlos. Plötzlich und bedrohlich steigt vor dem virtuellen U-Boot das so genannte Eötvös-Escarpment auf – eine bis zu zwei Kilometer hohe Steilklippe, die übersprungen wird. Weiter geht der wilde Computer-Flug zu bisher unbekannten mächtigen Vulkankegeln, etwa dem 1000 Meter hohen Hinz Seamount. Einen anderen Vulkan umrundet Schenke, damit man ein Gefühl für die Dimensionen bekommt: Der Gigant hat an der Basis 14 Kilometer Durchmesser und in der Mitte einen 200 Meter tiefen Krater. Weil der Forscher ihn am Muttertag 2005 entdeckt hat, möchte er ihm den Namen »Mother’s Day Volcano« geben.

Während Schenke noch durch die Unterwasserwelt gleitet, erzählt er von weiteren weißen Flecken in der Tiefsee, die jetzt keine mehr sind. So stießen die AWI-Forscher beispielsweise im antarktischen Weddellmeer unlängst auf riesige Kanäle in bis zu 2000 Meter Tiefe: Rinnen, die einst vom Eis in den Grund geschrammt und durch Erosion immer größer wurden. Und in 2000 bis 5000 Meter Tiefe finden sich »Channels«, die allein das kalte antarktische Tiefenwasser über Jahrtausende ausgewaschen hat. Schenke: »An Land wären das alles gewaltige Flussbecken, Hunderte Kilometer lang, bis zu 60 Meter tief und locker einen Kilometer breit.«

Und wie wird’s weitergehen? Weiße Flecke in der Tiefsee gibt’s ja noch zur Genüge – sie werden die internationale Forschergemeinde Jahrzehnte in Atem halten. Der AWI-Wissenschaftler möchte als Nächstes die riesigen Meeresregionen westlich der Antarktischen Halbinsel vermessen, etwa die Bellingshausen-See oder die Amundsen-See. Wo Eis das Wasser ständig bedeckt und Schiffe kaum durchkommen, sollen künftig ferngesteuerte Tauchroboter die Echolot-Vermessung übernehmen.

Einsätze von Tauchbooten in großen Tiefen sind jedoch sehr aufwändig und entsprechend selten. Aber ihr Nutzen ist groß, denn sie können sich der unterseeischen Terra incognita auf relativ kurze Distanz nähern und zentimetergenau messen – schon heute bringt es eine Hand voll technisch hochgerüsteter Gefährte bis auf etwa 6500 Meter unter dem Meeresspiegel. Dabei wäre die bloße Tiefe gar nicht so sehr das Problem. Schon 1960 erreichten der Schweizer Jacques Picard und der Amerikaner Donald Walsh in der »Trieste« den Grund des Marianengrabens östlich der Philippinen: den mit 10915 Metern tiefsten bekannten Punkt der Ozeane. 1995 schaffte der unbemannte japanische Tauchroboter »Kaiko« hier ebenfalls den »Touch down«. Doch in beiden Fällen ging es vor allem ums unten Ankommen – und nicht um kartografische Vermessungen.

Auch der 5620 tiefen Molloy Deep in der Framstraße sind die AWI-Wissenschaftler um Hans Werner Schenke schon auf den Grund gegangen – mit dem ferngesteuerten französischen Tauchboot »VICTOR 6000«. Das Vehikel hat scharfe Video-Augen: Es entdeckte dort unten zum Beispiel jede Menge zentimetergroßer Seegurken. Aber auch Plastiktüten und Coca-Cola-Flaschen. In dem Tiefsee-Loch bleibt jener Zivilisationsmüll hängen, den der darüber hinwegziehende polare Wasserstrom mit sich führt. So wird manchmal aus einem weißen Fleck ein schmutziger Fleck.