PE 17

PE 17
Expeditionsprogramm Nr. 17
FS "Polarstern"
ANTAF=lKTIS VIII/3-7
1989/90
Koordinator: H. Miller
Fahrtleiter:
ANT VIII/3: R. Gersonde
ANT VII 1/4: G. Hempel
ANT VI 11/5: H. Miller
ANT VIII/6: D. FOtterer
ANT VIII/?: O. Schrems
Alfred-Wegener-Institut
fOr Polar- und Meeresforschung
Bremerhaven
November 1989
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Deutscher Text
Seite 3 bis 56
EnQlish Text
Page 74 to 123
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Zusammenfassung
Nach den ersten beiden Fahrtabschnitten der achten Antarktisreise des FS
"Polarstern" des Alfred-Wegener-Instituts fOr Polar- und Meeresforschung
(AWl) folgen noch fOnf weitere Fahrtabschnitte, wahrend derer vorwiegend
geowissenschaftliche und in geringerem MaBe biologische und chemische
Fragestellungen verfolgt werden.
Das FS "Polarstern" lauft am 2. November 1989 von Kapstadt zum dritten
Fahrtabschnitt aus und erreicht Punta Arenas am 30. November. Auf der
Fahrtroute von Kapstadt Ober die Bouvet Insel und den nordlichen SOdsandwichgraben werden marin-geologische Arbeiten durchgefOhrt mit dem Ziel der
Rekonstruktion der palaoozeanographischen Entwicklung im Grenzbereich
zwischen antarktischer Kaltwasserzone und der nordli9h gelegenen Warmwassersphare. Insbesondere soli versucht werden, die Anderungen der Lage
der antarktischen Konvergenz wahrend der letzten 300.000 Jahre zu dokumentieren. Daneben werden intensive Untersuchungen zur Hydrographie in
Verbindung mit aktuopalaontologische Studien durchgefOhrt, um Umweltsignale und ihren Niederschlag in Sediment miteinander korrelieren zu konnen. Die geplanten Arbeiten stehen in engem Zusammenhang mit dem
Thema des Sonderforschungsbereiches 261 ("Der SOdatlantik im Spatquartar: Rekonstruktion von Stoffhaushalt und Stromsystemen"), der gemeinsam
von der Universitat Bremen und dem AWl getragen wird.
Eine gemeinsame deutsch-franzosische Inspektionsreise zu Antarktisstationen anderer Nationen bildet den Kern des vierten Fahrtabschnittes, der am 1.
Dezember in Punta Arenas beginnt und am 14. Dezember in Ushuaya endet.
Die Inspektion wird nach Artikel VII des Antarktisvertrages durchgefOhrt. Dabei
werden vorwiegend kleinere Stationen auf der Antarktischen Halbinsel und
den ihr vorgelagerten Inselgruppen besucht. Wahrend der Inspektion wird das
Augenmerk insbesondere auf Fragen des antarktischen Umweltschutzes vor
dem Hintergrund der zunehmenden Forschungstatigkeit und des stark angestiegenen Antarktistourismus gerichtet sein. Neben den Aufgaben der Inspektion werden im Rahmen der Zusammenarbeit Versorgungsaufgaben fOr andere Nationen wahrgenommen und wissenschaftliche Programme der Biologie unterstOtzt.
Der fOnfte Fahrtabschnitt ist der bei weitem umfangreichste. FS "Polarstern"
lauft am 16. Dezember 1989 in Ushuaya aus und wird nach fast 3 Monaten am
12. Marz 1990 in Kap.~tadt ankommen. Wahrend dieses Fahrtabschnittes wird
die Versorgung der Uberwinterungsstation "Georg-van-Neumayer" durchgefOhrt und die Uberwinterungsmannschaft abgelost sowie die Sommerstation
"Filchner" fOr weitere Jahre durch Hochsetzen vorbereitet. Neben diesen allgemeinen Versorgungsaufgaben werden drei Landexpeditionen von FS
"Polarstern" logistisch betreut, und in der verbleibenden Zeit ein marines wissenschaftliches Programm durchgefOhrt.
Die Gebirgsgruppe der Heimefrontfjella, die etwa 450 km sOdlich der Georgvon-Neumayer-Station Iiegt, wird von einer geowissenschaftlich orientierten
Expedition aufgesucht. Dabei bilden die geologische Kartierung und tiefenseismische Untersuchungen zur Klarung oftener Fragen im Zusammenhang mit dem Auseinanderbrechen von Gondwanaland den Schwerpunkt der
Arbeiten. Sie werden erganzt durch glaziologische Detailstudien zum Mas-
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senhaushalt dieses Gebietes und erste Messungen Ober die ROckstreueigenschaften der Schneeoberflache in Vorbereitung kOnftiger ERS-1 Missionen.
Eine kleine Gruppe von Biologen wird Ober 7 Wochen 6kophysiologische
Studien an Robben und Pinguinen vom Riiser-Larsen-Schelfeis aus durchfOhren.
Die dritte Landunternehmung schlieBlich wird auf dem Filchner-RonneSchelfeis Arbeiten zum Massenhaushalt und zur Dynamik des Schelfeises
durchfOhren. KernstOck wird eine Kernbohrung in das Schelfeis sein, um
erstmals das an der Unterseite postulierte, teilweise sehr machtige und vermutlich aus dem Meerwasser ausgefrorene, saline Eis zu beproben und seine
physikalischen Eigenschaften zu bestimmen. Mit Hilfe einer Reihe von
Schmelzbohrungen durch das Schelfeis sollen erste Messungen in der Wassersaule unter dem Eis durchgefOhrt werden. Erganzende geodatische, glaziologische und luftchemische Arbeiten runden das Programm an Bord abo
Die Feldarbeiten sind Teil des international koordinierten Filchner-RonneSchelfeis-Programmes.
Parallel dazu ist ein umfangreiches FlugmeBprogramm mit den beiden Flugzeugen "Polar 2" und "Polar 4" geplant. Zum einen wird mit aerogeophysikaIischen, insbesondere EMR-Verfahren, die flachenhafte Erstreckung der salinen Eisschicht an der Unterseite erfaBt. Zum anderen sollen mit Hilfe der
neuen meteorologischen AusrOstung die inneren Strukturen mesoskaliger Zyklonen in der Nahe der KOste bzw. des Schelfeisrandes und damit die Mechanismen von KaltluftabflOssen aus dem Inneren des Kontinents besser verstanden werden.
Der Schwerpunkt der marinen Arbeiten wird bei geophysikalischen Arbeiten
zur Erfassung der Machtigkeiten und Strukturen der sedimentaren Bedeckung
sowie des Aufbaus der oberen Erdkruste im Bereich des Kontinentalrandes
des sOdlichen Weddellmeeres Iiegen.
Dabei sollen insbesondere die stratigraphische Information des ODP Bohrloches 693 in die Flache erweitert werden und Experimente zur Klarung der
Frage nach der Natur des Explora-Escarpments durchgefOhrt werden.
In einem marin-geologischen Programmteil werden die laufenden Arbeiten
der systematischen Kartierung der Verbreitung verschiedener Sedimentfacies
fortgefOhrt sowie die Prozesse der Sedimentation und der submarinen Abtragung durch abflieBendes kaltes Bodenwasser untersucht.
Ein umfangreiches Beprogungsprogramm zur Bestandsaufnahme der benthischen Organismen und ihrer Vergesellschaftung im Bereich des Weddellmeeres schlieBlich wird einen Beitrag zur Benthos-Taxonomie antarktischer
Gewasser leisten. Neben der reinen Systematik sind auch Halterungsexperimente gewisser Arten fOr 6kophysiologische Studien vorgesehen.
Zum sechsten Fahrtabschnitt lauft FS "Polarstern" am 16. Marz 1990 von Kapstadt aus. Der Fahrtverlauf fOhrt Ober den Gunnerus- und Astrid-ROcken sowie
die Maudkuppe wieder nach Kapstadt, wo der Abschnitt am 30. April 1990 endet. Hier wird der Schwerpunkt der Arbeiten in einem marin-geowissenschaftlichen Forschungsprogramm Iiegen. Hauptziele sind die Untersuchung des
-5Krustenaufbaus des antarktischen Kontinentalrandes mit Hilfe geophysikalischer Verfahren sowie palaoklimatische und palaoozeanographische Untersuchungen mit Hilfe geochemischer und sedimentologischer Verfahren. Erganzt wird dies durch detaillierte bathymetrische Vermessungen und profilierende Messungen mit dem Sedimentecholot.
Zur Heimreise verlaBt FS "Polarstern" am 1. Marz 1990 Kapstadt und wird auf
direktem Weg Bremerhaven anlaufen, wo die achte Antarktisreise am 22. Mai
enden wird. Unterwegs sind bei vorwiegend laufendem Schiff luft- und wasserchemische Untersuchungen vorgesehen. Damit sollen Erkenntnisse Ober
die breitenabhangige Verteilung natOrlicher und anthropogener Spurenstoffe
sowie Ober Prozesse des Stoffaustausches gewonnen werden.
Insbesondere werden Schwefel- und Organohalogenverbindungen wegen
ihrer Bedeutung in klimarelevanten Prozessen studiert.
In den nachfolgenden Texten zu den einzelnen Fahrtabschnitten und deren
Teilprojekten werden die Programme ausfOhrlicher beschrieben. 1m Mittelteil
des Heftes finden sich Angaben Ober die beteiligten Institutionen, die Fahrtteilnehmer und die Schiffsbesatzung der "Polarstern".
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II
Forschungsprogramme
3
Fahrtabschnitt Kapstadt - Punta Arenas (ANT VI 11/3)
3.1
Obersicht
Schwerpunkt der Expedition ANT VIII/3 sind marin-geologische Untersuchungen auf den Profilschnitten Kapstadt - Bouvet Island (A-B) und Bouvet Island nordlicher SOdsandwichgraben (B-C, C-D, Abb. 3.1). Die isotopengeo-Iogische, mikropalaontologische und sedimentologische Auswertung der gewonnenen Sedimentproben soli zur Rekonstruktion der palaoozeanographischen
Entwicklung im Grenzbereich zwischen antarktischer Kaltwasserzone und
subantarktisch/subtropischer Warmwasserzone wahrend des Quartars und
oberen Pliozans (ca. letzte 3 Mio. Jahre) beitragen. Dabei geht es insbesonders um Fragestellungen, die im Rahmen des neu gegrOndeten Sonderforschungsbereiches 261 ("Der SOdatlantik im Spatquartar: Rekonstruktion
von Stoffhaushalt und Stromsystemen") behandelt werden und sich auf den
Zeitraum der letzten ca. 300 000 Jahre konzentrieren. Ein weiteres Ziel der
Auswertungen ist die Entwicklung und Verbesserung von zeitlich hochauflosenden Sedimentdatierungsmethoden fOr das Pleistozan sOdlicher hoher
Breiten. Zur UnterstOzung der marin-geologischen Arbeiten werden auf den
Untersuchungsprofilen kontinuierlich bathymetrische Vermessungen mit einem flachendeckenden Echolotsystem (HYDROSWEEP) durchgefOhrt. Parallel dazu wird die Verteilung der Oberflachensedimente (bis ca. 100 m Sedimenttiefe) mit Hilfe des PARASOUND-Systems flachseismisch hochauflosend
dokumentiert.
Die marin-geologische Probennahme wird von umfangreichen Untersuchungen der Wassersaule begleitet. Neben der Dokumentation der hydrographischen Bedingungen im Arbeitsgebiet mit Hilfe von CTD- und XBT-Profilen
werden Wasserproben zur Untersuchung von Radionukleiden, stabilen Isotopen, Nahrstoffgehalten sowie leichtflOchtigen Halogenkohlenwasserstoffen
durchgefOhrt. 1m Rahmen von aktuopalaontologischen Untersuchungen sollen
Verbreitungsmuster planktischer Mikroorgansimen, deren kalkige oder kieselige Hartteile als Umweltsignale im Sediment Oberliefert werden, mit den gewonnenen hydrographischen Daten (Nahrstoffangebot, Wassertemperatur,
Salzgehalt) in Verbindung gesetzt werden. DarOber hinaus soli mit Hilfe eines
speziell entwickelten Druckwasserschopfers die Verbreitung von Tiefseebakterien untersucht werden. Zur Erfassung der Partikelsedimentation durch die
Wassersaule wird im Bereich der Polarfront ein Verankerungssystem mit zwei
zeitgesteuerten Sinkstoff-Fallen ausgesetzt, das nach einjahriger Sammelzeit
wieder aufgenommen wird. Ein groBer Teil dieser Arbeiten in der Wassersaule
steht in enger Verbindung mit dem palaozeanographischen Untersuchungsprogramm und Fragestellungen des SFB 261.
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Abb. 3.1:
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Geplante Fahrtroute von "Polarstern" wahrend ANT-VIII/3 mit
marin-geologischen Schnitten A-B, B-C und C-D; sowie ODP
Bohrpunkt 704 und Verankerungsposition PF3.
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3.2
Marin-geologische Untersuchungen
Zur marin-geologische Probennahme stehen eine Reihe unterschiedlicher
Gerate zur VerfOgung, deren Einsatz je nach Sedimenttyp, angefordertem
Probenvolumen und erforderlicher Probenqualitat ausgewahlt wird. Zur Entnahme von ungestOrten Oberflachensedimentproben ktinnen wahlweise
GroBkastengreifer (GKG) oder Multicorer (MC) eingesetzt werden. Sedimentkerne ktinnen mit einem Schwerelot (SL), einem groBvolumigen Kasten/ot
(KL) oder einem Kolbenlot (KOL) gewonnen werden.
Eine Vorauswahl der Probennahmestationen auf dem Profilschnitt zwischen
Kapstadt und Bouvet Island (Abb. 3·.1, A-B) wurde ges10tzt auf flachseismische
Untersuchungen (3.5 kHz-Sedimentecholot), die wahrend der Expeditionen
ANT IV/3 und ANT VII3 durchgefOhrt worden sind, getroffen. DarOber hinaus
stehen bereits stratigraphische und palaoozeanographische Ergebnisse aus
fOnf Sedimentkernen, die wahrend ANT VII3 im Bereich von Bouvet Island und
ntirdlich davon gewonnen worden sind, zur VerfOgung und konnten bei der
·Auswahl der Probennahmestationen berOcksichtigt werden. Eine Station im
Bereich des Profils A-B befindet sich auf der ODP-Bohrlokation 704 (Leg 114),
die im sOdlichen Abschnitt des Meteor ROckens (46°52,76'S, 7°25,25'E, Wassertiefe 2532 m) liegt. Die Auswahl von Lokationen auf den Profilen B-C und
C-D (Abb. 3.1) stOtzt sich auf Ergebnisse von Sedimentkernen, die wahrend
Expeditionen der Schiffe "Islas Orcadas", "Robert Conrad", "Vema" und
"Marion Dufresne" gewonnen worden sind.
3.2.1
Palaoozeanographie (AWl, FGB)
1m Zentrum der Untersuchungen zur Rekonstruktion der palaoozeanographischen Entwicklung im Grenzbereich zwischen antarktischer Kaltwasserzone
und subantarktisch/subtropischer Warmwasserzone im Wechsel der quartaren
Warm- und Kaltzeiten und wahrend des oberen Pliozans stehen folgende
Fragestellungen:
-
Palaotemperatur und Lageveranderungen des Zirkumantarktischen
Stromsystems,
Verbreitung der ntirdlichen Meereisgrenze,
Veranderung der Palaoproduktivitatsraten und der Zone mit hoher Palaoprodu ktivitat,
Veranderung der Palaotemperatur und Zirkulation von Boden- und Tiefenwasser, Bildungszeitraume und Machtig~eit von Antarktischem Bodenwasser,
Veranderungen des oberflachennahen Warmwasserstroms vom Indik in
den SOdtlantik.
Damit sollen Erkenntnisse zur Entwicklung ozeanographischer Parameter
gewonnen werden, die groBraumig ozeanische Zirkulation und Warmetransport, den C02-Haushalt sowie die atmospharische Zirkulation beeinflussen
und somit in enger Wechselwirkung mit klimatischen Veranderungen stehen.
Ein Ziel der Untersuchungen ist, zum Verstandnis der palaoozeanographischen Ereignisse beizutragen, die durch ROckkopplungsvorgange die zum
Teil rasch ablaufenden klimatischen Wechsel zwischen jungpleistozanen
Warm- und Kaltzeiten steuern. Ein weiteres Ziel ist die Rekonstruktion des
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Klimageschehens auf der SOdhalbkugel wahrend des Vereisungsbeginns auf
der Nordhalbkugel vor ca. 2,6 - 2,4 Mio. Jahren.
Die vorgesehenen methodischen Ansatze zu den palaozeanographischen
Rekonstruktionen sind vielfaltig. Oberflachenwassertemperaturen und Meereisverbreitung sollen mit Hilfe von im Sediment Oberlieferten Vergesellschaftungen kalkiger (Foraminiferen) und kieseliger (Diatomeen, Radiolarien)
planktischer Mikrofossilien abgeschatzt werden. Auf3erdem werden die Verhaltnisse der stabilen Sauerstoffisotope in den Gehausen benthischer und
planktischer Foraminiferen zur Rekonstruktion von Boden- , bzw. Oberflachenwasser herangezogen. Die Rekonstruktion der Palaoproduktivitat und Wassermassenverteilung kann anhand der Verhaltnisse stabiler Kohlenstoff-isotope
in planktischen und benthischen Foraminiferen durchgefOhrt werden. Weitere
Methoden zur Abschatzung der Palaoproduktivitat sind Bestimmung der
Akkumulationsraten biogenen Opals, des organischen Kohlenstoffs und von
langkettigen, ungesattigten Ketonverbindungen. DarOber hinaus soli die
Zusammensetzung von Fossilvergesellschaftungen herangezogen werden.
Stromungsereignisse des Bodenwassers sowie Meereis- und Eisbergverbreitung sollen auch mit Hilfe sedimentologischer und mineralogischer Methoden (Korngrof3enverteilung, Verbreitung von verfrachteten Tonmineralen,
Tephraverbreitung und Tephra-Isopachen, Verbreitung und Haufigkeit eistransportieren Materials) untersucht werden.
3.2.2
Stratigraphie (AWl)
Eine Voraussetzung fOr eine erfolgreiche Rekonstruktion grof3raumiger palaozeanographischer Ereignisse und deren zeitlichem Ablauf sowie deren
Kopplung an Ereignisse auf3erhalb des. Untersuchungsgebietes ist die moglichst genaue Alterseinstufung der untersuchten Sedimentkerne. Auch dieses
Problem kann nur durch Kombination verschiedener Methoden gelost werden,
wobei einige bestehende Methoden verbesserungswOrdig sind, bzw. an anderen zeitlich geeicht werden sollen.
In Sedimenten mit ausreichend biogen kalkigen Komponenten werden die
stabilen Sauerstoffisotopen-Verhaltnisse epibenthischer und planktischer Foraminiferenarten mit der weltweiten Sauerstoffisotopenkurve korreliert, die
eine zeitliche Einstufung der Abfolgen erlaubt. DarOber hinaus werden Haufigkeitsfluktuationen von Radiolarien- und Diatomeenarten, die in rein kieseligen Sedimenten bislang einzig hochauflosende relative Alterseinstufungen in
pleistozanen Abfolgen erlauben, genutzt. Auf3erdem sollen zur Bestimmung
von Sedimentalter und Akkumulationsraten geomagnetische Methoden sowie
die Verteilung von Radionukleiden im Sediment herangezogen werden.
Zum Aufbau einer Tephrostratigraphie des Untersuchungsgebietes soli die
Geschichte des quartaren explosiven Vulkanismus der mittelozeanischen
ROcken im Bereich der Bouvet Triple Junction und des South Sandwich Inselbogens rekonstruiert werden. Durch petrographische und geochemische Untersuchungen werden die in marinen Sedimenten auftretenden Aschenlagen
charakterisiert und wenn moglich, Korrelationen von definierten Aschenlagen
(Leithorizonten) zwischen verschiedenen Kernstationen vorgenommen werden. Die Erstellung einer Tephrochronologie soli an ausgewahlten Kernen mit
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Hilfe von biostratigraphischen und isotopenstratigraphischen Methoden erfolgen.
3.2.3
Diagenese in opalreichen Sedimenten (AWl)
FrOhdiagenetische Untersuchungen, die fUr den Stoffeintrag vom Sediment in
das Bodenwasser von Bedeutung sind, werden an Oberflachensedimenten
aus MC-Kernen durchgefUhrt. Um Abbauraten von organischem Material und
biogenem Opal zu berechnen, sollen im Porenwasser Sauerstoffgehalt und
Freisetzungsraten von Nitrat und Silikat bestimmt werden.
Neuere Funde von Porzellaniten in erstaunlich jungen Diatomeenschlammen
(jungpleistozan - oberpliozan) der Antarktis haben die Diskussion Ober die
Genese von Chert (Flint) neu belebt. Porzellanite gelten als die Vorlaufer der
makroskopisch sehr ahnlichen Cherts (Quarz-Gesteine) und sind durch die
Neubildung von Opal-CT entstanden. Das zur Zementation benutzte Silikat
wird dabei durch Auflosung von Skeletten kieseliger Mikrofossilien (Opal-A)
bereitgestellt. Wahrend man bislang die Transformation von Opal-A in OpalCT in groBerer Versenkungstiefe unter hoheren Temperaturbedingungen in
den Bereich der Spatdiagenese gestellt hat, belegen die antarktischen Porzellanite in geringer Versenkungstiefe frOhdiagenetische Prozesse, deren
Mechanismen bisher vollig unverstanden sind. Wahrend ANT-VIII/3 soli versucht werden, eine solche Porzellanitlage auf dem SOdwest-lndischen-RtJkken nordostlich Bouvet Island mit einem Kastenlot zu durchteufen und Sedimente sowohl im Hangenden und Liegenden zu beproben. Mineralogischpetrographische, geologische und stratigraphische Untersuchungen an dem
gewonnen Kernmaterial sollen zusammen mit Untersuchungen von anderen
antarktischer Porzellanitvorkommen zur Klarung der Entstehungsbedingungen beitragen.
3.2.4
Bathymetrie (AWl)
Die DurchfUhrung bathymetrischer Vermessungen mit dem Hydrosweep-System ist fUr den gesamten Expeditionsverlauf vorgesehen. Die Daten werden
dabei kontinuierlich auf der gesamten Fahrtroute erfaBt und aufgezeichnet.
Sofern es moglich ist, sollen die MeBprofile parallel zu bisherigen Fahrtrouten
von "Polarstern" gelegt werden. Neben den Profilfahrten soli die nahere Umgebung geologischer Probenstationen und der Verankerungs-Station
(3.3.8)kleinraumig (Flache ca. 10 nm x 10 nm) erfaBt werden. Ais Ergebnis
werden jeweils topographische Karten im MaBstab 1:50000 an Bord erstellt.
Die groBmaBstabigen Kartierungen erfordern eine prazise Positionsbestimmung des Me Btragers. Die Position des Forschungsschiffes wird mit unterschiedlicher Genauigkeit erhalten. Sofern keine kontinuierliche Satelliten-Navigation moglich ist, erfolgt Koppelnavigation. An Bord werden die daraus erhaltenen Positio nen zwischen den Satellitenfixe n aufdatie rt
(Navigationsaufbereitung). Zweidimensionale und raumliche Ansichten der
Meeresbodentopographie sind notwendig, umStrukturen und Zusammenhange zu erkennen. Daher wird fUr bestimmte Bereiche bereits an Bord ein
digitales Gelandemodell (DGM) zur Kartenerstellung berechnet, aus dem die
zum Studium der Meeresbodenstrukturierung genutzten Produkte abgeleitet
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werden kennen. Fur das DGM mussen bereinigte Daten vorliegen. Zu diesem
Zweck werden die Hydrosweep-Daten bereits wahrend der Messung uberpruft
und korrigiert.
3.2.5
Sedimentechographische und physikalisch-sedimentologische
Untersuchungen (AWl, FGB)
Durch den Einbau des PARASOUND-Systemes im Sommer 1989 auf "Polarstern" wurden die Voraussetzungen geschaffen, ein System zur digitalen
Registrierung von Sedimentecholoten einzusetzen. Damit erhalt man fUr die
Oberflachensedimente hochauflesende Seismogramme, die mit den Methoden der Reflexionsseismik prozessiert werden kennen. Diese Seismogramme sollen mit an Kernmaterial gemessenen physikalischen und sedimentologischen Parametern verglichen werden. Dieser Vergleich wird es erlauben, die physikalische Realitat von Reflektoren zu klaren, die in kernbaren
Tiefen gefunden werden. Weiterhin sollen die Seismogramme zu einer Charakterisierung und damit Diskriminierung von Sedimenttypen sowie der
Identifikation von zyklischen Variationen der Sedimentzusammensetzung beitragen. Dazu werden schon an Bord raumlich hochauflesende Messungen der
akustischen Eigenschaften und der Suszeptibi!itat an den gewonnenen Sedimentkernenvorgenommen. Diese Daten werden mit den im Labor ermittelten sedimentologischen Daten (inc!. der Dichte) verknupft, um an hand der
dann berechenbaren Impedanz-Tiefen-Funktion und den daraus ableitbaren
synthetischen Seismogrammen Aussagen uber die physikalische Realitat von
Reflektoren in kernbaren Tiefen machen zu kennen.
3.3
Arbeiten in der Wassersaule und an der Grenzflache
Mee r/Mee resbode n
3.3.1
Hydrographie (AWl)
Die hydrographischen Bedingungen auf den Profilschnitten werden durch
CTD-Profile dokumentiert, die an ausgewahlten Stationen gefahren und durch
XBT-Profile erganzt werden. Dabei geht es darum, die vertikale und horizontale Verbreitung von Wassermassen zu bestimmen sowie die komplexen
ozeanographischen Bedingungen im Bereich von ozeanischen Frontsystemen zu erfassen. Einerseits sind diese Daten entscheidend fUr die Planung
von gezielten Probennahmen in der Wassersaule fUr aktuopalaontologischen
(3.3.5., 3.3.6.) und isotopengeologischen (3.3.4.) Untersuchungsprogramme.
Andererseits werden zusatzliche hydrographische Daten fUr den sudlichen
Atlantik geschaffen, die in das ozeanographische Datenbanksystem des AWl
einflieBen. Auf dem Profil A-B ist ein direkter Vergleich mit GEOSECS-Daten
aus den Jahren 1972-1973 meglich.
Parallel zu den CTD-Profilen werden mit der Rosette in verschiedenen Tiefen
Wasserproben entnommen, die zur salinometrischen Bestimmung, der Quantifizierung von Nahrstoffgehalten und weiteren chemischen (3.3.2.) und isotopengeologischen Untersuchungen (3.3.4.) genutzt werden.
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3.3.2
Bestimmung halogenierter Kohlenwasserstoffe in der Wassersaule (CUUG)
Um ROckschlOsse Ober den Eintrag und die Quellen von leichtflOchtigen halogenierten Kohlenwasserstoffen in den Ozean ziehen zu ktinnen werden in
Gebieten mit unterschiedlich hoher Primarproduktion die biogenen Halokarbone CHBr3, CH2Br2 sowie einige Jodverbindungen gemessen. Weitere
Halogenkohlenwasserstoffe, die sowohl biogenen als auch anthropogenen
Ursprungs sein ktinnen oder durch Substitutionsreaktionen aus bromhaltigen
Verbindungen und CI- im Meerwasser gebildet werden (CHBrCI2, CHBr2CI),
sollen ebenfalls bestimmt werden. Dabei wird auch geprOft, ob CHCI3 den
biogenen oder den rein anthropogenen Halokarbonen zuzurechnen ist. Die
Bestimmung von rein anthropogenen Kohlenwasserstoffen soli ROckschlOsse
Ober den Eintrag anthropogener Stoffe in die subantarktischen und antarktischen Wassermassen geben. DarOber hinaus kann CCI4, das in seiner Stabilitat mit den Freonen vergleichbar ist, genutzt werden, um das Alter von Wassermassen zu bestimmen. Zur Analyse an Bord werden 100 - 250 ml Meerwasser mit 1-2 ml n-Pentan extrahiert. Die Quantifizierung der Stoffe erfolgt
nach kapillargaschromatographischer Trennung und Dedektion mit einem
ECD (electorn capture detector). Diese Methode erlaubt die routinemaBige
Untersuchung einer groBen Anzahl von Proben in relativ kurzer Zeit, wobei
hohe MeBgenauigkeiten erreicht werden (MeBgenauigkeit bei fast allen zu
messenden Verbindungen < 1 ng/I).
Ober diese Untersuchungen hinaus sollen Meerwasserproben auch auf weitere natOrliche halogenierte Verbindungen untersucht werden. Zur Identifizierung und Bestimmung phenolischer Verbindungen werden diese in einem
Schritt acetyliert und mit n-Hexan extrahiert. Damit lassen sich aueh neutrale
hexanltisliche Verbindungen bestimmen. Die Extrakte werden gaschromatographisch mit ECD und nach ROckkehr im Labor mit Hilfe von GC-MS-Kopplung untersucht.
3.3.3
"Scavenging" von Radionukleiden (AWl, NIOZ)
Durch radioaktiven Zerfall von im Meereswasser geltistem Uran und Radium
werden Radionuklide von Thorium (Th), Protactinium (Pa), Blei (Pb) und Polonium (Po) produziert, die von Partikeln abgefangen, durch die Wassersaule
transportiert und in das Sediment eingetragen werden. Aus der Verteilung von
Th-230, Pa-231 und Pb-210 in Tiefseesedimenten lassen sieh Akkumulationsraten und PalaoproduktiviHit rekonstruieren. Um dabei zu verlaBliehen
Ergebnissen zu gelangen, ist es jedoch von groBer Bedeutung, die Prozesse,
die den Eintrag der Radionukleide in das Sediment steuern, zu kennen
("scavenging"). So konnte beipielsweise wahrend der Expedition ANT VI/2
nachgewiesen werden, daB in der Bransfield StraBe das "scavenging" von
Radionukleiden durch das rasche Absinken einer FrOhjahrsblOte gesteuert
wird. Wahrend ANT VIII/3 werden Gebiete mit unterschiedlieh hohen PartikelfluBraten beprobt. Damit kann das Verhalten von natOrlichen Radio-nukleiden in der Wassersaule unter verschiedenen Bedingungen untersucht werden.
Daten zum "scavenging" lassen sich einerseits durch die Analyse von Sinkstoff-Fallenmaterial gewinnen, andererseits muB die Verteilung der Radio-
- 13nukleide in gel6ster und partikularer Form in der Wassersaule gemessen werden. Da zu dieser Analyse groBe Wassermengen von mehreren Kubikmetern
ben6tigt werden, die auch mit Hilfe von GroBwasserschepfern nicht gewonnen
werden kennen, sollen wahrend ANT VIII/3 in-situ Filtrationsgerate eingesetzt
werden. Mit diesen am Draht gefahrenen Systemen laBt sich pro Stunde ca.
ein Kubikmeter Wasser filtrieren. Die gelesten Radionukleide werden dabei in
nachgeschalteten Adsorptionssaulen abgefangen. Der zusatzliche Einsatz
von GroBwasserschepfern (270 I) bleibt trotzdem erforderlich, urn die Effizienz
des Adsorptionsverfahrens zu OberprOfen.
3.3.4
Stabile Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope in der Wassersaule
(AWl)
Die Zusammensetzung und Variation von Kohlenstoffisotopenverhaltnissen
C12 und C13 in pleistozanen benthischen Foraminiferen kennen als Indikator
fOr Bodenwassermassen und Palaoproduktivitat verwendet werden. Die
Kenntniss Ober Gleichgewichts- bzw. Ungleichgewichtseffekte beim Einbau
von Kohlenstoff durch die Foraminiferen (Vital-Effekte) ist wichtig fOr die Interpretation der Isotopendaten aus fossilen Foraminiferengehausen. Wahrend
ANT VIII/3 sollen Bodenwasserproben genom men werden, in denen das isotopenverhaltnis des gelesten Karbonats gemessen und mit dem von rezenten
benthischen Foraminiferen der selben Position verglichen werden kann. Die
Variation der Kohlenstoffisotopen in der Wassersaule liefert zudem Informationen Ober Wassermassengrenzen und gibt Hinweise auf die Primarproduktion.
Das Haufigkeitsverhaltnis der stabilen Isotope des Sauerstoffs 0 16 und 0 18
kann zur Charakterisierung von Wassermassen genutzt werden und soli wahrend ANT VII1I3 in Erganzung der hydrographischen Standardmethoden (5.
3.3.1.) Informationen zur Eingrenzung der im Gebiet der Polarfront auftretenden Wassermassen liefern.
FOr die Untersuchung der Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope werden an ausgewahlten Stationen mit Hilfe einer Rosette (mit CTD) aus unterschiedlichen
Tiefen Wasserproben genommen, die zur weiterenUntersuchung im Labor an
Bord stabilisiert werden. DarOber hinaus 5011 das unmittelbar Ober dem Sediment stehende Bodenwasser, das bei Einsatz des Multicorers gewonnen wird,
beprobt werden.
Driftende Eisberge fOhren in ihrer Schmelzwasseraureole zu einer VerdOnnung des Meerwassers durch SOsswasser und damit zu einer Veranderung
der Umweltbedingungen fOr die dort lebenden Organismen. Ober die Ausdehnung dieser Schmelzwasseraureole ist bislang nur wenig bekannt. Dies
soli mit Hilfe von Sauerstoffisotopenuntersuchungen an Oberflachen- und
oberflachennahem Wasser untersucht werden. Die signifikant unterschiedliche Isotopenzusammensetzung von Meerwasser und Eisbergwasser erlaubt
den Nachweis von SOsswasser bis zu geringen Konzentrationen. Die Kenntnis der Sauerstoffisotopenzusammensetzung dieser Wasser liefert darOber
hinaus gewichtige Informationen im Zusammenhang mit der Untersuchung
der Sauerstoffisotopenverteilung in Kalkschalen von rezenten planktischen
Foraminiferen. 1m Einfluss von Eisbergschmelzwasser auf die Isotopenzusammensetzung von rezenten Foraminiferen, vor allem von Neogloboqua-
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drina pachyderma, liegt moglicherweise ein SchlOssel fOr die Interpretation
der Isotopenverhaltnisse von fossilen Foraminiferen. FOr die Untersuchung
des Einflusses der Schmelzwasseraureolen sollen oberflachennahe Wasserproben in unterschiedlichen Abstanden von Eisbergen genommen werden.
Um nicht die Schichtungsverhaltnisse im oberflachennahen Wasser zu stOren,
soli die Probennahme (Nansen-Flaschen) mit RV "Polarfuchs" erfolgen.
3.3.5
Planktonuntersuchungen (AWl, FGB)
Mit Hilfe von Netzfangen und Wasserpumpenproben sollen vertikale und horizontale Verteilungsmuster von Diatomeen, Silikoflagellaten, Radiolarien und
planktischen Foraminiferen in der Wassersaule auf einem Schnitt, der von der
subantarktischen Zone Ober die Polarfrontzone hinweg bis in die antarktische
Kaltwasserzone reicht, erfaBt werden. Wah rend sich die Probennahme der an
die durchlichtete (euphotische) Zone gebundenen Mikroorganismen wie Diatomeen und Silikoflagellaten auf Planktonnetzfange und Wasserpumpenproben aus dem Oberflachenwasser konzentriert, werden Radiolarien und Foraminiferen mit Hilfe eines Vertikal-SchlieBnetzes in verschiedenen Tiefenstufen
auch in den oberen 1000 m der Wassersaule gefangen. Parallel gefahrene
Temperatur-, Salzgehalts- und Nahrstoffprofile (s. 3.3.1.) sollen Zusammenhange zwischen der Hydrographie, der Nahrstoffsituation und den Haufigkeitsverteilungen der Mikroorgansimen aufzeigen und damit Hinweise zur
AutOkologie von Arten geben, deren Hartteile als Umwelt-Indikatoren im Sediment Oberliefert werden. Die gleichzeitige Beprobung des Wassers fOr Messungen der stabilen Sauerstoff- und Kohlenstoff-Isotope (s. 3.3.4.) wird die Interpretation der Isotopenverhaltnisse der Foraminiferenschalen aus den
Netzfangen erleichtern. Damit werden Daten erstellt, die fOr die mikropalaontologische und isotopengeologische Auswertung von Mikrofossilvergesellschaftungen zur palaozeanographischen Rekonstruktion von entscheidender
Bedeutung sind. Bislang gibt es nur sparliche Informationen zur Verbreitung
der planktischen Mikroorganismen mit kieseligen oder kalkigen Hartteilen aus
sOdlichen hohen Breiten, die auch mit hydrographischen Daten verknOpft sind
und die vertikale Verbreitung nach definierten Tiefenstufen erfassen. Eine der
spezielle Fragestellungen in diesem Zusammenhang ist, ob planktische Foraminiferen und Radiolarien aus der antarktischen Kaltwasserzone Ober das
Antarktische Zwischenwasser, das im Bereich der Polarfrontzone abtaucht,
nach Norden transportiert werden und damit u.a. in die Auftriebsgebiete vor
SW-Afrika exportiert werden konnen.
3.3.6
Benthische Foraminiferen-Vergesellschaftungen als Umwelt-Anzeiger (AWl)
Rezente benthische Foraminiferen-Vergesellschaftungen vom ostlichen Kontinentalrand des Weddellmeeres zeigen deutliche Abhangigkeiten in ihrer
Verbreitung und Siedlungstruktur von der Hohe der Nahrungszufuhr, der Art
der Bodenwassermasse und vom Substrat. 1m besonderen, ist eine von Nuttallides umbonifer dominierte Fauna an den unteren Bereich des Antarktischen Bodenwassers (AABW) zwischen Karbonat-Lysokline und Karbonatkompensations-Tiefe (CCD) gebunden. Auf dem Fahrtabschnitt ANT VIII/3 soli
nun untersucht werden, ob sich die im ostlichen Weddellmeer (ANT IV/3) erkannten Beziehungen zwischen Umwelt und benthischen Foraminiferen-
- 15 -
Vergesellschaftungen auf Gebiete unterhalb der Polarfrontzone ausdehnen
lassen und ob spezifische benthische Foraminiferen-Vergesellschaftungen
die Lage der Polarfrontzone als Hoch-Produktionsgebiet widerspiegeln. Zusatzlich sollen die stabilen Kohlenstoffisotopen-Verhaltnisse als Indikator fOr
Bodenwassermassen und Exportproduktion bestimmt werden.
Diese Untersuchungen sollen eine palaoozeanographische Interpretation und
Rekonstruktion des spatpleistozanen Kernmaterials in Analogie zu den rezenten Bedingungen ermoglichen (Ausbreitung und Intensitat der Bodenwassermasse, Palaoproduktivitat, Nord-SOd yerlagerung der Polarfrontzone).
3.3.7
Tiefseebakterien (AWl, HDT)
Bereits begonnene Untersuchungen zur Anpassung von Bakterienpopulationen an den hydrostatischen Druck ihrer Habitate sollen wahrend ANT VIII/3
auf einigen Tiefseestationen fortgefOhrt werden. Dabei werden die Anteile an
barosensitiven, barotoleranten sowie barophilen Organismen im Oberflachensediment und in der Wassersaule erfaBt. Die Kenntnis dieser Struktur ist zur
Abschatzung der mikrobiellen Leistungen in der Tiefsee von Bedeutung.
Wahrend die Bakterien der Bodensedimente im Verlauf der Probennahme
noch einer Dekompression unterliegen, sollen Bakterien aus bodennahem
Wasser mit Hilfe eines Druckwasserschopfers unter nichtdekomprimierten
Bedingungen an Bord gebracht und in Kultur genommen werden. Damit
sollen Hinweise auf extrem druckadaptierte, dekompressionsempfindliche
Bakterien gewonnen werden. Die Probennahme dient gleichzeitig der
weiteren Erprobung und der Optimierung des hierfOr entwickelten Druckwasserschopfers.
3.3.8
Verankerungsarbeiten (AWl, FGB)
Urn im Bereich der Polarfront die Partikelsedimentation zu erfassen, wird auf
der Position 50°09 'S, 5°44'E (Wassertiefe 3750 m) eine Verankerungskette
(Verankerung PF3) mit zwei zeitgeschalteten Sinkstoff-Fallen (Typ HDW-SMT
230) ausgesetzt. In Sammelintervallen von 18 Tagen sollen hier Ober ein Jahr
hinweg in Wassertiefen von 500 m und 3250 m Informationen Ober den saisonalen PartikelfluB in einem Hochproduktionsgebiet gewonnen werden. Ziel
der Untersuchung, die im Rahmen des SFB 261 durchgefOhrt wird, ist die Erfassung des Gesamtflusses, der jahreszeitlichen Veranderungen der Exportproduktion und der Lageveranderungen der Polarfront. DarOber hinaus sollen
weitere Erkenntnisse zu den Mechanismen des Partikeltransportes, der vertikalen Absinkgeschwindigkeiten sowie zu den Remineralisierungsprozessen
in der Wassersaule gewonnen werden. Begleitend werden an dieser Position
umfangreiche Stationsarbeiten zur Hydrographie, zum Wasserchemismus und
zur Planktonproduktion durchgefOhrt. Geochemische Messungen zum Stoffhaushalt im Bereich der Grenzflache Meer/Meeresboden runden diese Untersuchungen abo
An der Position wurden bereits in den Jahren 1987 und 1988 Verankerungen
(PF1, PF2) mit Sinkstoff-Fallen ausgesetzt, die jedoch nur unregelmaBig (PF1)
gearbeitet haben oder vollig ausgefallen sind (PF2). Nach technischer Weiterentwicklung des Fallentyps werden nunmehr erstmalig kontinuierliche Da-
- 16 -
ten fUr einen Jahresgang erwartet. Die Resultate sollen mit den Ergebnissen
verglichen werden, die bereits aus Sinkstoff-Fallenexperimenten im Weddellmeer, der Bransfield StraBe und dem 6stlichen SOdatlantik vorliegen.
- 17 -
4
Fahrtabschnitt Punta Arenas - Ushuaya (ANT VII 1/4)
4.1
Obersicht
Der kurze Fahrtabschnitt ANT VIII/4 in der ersten Halfte Dezember ist nur in
kleinem Umfang unmittelbar der wissenschaftlichen Forschung gewidmet,
seine Hauptbedeutung liegt in Antarktis-politischen und -Iogistischen Bereichen. Das wissenschaftliche Programm ist auf biochemische Fragen gerichtet.
Primar dient die Fahrt dem Besuch auslandischer Forschungsstationen. Die
Bundesregierung gemeinsam mit der franzosischen Regierung beabsichtigt,
im Rahmen von Artikel VII des Antarktisvertrages eine Reihe von auslandischen Einrichtungen zu inspizieren.
Ausgewahlt wurde der Bereich der Antarktischen Halbinsel und der ihr vorgelagerten Inseln. Hier ist die Konzentration an Forschungsstationen und die
Besucherfrequenz an Touristen am hochsten. Ein britisch-neuseelandisches
Team hat im Januar 1989 die Mehrzahl der groBen Stationen in diesem Gebiet bereits begutachtet. Die deutsch-franzosische Expedition wird mit wenigen Ausnahmen die offiziellen Inspektionen daher im wesentlichen auf kleinere Einrichtungen beschranken, zum Vergleich aber auch mehrere groBe
Einrichtungen besuchen. Wie auch im britisch-neuseelandischen Bericht wird
das Schwergewicht auf Fragen des antarktischen Umweltschutzes einschlieBlich der Abfallbeseitigung Iiegen. Der EinfluB des Tourismus auf die
Arbeit der Stationen und auf die antarktische Umwelt soli eingehend studiert
werden. Diese besondere Aufgabenstellung der Inspektionen wird dem Wandel in der Zielrichtung des antarktischen Vertragssystems auf einen umfassenden Schutz der Antarktis hin gerecht.
fragen der VerhOtung und Bekampfung von Olunfallen im Rahmen der Versorgung von Antarktisstationen und Touristenreisen werden angesichts des
Unfalles des Versorgungsschiffes "Bahia Paraiso" mit Experten, die an der
Reise teilnehmen, diskutiert werden.
Moglichkeiten fOr eine noch engere Kooperation bei den globalen Klimaforschungsprogrammen sollen vor art studiert werden. Die relativ haufigen
Landaufenthalte bieten mehreren terrestrischen Biologen Gelegenheit, Proben von Mikroorganismen, Pflanzen und Insekten zu sammeln.
1m Rahmen der Kooperation mit anderen Antarktisstaaten wird "Polarstern"
Personal und AusrOstungsgegenstande zur spanischen und polnischen Station transportieren. Bei der argentinischen Station "Esperanza" plant die Bundesrepublik Deutschland gemeinsam mit dem Argentinischen Antarktis-Direktorat eine Empfangsstation fOr das Synthetic Aperture Radar des ERS-1Satelliten und fOr Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Messungen zur
Erfassung der Plattentektonik und das Gcoids zu errichten. "Polarstern" soli
dazu empfindliche Bauteile mitbringen und zugleich ein kleines Biologenteam
mit seiner AusrOstung absetzen, das in der Umgebung von Esperanza experimentelle Pinguin-Untersuchungen fortfOhren soli. FOr das Institut fOr Meereskunde an der Universitat Kiel arbeitet auch eine Forschungsgruppe, die mit
"Polarstern" zur polnischen Station "Arctowski" gebracht werden wird.
- 18 -
Mehrere Journalisten und zeitweilig ein britisches Fernsehteam werden an
der kurzen Reise teilnehmen und von der Moglichkeit profitieren, verschiedene Forschungsstationen zu sehen, und EindrOcke von den dortigen Arbeitsbedingungen und von FS "Polarstern" zu gewinnen.
4.2
Biochemie
4.2.1
Sekundarmetabolite des antarktischen Benthos
Bisher gibt es nur wenige Untersuchungen Ober Vorkommen und Funktion
von Sekundarmetaboliten der antarktischen Fauna, also solcher organischer
Substanzen, die von den Organismen selbst produziert werden, aber nicht an
deren Primarstoffwechsel teilnehmen. Die Erforschung von Sekundarmetaboliten antarktischer Organismen ist vielversprechend, da die isolierte
Entwicklung der Fauna moglicherweise auch zu spezifischen chemischen
Strukturen gefOhrt hat. Mit vielen Sekundarmetaboliten sind okologische
Funktionen verbunden. Es ist von besonderem Interesse, der Frage nachzugehen, ob chemische Verteidigung fOr sessile und trage Tiere der Antarktis
von Bedeutung ist.
In der Bransfield StraBe sollen Porifera, Bryozoa, Polychaeta, Nudibranchia,
Holothuroidea und Ascidiacea mit Agassiz-Trawls und Bodengreifern gefangen werden. Weitere benthische Organismen werden einbezogen, wenn
FraBbeziehungen, kommensalische oder symbiontische Lebensweisen erkannt werden konnen. FOr die spateren Analysen werden die Tiere an Bord
tiefgefroren. Neben der Isolierung und Strukturaufklarung sind auch Tests geplant, die AufschluB Ober toxische oder fraBhemmende Wirkung geben.
- 19 -
5
Fahrtabschnitt Ushuaya - Kapstadt (ANT V111/5)
5.1
Obersicht
Eine der wichtigsten Aufgaben von FS "Polarstern" wahrend dieses Fahrtabschnitts ist die Versorgung und Entsorgung der Georg-von-Neumayer-Station.
Hier wird ein Austausch des wissenschaftlichen und technischen Personals
erfolgen sowie die Bevorratung fOr die kommende Oberwinterung, wahrend
der zum erstenmal ein Team von Frauen die Station und die wissenschaftlichen Programme betreuen wird.
Neben diesen Versorgungsaufgaben werden von FS "Polarstern" aus wiederum landgebundene Programme unterstOtzt, wie auch marine Forschungsprogramme durchgefOhrt.
So ist in der Saison 89/90 eine groBe MeBkampagne auf dem Filchner-Ronne
Schelfeis vorgesehen. Glaziologisch, geodatisch und geophysikalisch orientierte Einzelprogramme dienen dem Ziel, Massenhaushalt und Dynamik des
Filchner-Ronne Schelfeises zu studieren. Insbesondere soli eine Kernbohrung Information detaillierten AufschluB Ober die physikalischen und chemischen Eigenschaften des in der Tiefe zu erwartenden "salinen" Eises geben.
Daneben werden Nachmessungen frOher vermarkter Punkte Information zum
Geschwindigkeitsfeld und zur Deformation des Schelfeises liefern. Erstmals
soli auch der Versuch unternommen werden, Messungen in der Wassersaule
unter dem Schelfeis durchzufOhren, wobei die Sensoren durch Schmelzbohrl6cher niedergebracht werden sollen.
1m Grenzbereich zwischen Land und Meer wird eine biologische Arbeitsgruppe 6kophysiologische Studien an Robben und Pinguinen durchfOhren.
Die Wissenschaftler werden in einem Feldlager am Drescher Inlet des Riiser
Larsen Schelfeises wohnen und Untersuchungen Ober den Ablauf und Erfolg
der Nahrungssuche durchfOhren.
Von Georg-von-Neumayer aus wird eine Gruppe von Geologen und Geophysikern auf der bereits bekannten Trasse in die Heimefrontfjella ziehen und dort
die bereits frOher begonnenen geowissenschaftlichen Untersuchungen fortsetzen. Die groBmaBstabliche geologische Kartierung und tiefenseismische
Experimente bilden die Schwerpunkte dieser Teilexpedition. Einige kleinere
Projekte, wie Bodenmessungen in Vorbereitung kommender ERS-1 Fernerkundungs Missionen, Untersuchungen zur permokarbonen Vereisungsgeschichte und Akkumulationsmessungen im gesamten befahrenen Gebiet runden das Programm abo
1m marinen Bereich schlieBlich werden marin geologische und marin geophysikalische Untersuchungen zwischen Georg-von-Neumayer- und der FilchnerStation durchgefOhrt. Ziel ist zum einen aus der Beprobung der oberflachennahen Sedimente Information Ober glazial-marine Sedimentationsprozesse
zu erhalten und ein Modell der Sedimentationsgeschichte zu erarbeiten, zum
andern soli hochaufl6sende digitale mehrkanalige Reflexionsseismik ein Bild
der sedimentaren Bedeckung liefern und tiefenseismische Untersuchungen
einen Beitrag zur Kenntnis der Strukturen dieses gerifteten Kontinentalrandes
- 20-
leisten. Ebenfalls von FS "Polarstern" aus werden Untersuchungen zur Benthos Taxonomie des Weddellmeeres durchgefUhrt.
Wah rend dieses Fahrtabschnittes werden auch die beiden Flugzeuge POLAR
2 und POLAR 4 im Bereich des Filchner-Ronne-Schelfeises und des sOdlichen Weddellmeeres im Einsatz sein. Logistische Aufgaben bei der Versorgung der Expeditionsteilnehmer auf dem Eis wie auch ein geophysikalisches
und ein meteorologisches MeBprogramm sollen durchgefUhrt werden. Dabei
stehen Untersuchungen des inneren Aufbaus des Filchner-Schelfeises mit
Hilfe von Radarmessungen und Arbeiten Ober mesoskalige Zyklonen und den
Strahlungshaushalt des Meereises in Abhangigkeit von der Bew51kung im
Vordergrund.
Insgesamt ist dieser Fahrtabschnitt ein ausgesprochen komplexes Unternehmen mit vie len Einzelprojekten, die zudem Ober eine groBe Flache verteilt sein
werden. Die Abb. 5.1 gibt eine allgemeine Obersicht Ober den geplanten Verlauf der Fahrtroute und zeigt die verschiedenen Arbeitsgebiete in schematischer Weise.
.80°
- 30°
.60°
- 40°
.20°
0°
20°
- 30°
- 40°
- 40°
- 50°
- 50°
"
- 60°
- 60°
_700 J--,r..!\--\\--R-t--W_E_D_D_E_L_LMr-EE_R_ _-+-_~=I""f-~~~""'I• 70°
_800
L....L_ _......L.L..----L._....L-.L..-_....:>.-_L--
• 800
Abb. 5.1:
_ 60°
• 40°
- 20°
Geplanter Routenverlauf fUr ANT VII 1/5
' - -_ _- - - ' -
0°
20°
80°
- 21 -
5.2
Bathymetrische Untersuchungen mit dem Fachersonar HYDROSWEEP (AWl)
Die DurchfOhrung bathymetrischer Vermessungen ist fOr den gesamten Expeditionsverlauf vorgesehen. Wesentliches Ziel ist die Verdichtung, Erganzung
und Erweiterung folgender Gebiete:
- Nerdlich der Georg-von-Neumayer-Station soli das vorhandene Profilnetz
verdichtet werden, um eine flachenhafte Vermessung zu erzielen. Der
Meeresboden ist in diesem Gebiet von zahlreichen Feinstrukturen und
Graben durchzogen. Nur durch eine vollstandige Flachenvermessung ist
eine korrekte Kartierung und Interpretation der Meeresbodentopographie
meglich.
- Wegener Canyon
Um eine endgUltige Karte des Wegener-Canyon-Systems erstellen zu kennen, soli die Canyonmundung im Bereich des unteren Kontinentalhanges,
der Tiefseebereich vor dem Canyon und der Schelfbereich vor Kap Norvegia vermessen werden. Eine Erweiterung des Vermessungsgebietes nach
Nordosten ist vorgesehen.
- Meeresbodentopographie vor dem Filchner-Schelfeis
Die Flachwassereigenschaften des HYDROSWEEP-Systems sollen vor
dem westlichen Filchner-Schelfeis genutzt werden, um Parallelprofile entlang der Schelfeiskante zu vermessen. Hierbei sollen kleinraumige
Strukturen mit geringen Tiefenunterschieden (z.B. AbfluBgraben des
Schelfeiswassers ISW) erfaBt und analysiert werden.
- Maud Rise
Auf der .Ruckreise von der Georg-von-Neumayer-Station nach Kapstadt soli
eine Vervollstandigung der Vermessung der Kuppe erfolgen. Wahrend ANT
VIII/6 soli eine Verankerung auf der Kuppe des Rise ausgebracht werden.
Es ist daher erforderlich, die genaue Lage und die Topographie der Kuppe
zu erfassen. Das vorhandene Profilnetz muB aus diesem Grunde verdichtet
werden, um eine vollstandige Auswertung und Kartierung zu ermeglichen.
1m Nahbereich geologischer Probenstationen und ozeanographischer Verankerungen soil eine Flache von ca. 10 nm x 10 nm vermessen werden. Die
Herstellung von Tiefenlinienkarten im MaBstab 1:50.000 erfolgt sofort an Bord.
Die Profile zwischen den Einsatz- und Arbeitsgebieten mussen moglichst so
angelegt werden, daB sie eine Erganzung zu den bereits vorhandenen Profilen fruherer Expeditionen bilden. Fur die Profilplanung werden die Kurs- und
SEABEAM-Daten vergangener Expeditionen auf dem wissenschaftlichen
Bordrechner zur Verfugung stehen.
5.3
Marin-geologische Arbeiten - Untersuchungen zur Interpretation
glazial-mariner Sedimentationsprozesse im sudestlichen Weddellmeer (AWl)
Informationen zu gewinnen uber die Faktoren, die in der Vergangenheit die
Ablagerung von Sedimenten am Meeresboden beeinfluBt haben, ist Ziel der
- 22-
Sedimentgeologie. Hierzu ist es zunachst notwendig, die rezenten glazialmarinen Sedimentationsprozesse zu erforschen und in ihrem topographischen, ozeanographischen und glaziologischen Umfeld zu interpretieren.
Durch Beprobung alterer Sedimente und zeitliche Einstufung der rekonstruierten spezifischen glazial-marinen Sedimentationsprozesse soli ein Modell
der Sedimentationsgeschichte erarbeitet werden.
Proximale glazial-marine Sedimentationsprozesse laufen in Nahe der Schelfeiskante, auf dem Schelf abo Wahrend dieses Fahrtabschnittes soli besonders
das teilweise noch recht grobe Stationsnetz auf dem sOd lichen Schelf des
Weddellmeeres verdichtet werden. In diesem Gebiet ist eine Probennahme
mit dem GroBkastengreifer (GKG) vorgesehen, mit dem eine moglichst ungestOrte Beprobung der obersten Sedimente des Meeresbodens durchgefOhrt
werden kann. Obwohl die Sedimente oft sehr stark kompaktiert und somit
schwer zu kernen sind, sollte versucht werden, auch kurze Schwerelotkerne
(SL, Rohrlange ca. 3-6 m) zu nehmen.
Mehrere Profile, die mit SAEBEAM und dem 3,5 kHz-Sedimentecholot am
Kontinentalhang westlich Lyddan Ice Rise auf vorangegangenen "Polarstern"Expeditionen erkundet wurden, zeigen, daB dieses Gebiet morphologisch
stark strukturiert ist. Es ist geplan, Ober eine Erweiterung des Probennetzes
durch Schwerelotkerne und GroBkastengreifer-Proben die Entstehung der
verschiedenen morphologischen und in der Sedimentechographie unterschiedlichen Struktureinheiten (SedimentrOcken und Erosionsrinnen) zu
deuten.
Dichtes, yom Schelf abflieBendes Bodenwasser hat am Kontinentalhang
nordlich des Filchner Schelfeises und auf der benachbarten Tiefsee-Ebene
deutliche Erosionsspuren erzeugt. Ahnliche, langgestreckte und no.rdnordostlich verlaufende Erosionsformen, an denen der Meeresboden im
Osten der stufenfOrmigen Struktur bis zu 450 m tiefer Iiegen kann, wurden
auch im ostlichen Teil des Weddellmeeres erkundet. Es ist geplant, am FuB
siner Erosionsstufe (71 °6,1 'S; 20 0 45,2'W) ein Stromungsmesser-Verankerungssystem auszubringen und Ober ein Jahr lang bodennahe Stromungen
zu registrieren. Durch ein Ost-West verlaufendes Profil im zentralen Weddellmeer soli mit dem PARASOUND auch der nordliche Verlauf der im sOdlichen
Weddellmeer vorhandenen Erosionsstufen kartiert werden.
5.4
Marine Geophysik (AWl, RCMG)
In Fortsetzung und Erganzung der marin-geophysikalischen Arbeiten zur Erkundung der Krustenstrukturen des Weddellmeeres und seiner kontinentalen
Umrandung sind marin-geophysikalische Arbeiten eingeplant. Regional wird
im ~~reich zwischen GvN und Filchner-Station gearbeitet und insbesondere
der Ubergang von Tiefsee zum Schelf untersucht.
1m einzelnen sind geplant:
- Hochauflosende seismische Reflexionslinien zur detaillierten Kartierung
sedimentarer Strukturen als Beitrag zu Untersuchungen der Sedimentationsgeschichte und alterer Sedimentationsprozesse,
- kombinierte Land:.See-Refraktionsseismik zur Untersuchung der Strukturen
der Erdkruste im Ubergangsbereich von ozeanischer Kruste zum Kontinent,
- 23-
- Vermessung der Anomalien des Erdmagnet- und Erdschwerefeldes.
Die Schweremessungen werden kontinuierlich laufen, die magnetischen
Messungen entlang einzelner ausgewahlter Profile.
Da die DurchfOhrbarkeit, insbesondere der seismischen Messungen, entscheidend von der Eissituation beeinfluBt ist, kann im voraus keine detaillierte
Profilplanung ertolgen. Diese muB unmittelbar vor Ort in Abhangigkeit von der
Eissituation und den vorliegenden Ergebnissen ertolgen. Deshalb soli auch
bereits an Bord eine entsprechende Verarbeitung der Daten vorgenommen
werden.
5.5.
Benthos-Taxonomie
5.5.1
Bestandsaufnahme der benthischen Organismengesellschaften
antarktischer Gewasser (IBF)
1m Rahmen einer umfassenden Bestandsaufnahme der benthischen Organismengesellschaften antarktischer Gewasser, deren Ergebnisse in der Monographienserie "Antarctic Benthos" zusammengefaBt werden ..sollen, sollen
von der Freiburger Arbeitsgruppe Verbreitung, Taxonomie und Okologie mehrerer benthischer Spiraliergruppen untersucht werden, vornehmlich der
Kamptozoa (Entoprocta), zusatzlich der Priapulida, Echiruda, Pogonophora
und Phoronida.
Ober die faunistischen Arbeiten hinaus sind an Bord der "Polarstern" Kulturversuche antarktischer Entoprocten geplant, aus denen Ansatze fOr Laborkulturen der betreffenden Arten in Freiburg zu fortpflanzungsbiologischen Arbeiten gewonnen werden sollen.
Zur Beschaffung von Untersuchungsmaterial sind Agassiz-Trawl~, Bodengreifer- und - nach Moglichkeit - auch Dredge-Fange von jeglicher Art von Bodengrunden in Tiefen zwischen ca. 200 und 800 m, evtl. mit einzelnen Tiefseestichproben vorgesehen. Da bisher von den angesprochenen Tiergruppen
aus dem Weddellmeer teils noch gar keine, teils nur sporadische Einzelfunde
uber weite Zeitraume hin vorliegen, lassen sich noch keine Stationspraferenzen angeben, weder hinsichtlich der Bodenbeschaffenheit noch der Tiefenzonierung, was ein moglichst dichtes Stichprobennetz in den befahrenen Seegebieten in Zusammenarbeit mit den ubrigen Benthosprobennahmen wunschenswert erscheinen laBt.
Die Auslese der Fange auf geeignete Besiedlungssubstrate und Wirtstiere
geschieht an Deck von Hand, die Feinuntersuchung des Materials auf die bearbeiteten Tiergruppen und ihre Larvenstadien im Labor unter dem Mikroskop.
- 24-
5.5.2
Zoogeographische, okophysiologische und biomineralogische
Untersuchungen an Mysidacea (Crustacea) der Antarktis (IBW)
In den reichhaltigen benthischen Lebensgemeinschaften des Weddellmeeres
sind die Mysidacea noch weitgehend unbekannt. Sie sollen in den Schelfund Tiefseegbieten systematisch aufgesammelt und anschlieBend monographisch aufgearbeitet werden, urn spateren synokologischen und okophysiologischen Forschungen eine solide Basis zu geben. Neben der zoogeographischen und taxonomischen Bearbeitung werden auch okophysiologische und
biomineralogische Forschungen durchgefUhrt. In den Kaltlabors an Bord werden Aktivitat und Aktivitatsrhythmen in Aquarien unter kryophysiologischen
Aspekten studiert. Einem Teil des frisch gefangenen Materials werden die
Statolithen entnommen und trocken konserviert. Diese werden nach der Expedition unter morphologischen, biomineralogischen und aktuopalaontologischen Aspekten mit den Methoden der Rontgen-Diffraktometrie, REM-Mikroanalyse und REM-Mikrographie untersucht. Die Kenntnis der rezenten Formen
soli fUr zukunftige Forschungen die Moglichkeit eroffnen, die Evolution, Faunengeschichte und Biostratigraphie der in manchen geologischen Sedimenten reichhaltig konservierten Statolithen aufzuklaren.
5.5.3
Aufsammlungen von Cirripedia (IZW)
Der Bestand und die Verteilung der Cirripedia (Crustacea) in der Antarktis
sollen aufgenommen werden. Ebenso sollen die gesammelten Arten
(insbesondere der Cirripedia Thoracica und Acrothoracica) systematisch zugeordnet und deren Vermehrungsstrategie geklart werden.
Die Cirripedia sind eine sehr interessante Unterklasse von Crustacea, die in
Lebensraume extremer Bedingungen vordringen. Dort andern sie allerdings
zumeist ihre Vermehrungsstrategie: sie treten vorwiegend als Hermaphroditen
mit Ersatzmannchen oder als Gonochoristen mit Zwergmannchen auf, wahrend sie ublicherweise reine Hermaphroditen sind. In der Antarktis sind besonders viele Arten von Cirripedia Thoracica und Acrothoracica mit Zwergmannchen zu erwarten. Auf diesen wird das besondere Augenmerk liegen, da
ihnen auch besondere Bedeutung fUr die Beantwortung phylogenetischer
Fragen zukommt.
Es ist vorgesehen, im Weddellmeer und im Filchner Graben Proben von primarem und sekundarem Hartboden mit dem Agassiz-Trawl aus Tiefen von 0
bis 5.300 Metern (innerhalb dieses Bereiches ist das Vorkommen von Cirripediern bisher nachgewiesen) zu entnehmen. Das gedredgte Material wird an
Bord der "Polarstern" aussortiert, und nach Arten getrennt, in Formol fixiert. Ais
Vorbereitung fUr anatomische Untersuchungen werden die Zwergmannchen
fUr die Histologie und Elektronenmikroskopie geeignet fixiert und nach Moglichkeit eingebettet. Es soli auch versucht werden, Tiere an Bord des Schiffes
zu halten und lebend nach Europa zu bringen. Diese Tiere sollen zunachst fUr
Verhaltensstudien herangezogen werden und schlieBlich fUr anatomische
Untersuchungen unter den optimalen Bedingungen des Institutes fixiert werden.
- 25-
5.5.4
Aufsammlung antarktischer Hydroidea (Cnidaria, Nesseltiere)
und deren Begleitfauna mittels Agassiztrawl und Bodengreifer
(IBB)
Die letzten ausgewerteten Aufsammlungen antarktischer Hydroiden, die von
deutschen Expeditionen stammen, liegen fast 100 Jahre zunJck ("Valdivia",
Deutsche SOdpolarexpedition). Zwar haben sich die Sammelmethoden seither nicht viel geandert, doch erfordern biologische und taxonomische Studien
zunehmend die Lebendbeobachtung und Fotografie der Tiere sowie verfeinerte Betaubungs- und Konservierungstechniken fUr die Licht- und Elektronenmikroskopie.
Die meisten der Ober 200 Hydroidenarten, die aus der Antarktis bisher bekannt sind, stammen aus dem subantarktischen Gebiet und es gibt nur wenige
Proben aus den sOdlichsten Regionen, wie dem Ross- und Weddellmeer. Nur
bei wenigen Hydroidenarten wurden Untersuchungen zur Substratbeziehung,
Stromungsverhalten, Beutetiere, Epibionten, Kommensalen und Parasiten
angestellt.
Die geplante Aufsammlung setzt daher ihren Schwerpunkt auf biologische
Beziehungen der Arten und auf die Gewinnung expandierter Polypen zur Praparation fUr die Elektronenmikroskopie.
5.6
Robben und PinQuine im Drescher-Inlet Vestkapp (AWl)
Untersuchungen an Weddellrobben und Kaiserpinguinen im Drescher-Inlet
sollen fortgesetzt werden. Beide Arten kommen zahlreich und ganzjahrig im
Gebiet vor und dOrften somit eine bedeutende Stellung im NahrungsgefUge
des ostlichen Weddellmeerschelfs einnehmen. Bisherige Befunde deuten auf
ein saisonal unterschiedliches Nahrungsangebot. 1m FrOhjahr werden PinguinkOken mit Feinnahrung, Oberwiegend Krill, gefUttert, und die tieftauchenden
Robben fressen bodennahen Fisch. Dagegen ist im Sommer der pelagische
Schwarmfisch Pleuragramma antarcticum die Hauptnahrung fUr Robben und
vermutlich auch fUr Pinguine. Um Beziehungen zwischen den WarmblOtern
und ihrem Nahrungsangebot im Gebiet um Vestkapp eingehender zu untersuchen, werden vier Biologen von einer Feldstation aus folgende Arbeiten im
Drescher-Inlet durchfUhren:
Nahrungsuntersuchungen an Weddellrobben und Kaiserpinguinen unter besonderer BerOcksichtigung ihrer entlassenen Jungtiere. 1m SOdsommer sind
auBerdem zahlreiche Krabbenfresser zu erwarten; sie werden ebenfalls in die
Untersuchungen einbezogen.
Einsatz von Zeit-Tiefen-Rekordern und DehnungsmeBstreifen an Weddellrobben und Krabbenfressern zur Registrierung der Kieferaktivitat zusammen
mit Anzahl der Tauchs, Tauchtiefen und Tageszeit. Mit diesen Daten sollen
Aussagen getroffen werden Ober den Ablauf und Erfolg der Nahrungssuche
sowie Ober die Verweildauer der Robben im Wasser mit dem tatsachlichen
Zeitaufwand fUr den Nahrungserwerb. Dies soil mit Untersuchungen zur Verweildauer der Robben auf dem Eis erganzt werden.
- 26 -
Diverse Probennahmen an Robben sollen fOr virologische, parasitologische,
serologische und histologische Untersuchungen durchgefOhrt werden.
5.7
Massenhaushalt und Dynamik des Filchner-Ronne-Schelfeises
(AWl, IUPH, IGMS, IN, IACR)
Filchner Ilia ist die 3. Expedition im Rahmen des Filchner-Ronne-SchelfeisProjekts, nachdem das geplante Filchner-III-Programm wahrend ANT V/4
1986/87 wegen unpassierbarer Eisverhaltnisse nicht zur AusfOhrung kam.
Das Filchner-Schelfeis-Projekt ist Bestandteil einer internationalen Studie zur
Erfassung und Beschreibung des Massenhaushaltes und der Dynamik dieses
zweitgroBten Schelfeises der Antarktis, die langfristig angelegt ist und noch in
die 90er Jahre hineinreichen wird. Thematischer Schwerpunkt des FilchnerIIla-Programms ist der geschichtete Aufbau des zentralen Bereichs des Ronneschelfeises aus "salinem" Eis und Niederschlagseis (Inlandeis und Schelfeisakkumulation). Die physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie
die Morphologie (Machtigkeit und flachenhafte Ausdehnung) des "salinen" Eises sollen an Probenmaterial einer Kernbohrung, durch Messungen in
Schmelzbohrungen und EMR-Messungen aus der Luft und am Boden untersucht werden. Erganzt werden diese Studien durch flachenhafte Probennahme entlang einer FlieBlinie stromauf der Bohrung und durch geodatische
Messungen zur Bewegung und Oberflachenform (Trigonometrisches Nivellement) des Schelfeises.
Zur Vorbereitung kOnftiger Untersuchungen soli auf Berkner Island eine 10-mBohrung abgeteuft werden.
Das Arbeitsprogramm wird von den Arbeitsgruppen am Bohrcamp und einer
Traversengruppe durchgefOhrt. Logistische Hauptbasis ist die Filchner-Station.
5.7.1
Kernbohrung (AWl, IUPH)
Hauptpunkt der Filchner-Illa-Unternehmung ist eine Kernbohrung, deren vorrangiges Ziel es ist, AufschluB Ober Struktur, Eigenschaften und Entstehungsgeschichte des "salinen" Eises und damit Ober die langfristig an der Grenzschicht Eis-Ozean ablaufenden Prozesse zu erhalten.
Ais Bohransatzpunkt wird aufgrund von Boden-EMR-Messungen eine Lokalitat ca. 50 km westlich der Filchner-Station ausgewahlt werden. Die Bohrung
soli das dort ca. 220 m machtige Schelfeis bis nahe an die Schelfeisunterkante durchteufen. Die Grenzschicht zwischen "salinem Eis" und Niederschlagseis (Reflexionshorizont bei EMR-Messungen) Iiegt bei ca. 120 m unter
der Oberflache.
Die Arbeiten am Bohrkern in situ umfassen Protokollieren, Photographieren,
Wagen und Verpacken des Bohrkerns sowie kontinuierliche Messung der DCLeitfahigkeit am Bohrkern; abschnittsweise auch Messung der elektrolytischen
Leitfahigkeit. Der Kern soli spater im Labor isotopenstratigraphisch datiert
werden. Weiter sollen vor allem im salinen Eis physikalische und chemische
Parameter des Eises am Kern bestimmt werden.
- 27-
Steht weitere Bohrzeit zur VerfOgung, ist eine zweite Bohrung entweder nahe
der Filchner-Station, auf einer FlieBlinie durch den alten Bohrpunkt 340 und in
einem Bereich ohne nachweisbares salines Eis oder aber ca. 50 km auf einer
FlieBlinie stromauf der ersten Bohrung vorzusehen.
In einem 10 x 10 km 2 graBen Feld im Bereich der Kernbohrung ist eine Studie
zur Berechnung der Abschmelzung an der Schelfeisunterkante durch Messung des Strains und der Machtigkeitsanderung des Schelfeises geplantt.
5.7.2
Schmelzbohrungen (IGMS)
1m Rahmen der diesjahrigen Filchner-Illa-Kampagne sollen in einer Entfernung von ca. 50 km sOdwestlich der Filchner-Station nahe der geplanten
Kernbohrlokation mehrere HeiBwasserbohrungen niedergebracht werden.
Die HeiBwasserbohranlage, die schon 1986 erfolgreich eingesetzt worden ist,
besteht aus einer Schneeschmelze, einer Hochdruckpumpe, einem Warmeerzeuger und einem Bohrschlitten mit Hochdruckschlauch, Steuerelektranik
und Bohrkopf. Der Hochdruckschlauch hat fOr die geplante Bohrlokation eine
Lange von 250 m.
In Bohrlochern, die teilweise das Schelfeis durchteufen, teilweise bis in geringere Tiefen reichen, werden Temperatur-MeBketten installiert, die es erlauben, die Temperatur-Tiefen-Funktion des Schelfeises zu messen. Es sollen
besonders der Obergang vom Schelfeis zum Meerwasser und der Obergang
vom reinen zum salinen Eis (in ca. 120 m Tiefe) mit einem Abstand der
MeBwiderstande von 2 m erfaBt werden. Weiterhin werden im Umkreis der
Kernbohrung mehrere Flachbohrungen bis 20 m Tiefe mit TemperaturMeBketten eingerichtet, um den EinfluB der Temperaturjahreswelle zu erfassen und urn die Basis fOr Langzeitbeobachtungen der mittleren Jahrestemperatur zu Iiefern. In weiteren Bohrlochern werden in unterschiedlichen Tiefenlagen nahe der Schelfeisunterseite EMR-Reflektoren eingebracht, die es ermoglichen, durch Auswertung der Laufzeitdifferenzen die Schmelzrate direkt
zu bestimmen.
Durch die Hei Bwasserbohrtechnik ist ein Zugang zum Meer unterhalb des
Schelfeises gegeben. Aus diesem Grunde soil versucht werden, eine Temperaturlotung bis zum Meeresboden durchzufOhren und Wasserpraben aus unterschiedlichen Tiefenlagen unter dem Schelfeis zu entnehmen.
Begleitend zu den HeiBwasserbohrungen werden EMR-Messungen durchgefOhrt, die den BohrprozeB kontrallieren und z.B. das seitliche Eindringen
von Schmelzwasser in den Firn erfassen.
5.7.3
Boden-EMR (IGMS)
Mit dem elektromagnetischen Reflexionsverfahren (EMR) lassen sich Eisdikken und innere Strukturen in Firn und Eis hochauflosend messen. Zunachst
wird die Lokation fOr Kern- und HeiBwasserbohrungen mit dem Boden-EMR
(MeBgeschwindigkeit 10-20 km/h) bestimmt. Kriterien fOr die Auswahl sind
- 28-
eine m6glichst ungest6rte Firnschichtung sowie die Machtigkeiten des normalen und des basalen salinen Eises, die den Anforderungen der beiden
Bohrgruppen genOgen mOssen. Danach werden EMR-Messungen im Bereich
der geplanten Deformationsfigur in der Nahe der Bohrung sowie auf der
Trasse von der Eiskante Ober die Filchner-Station zur Bohrlokation durchgefOhrt.
Auf einer gemeinsamen Traverse der Gruppen Feldglaziologie, Geophysik
und Geodasie, die Ober die Punkte 131 bis 330 zum Punkt 335
(Schmelzbohrung 1986) und parallel versetzt zurOck zur Bohrung fOhren soli,
werden Eisdicken und innere Struktur bestimmt. Da diese Traverse weitgehend parallel zu den FlieBlinien ver'lauft, sind zur Abgrenzung von Eisstr6men
und zur f1achendeckenden Untersuchung einige Querprofile sowie eine
Profilverlangerung nach SOden erforderlich.
5.7.4
Feldglaziologie (AWl, IUPH, IACR)
Hauptziel der feldglaziologischen Arbeiten ist die Bestimmung von Akkumulationsverteilung, Isotopengehalt, spurenstoffglaziologische Parameter und 10m-Temperaturen im Einzugsbereich der Bohrung bis etwa zum Punkt 335 mit
Hilfe von Schneeschachten und 10-m-Bohrungen an den neuen Punkten 136,
235, 236, 335, sowie Erganzung der frOheren isotopen- und spurenstoffglaziologischen Untersuchungen an den Punkten 131, 230, (231) und 330 bis zu
einer Tiefe von ca. 6 m unter der heutigen Oberflache, entsprechend der Akkumulation zurOck bis einschlieBlich 1981.
Diese feldglaziologischen Arbeiten sollen gemeinsam mit dem Boden-EMR
und dem trigonometrischen Nivellement durchgefOhrt werden.
10-m-Bohrung auf Berkner Island mit HelikopterunterstOtzung.
5.7.5
Geodasie (IfV, AWl)
1m Bereich der geplanten Kernbohrung wird eine Deformationsfigur (ca. 10 x
9 km 2 ) abgesteckt, vermarkt und am Anfang sowie am Ende der Feldkampagne terrestrisch beobachtet, urn besonders fOr die Modellierung des Abschmelzungsbetrages in diesem Gebiet die Strainparameter und die Oberflachenh6heninformationen bereitzustellen.
FOr verschiedene glaziologische Fragestellungen interessieren u.a. H6hen
der Schelfeisoberflachen Ober dem Meeresspiegel. Da diese Daten nicht mit
ausreichender Genauigkeit aus GPS-Messungen gewonnen werden k6nnen,
ist ein trigonometrisches Nivellement von der Schelfeiskante Ober die Filchner-Station, die Bohrstelle, das Profil 131-330 bis zum Punkt 335 - dem
Standort der ehemaligen HeiBwasserbohrung - und zurOck in der FlieBlinie
bis zur Bohrlokation geplant, so daB die Oberflachenh6hen im Abstand von
durchschnittlich 1 km berechnet werden k6nnen. Damit werden zugleich
PaBpunkth6hen fOr die Flugaltimetrie und fOr zukOnftige ERS1-Auswertungen
bereitgestellt.
- 29 -
1m Rahmen dieser Traversenmessungen werden die bereits einmal beobachteten Strainfiguren 131, 231 und 330 nachgemessen und nach Moglichkeit die Deformationsfiguren 236, 235 und 136 eingerichtet und beobachtet.
Zur Ableitung der FlieBgeschwindigkeitsparameter sind Positionierungen der
alten und neuen Punkte mit zwei GPS-Empfangern vorgesehen, die, versetzt
im Abstand von 25 km oder 50 km, gleichzeitig im jeweiligen GPS-Fenster
betrieben werden sollen. Die beiden Empfanger werden von der Gruppe
Geodasie und der Gruppe Feldglaziologie/EMR betreut.
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C. Swllhlnbank, K. 8runk, J. SllVlrl
FILCHNER·RONNE-SCHILFEIS
Abb. 5.7.1
Das Expeditionsgebiet von Filchner Ilia in der Obersicht
- 30 -
5.7.6
Aero-Geophysik (IGMS)
FOr die Fluggruppe sind ca. 100 Flugstunden mit ca. 20.000 Profilkilometern
EMR-Messungen vorgesehen. Durch die logistischen Gegebenheiten bedingt
wird das Einsatzgebiet den ostlichen Teil des Filchner-Ronne-Schelfeises mit
EinschluB von Berkner-Island umfassen. Eines der hauptsachlichen Operationsgebiete wird im Akkumulationsbereich salinen Eises n6rdlich von Henry
Ice Rise Iiegen.
Vorstudien unter Verwendung eigener sowie uns von der UdSSR zuganglich
gemachter Daten Ober die Meerestiefe haben sichergestellt, daB in diesem
Gebiet kein weiterer "ice rise" vorliegt, sondern daB das saline Eis in groBen
Machtigkeiten angelagert werden muB. Dieses saline Eis bewirkt einen Auftrieb im Schelfeis, der zum einen zu Bruchvorgangen im Schelfeis fOhrt, zum
anderen jedoch auch eine Modifikation der FlieBbewegungen im zentralen
Teil des Filchner-Ronne-Schelfeises bewirkt (Thyssen, 1988: Vortrag wah rend
der 15. Internationalen Polartagung in Heidelberg). Ein derartiger ProzeB ist
bisher in Schelfeisen international noch nicht beobachtet worden. Er wird uns
einen wichtigen Einblick in die Dynamik des zentralen Teils des FilchnerRonne-Schelfeises geben.
AuBerdem ist eine weitere Verdichtung der bisherigen Flugprofile geplant. Sie
werden durch "ground truth"-Messungen des EMR-Bodenprogramms unterstOtzt.
Aeromagnetische Messungen sind auf einigen Profilen Ober Berkner Island
geplant.
5.8
MeteoroloQie
5.8.1
Antarktische Mesozyklonen im Weddellmeer (MIS, MIM)
Neben den relativ gut untersuchten synoptischskaligen Zyklonen der Polarfront kann in den Kaltluftmassen polarer Breiten eine Vielzahl von mesoskaligen Wirbeln auftreten. Auf der Nordhemisphare wurden einige dieser Wirbel
als intensive "polar lows" beobachtet. FOr das Gebiet der Antarktis liegen nahezu keine klimatologischen und experimentellen Studien mesoskaliger Wirbel vor. Unser Ziel ist die Untersuchung von mesoskaligen Zyklonen in dem
Weddellmeer mit Hilfe einer klimatologischen Studie, Mod@llrechnungen und
einem Feldexperiment im Antarktischen Sommer 1989/90. Das Experiment
AMES (Antarktische Mesozyklonen Studie) soli
a)
die ersten direkten Messungen in mesoskaligen Wirbeln in der Nahe der
Antarktischen KOste liefern
und
b) Erkenntnisse Ober die raumliche Struktur des Kaltluftabflusses Ober dem
Weddellmeer erbringen, die in Zusammenhang mit der Bildung dieser
Zyklonen stehen.
- 31 -
Diese beiden MeBprogramme werden mit der meteorologischen GrundausnJstung und einer neu installierten Fallsondenanlage des Polarflugzeugs
"POLAR 4" durchgefUhrt.
Weiterhin erfolgt an Bord der "Polarstern" die AUfzeichnung von digitalen Satellitendaten (AVHRR und TOVS), aus denen mit Hilfe von Retrieval-Programmen Informationen Ober Strukturen des atmospharischen Temperaturfeldes
gewonnen werden. Erste Modellstudien von mesoskaligen Zyklonen beginnen im Herbst 1989.
5.8.2
Bestimmung der Strahlungsbilanz in polaren Gebieten (IGMK)
Die solare Einstrahlung stellt die gr6Bte Quelle in der Energiebilanz Ober arktischem und antarktischem Meereis dar. Ihre Bestimmung durch operationelle
Inversionsverfahren vom Satelliten aus ist daher eine wichtige Aufgabe zur
Ableitung der klimatologischen Randbedingungen dieser Regionen.
Eine Verifikation der so erzielten Parameter, insbesondere der EinfluB polarer
Wolken auf die Strahlungsbilanz am Erdboden, soil wahrend dieses Experimentes durch flachendeckende Flugzeugmessungen in horizontalen und vertikalen Profilen angestrebt werden. Das zeitliche und raumliche Sampling der
Messungen aus der Luft im Zusammenhang mit parallelen Scanner-Messungen polarumlaufender Satelliten steht dabei im Vordergrund.
Zusatzlich wird an der Filchnerstation eine BodenmeBanlage errichtet, die
permanente Zeitreihen der Bodenbilanz aufzeichnet, um einen Eindruck Ober
zeitabhangige Variationen der Bodenalbedo als Funktion der Wolkenbedekkung zu gewinnen.
5.9
Neuschwabenland
5.9.1
Geologische Kartierungen in der Heimefrontfjella (IGA, FGB,
IGDL)
Die geplanten geologischen Arbeiten in der Heimefrontfjella sind Teil der
gr6Beren geowissenschaftlichen Expedition in diesem Gebirgszug im westlichen Neuschwabenland (Abb. 5.9.1), d.h. sie sollen neben den ebenfalls
vorgesehenen geophysikalischen Untersuchungen durchgefUhrt werden. Das
Hauptziel der geologischen Arbeiten ist die geologische Spezialkartierung
von Sivorgfjella und der n6rdlichen Teile von Tottanfjella; das ist der mittlere
Hauptbereich von Heimefrontfjella mit zahlreichen, umfangreichen und relativ
gut erreichbaren FelsaufschlOssen (Abb. 5.9.2). An den Gelandeaufnahmen
werden in enger Zusammenarbeit Geologen und Petrologen der RWTH
Aachen (GIA) und der Universitat Bremen (GUB) und G6ttingen (IGDL) beteiligt sein.
Durch die EXp'.edition zur Heimefrontfjella im SOdsommer 1985/86 sind im
Rahmen von Ubersichtsbegehungen und -kartierungen, zusammen mit umfangreicher Probennahme, der Gesteinsinhalt und der strukturelle Bau dieses
Gebirgszuges in den GrundzOgen bekannt geworden. Seitdem sind am Pro-
- 32-
benmaterial geochemische und petrographische Untersuchungen und auch
mehrere radiometrische Altersbestimmungen ausgefUhrt worden. Hieraus ergab sich, daB die Heimefrontfjella aufgebaut wird aus prakambrischen, polyphas deformierten Gesteinen in Amphibolit- bis Granulitfazies, die einem ca.
1.1900 Ma alten, NE-vergent gefalteten Orogen angeh6ren. Dieses kristalline
Basement erfuhr, vor allem im Bereich einer breiten Scherzone, spater jene
Oberpragung mit NW-gerichteten tektonischen Transport - auch Deckentektonik wird angenommen - bei retrograder, d.h. gnJnschieferfazieller Metamorphose. Bruchtektonik und offensichtlich differentielle Hebung von Teilbereichen machen i.w. den jOngsten Teil der geologischen Entwicklung der Heimefrontfjella aus.
Viele Fragen zum Aufbau der Gesteinsbestande, zu den Strukturen und zur
geologischen Entwicklungsgeschichte sind aber noch offen geblieben. Aus
diesem Grund ist die detaillierte flachendeckende Kartierung im graBen
MaBstab (1:10.000) vorgesehen, die spater in Karten vom MaBstab 1:25.000
oder 1:50.000 dargestellt werden soil. Ein weiterer Grund fUr diese
groBmaBstabliche Kartierung ist die damit bezweckte Bereitstellung besser
fundierter Unterlagen fUr Gondwana-Rekonstruktionen und fUr die Vervollstandigung und Untermauerung des in Arbeit befindlichen ICL-Krustentransects W2, das hier W-Neuschwabenland quert.
Neben der Kartierung, die als Hauptaufgabe angesehen wird, sollen jedoch
auch noch spezielle Untersuchungen durchgefUhrt werden: Die G6ttinger Arbeitsgruppe (IGDL) will sich mit der jOngeren Tektonik des Orogens, d.h. vor
allem mit der Scherzonentektonik befassen, und neben strukturellen Arbeiten
will sie gezielt Proben nehmen fUr petrographisch-petrologische und fUr radiometrisch-geochronologische Untersuchungen hinsichtlich der Hebungsgeschichte. Die Arbeitsgruppe der Universitat Bremen (FGB) hat z.T. ahnliche
spezielle Arbeiten vor, namlich gezielte Probennahme fUr die Untersuchung
der Spaltspurenalter an Basement-Gesteinen der Sivorgfjella. Diese sollen
Erkenntnis bringen zur Hebungsgeschichte und damit verbunden zur thermischen Geschichte dieses Gebiets; die Deutung soli verknOpft und korreliert
werden mit Ergebnissen, die in anderen antarktischen Bereichen (Shackleton
Range, Nordviktorialand) erarbeitet werden. Die Arbeitsgruppe der RWTH
Aachen (IGA) schlieBlich wird sich noch speziell mit weiteren strukturellen
Hinweisen fUr die polyphase Beanspruchung der Gesteine des kristallinen
Basements befassen; das sind in diesem Faile die Vergitterung tektonischer
Strukturen, speziell von Faltenachsen.
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Abb.: 5.9.2
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Obersicht und Lokalitaten der Heimefrontfjella. Die Kartierung soli
das umrandete Gebiet erfassen.
- 35-
5.9.2
Tiefenseismische Untersuchungen entlang eines Profils in der
Heimefrontfjella (AWl, IGMS)
Wahrend der Expedition in die Heimefrontfjella 1989/90 ist die DurchfOhrung
eines umfangreichen reflexions- und refraktionsseismischen MeBprogrammes
geplant. Das projektierte seismische Profil liegt senkrecht zum NE-SW verlaufenden Escarpment der Heimefrontfjella und quert diese im Bereich von
Kirbergdalen. Die Profillange soli ca. 200 km betragen. Ziel des geophysikalischen Programmes und der sich anschlieBenden Datenauswertung ist, Ergebnisse zu nachstehenden Fragestellungen zu liefem:
- Bestimmung der Struktur der Eisunterseite einschlieBlich SedimenteinschlOssen und der Eismachtigkeit;
- Gliederung der oberen Erdkruste einschlieBlich der moglichen Sedimentbedeckung;
- ErschlieBung der unteren Erdkruste und der Kruste-Mantel-Grenze;
- Hinweise auf das Vorhandensein einer der Heimefrontfjella vorgelagerten
Riftzone.
Bei der Bearbeitung dieser Fragestellungen werden sich Reflexions- und Refraktionsseismik erganzen und in der Interpretation stOtzen.
FOr die refraktionsseismischen Untersuchungen werden ereignisgetriggerte
digitale Registrierstationen eingesetzt. SchuBpunkte sind an den Profilenden
und in der Mitte angeordnet. Diese SchOsse werden zusatzlich von der vielkanaligen Reflexionsapparatur im Weitwinkel- bzw. Steilwinkelbereich mitregistriert.
FOr die mehrfach Oberdeckten reflexionsseismischen Messungen wird eine
weiterentwickelte Version des Ice-Streamers eingesetzt. Die im Rahmen von
ANT VI/3 im Jahr 1987/88 durchgefOhrten Messungen auf dem EkstromSchelfeis haben die Anwendbarkeit des aufgebauten Ice-Streamers mit guten
Ergebnissen belegt.
Begleitend zu den seismischen Untersuchungen werden Eisdickenbestimmungen mit dem elektromagnetischen Reflexionsverfahren sowie gravimetrische und magnetische Messungen durchgefOhrt. Dies geschieht teilweise bereits entlang der Trasse in die Heimefrontfjella. Ebenso werden die Schwereund Magnetfeldmessungen der frOheren Expeditionen in dieses Gebiet
fortgesetzt und erganzt.
5.9.3
Glaziologie und Vereisungsgeschichte (AWl, IHI, IUPH, PGS,
PGU)
Entlang der markierten Traversenstrecken sollen zur Erfassung der Schneeakkumulationsbetrage die Pegelablesungen wiederholt werden. Ais Pegel
dienen die Bambusstangen der Trassenmarkierung. Insgesamt sind auf der
gesamten Traversenstrecke ca. 1300 MeBpunkte verteilt. Erstmals wurden aile
anlaBlich der Expedition 1987/88 nachgemessen. Die Wiederholung ermoglicht eine Quantifizierung der sehr unregelmaBigen Verteilung des Schneeauftrages Ober ein Langenprofil von etwa 500 km und in einem Hohenintervall
zwischen 37 und 1800 m. In Erganzung ist die Bestimmung der Akkumulation
- 36 -
an ausgewahlten Punkten mit Hilfe von 10 m-Bohrkernen und nachfolgende
Bestimmung der jahreszeitlichen Schwankungen des Verhaltnisses der stabilen Sauerstoffisotope vorgesehen. Eine Beprobung und Aufsammlung von
frisch deponiertem Neuschnee soli Information Ober die Hohenabhangigkeit
der Aerosolkonzentration liefern.
1m Rahmen der Expedition in die Heimefrontfjella wird eine schwedische
Gruppe zwei glaziologische Projekte bearbeiten.
Das erste ist eine Studie der Massenbilanz und des Eisabflusses im Bereich
Vestfjella und der Heimefrontfjella bis zu einer Hohe von 3000m O.N.N. Sie
wurde 1988/89 begonnen. Ein wichtiger Aspekt ist in diesem groBeren Projekt
die BEstimmung des Eisabflusses vom Amundsenisen zum Ritscher Hochland
durch die Nunataks der Heimefrontfjella im Gebiet des Kibergdalen. DAbei
soil untersucht werden, ob sich das austromende Eis im Gleichgewicht mit der
Akkumulation in Einzugsgebiet befindet.
Das zweite ist eine Studie Ober ein Blaueisgebiet im zentralen Teil der Heimefrontfjella. Sie wurde bereits 1987/88 wahrend ANT VI/3 im Scharffenbergbotnen begonnen und in 1988/89 fortgesetzt. Das Untersuchungsgebiet Iiegt
in einem etwa 3 x 6 km groBen Kar auf der norwestlichen Seite der Gebirgskette. Es soli die Nettoablation im Becken bestimmt und mit dem Eistranspart
in dieses Becken bilanziert werden. Die Eismachtigkeiten sind aus Radardaten bekannt. Obwohl die gesamte Ablation an der Oberflache durch Evaporation geleistet wird gibt es auch einen englazialen Ablationsprozess, der lakal
um im Eis eingeschlossene Steine unterschiedlicher GroBe herum eine Rolle
spielt. Diese speziellen Prozesse, die mit Strahlungserwarmung der dunklen
Steine zusammenhangen, sollen im Detail untersucht werden. Daneben werden zwei Klimastationen betrieben und Bewegungsstudien durchgefOhrt.
Auf der Kottastraverse 1985/86 wurden permokarbone Sedimente am
Schivestolen aufgesucht und dart der basale Bereich als glaziale Ablagerung
erkannt. In einem darauf abgestellten Arbeitsprogramm wurden diese Sedimente wahrend der Kottasexpedition 1987/88 detailliert beprobt und ihre
Verbreitung kartiert. Die Auswertearbeiten sind mit gutem Fortschritt im Gange.
Aus der Literatur ist ersichtlich, daB gleichartige Sedimente auch im sOdwestlichen Kirvanveggen, 140 km ostlich der Kottasberge, aufgeschlossen sind.
Diese Sedimente sind bisher nicht eingehender untersucht. Der Frage nach
einer permokarbonen Vereisung des Gebietes wurde dart nicht nachgegangen. Deshalb sollen die Untersuchungen in den Kottasbergen auf die Sedimente in der Urfjellagruppe erweitert werden.
5.9.4
ROckstreueigenschaften der Schneeoberflache im Mikrowellenbereich (IMGI, AWl)
Entlang der Traverse sollen die ROckstreueigenschaften der Firndecke mit
Hilfe eines C/X-Band Scatterometers/Radiometers in ausgewahlten Bereichen
zusammen mit der in situ Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der
Schneedecke bestimmt werden. Es wird Information Ober die Variabilitat der
ROckstreueigenschaften und ihre Korre!ation mit den physikalischen Eigenschaften erwartet.
- 37-
Die hier vorgesehenen Arbeiten stellen Vorarbeiten fOr die kommenden ERS1-Missionen dar. Sie sollen die Verhaltnisse am Boden klaren, die spater vom
Satelliten aus erkundet werden sollen, beispielsweise mit dem Ziel der Akkumulationsbestimmung.
5.10
Untersuchungen anorganischer Spurenstoffe in verschiedenen
Umweltproben (IACR)
Die Teilnahme am Fahrtabschnitt ANT VIII/5 dient dem umfangreichen Sammeln verschiedener Umweltproben wie Regenwasser, Seewasser, Oberflachenschnee, Reif und Aerosolen. Diese Proben sollen sowohl bezOglich der
umweltrelevanten Schwermetalle Thallium, Kupfer, Cadmium, Blei, Zink, Nikkei, Chrom und Eisen, als auch den nichtmetallischen Spezies Nitrat, Sulfat,
Chlorid und Wasserstoffperoxd (H202) analysiert werden.
Wahrend der Hin- und Ruckfahrt zur Georg-von-Neumayer-Station bzw. der
Filchner-Station steht die Regen- und Aerosolprobennahme im Vordergrund,
wobei ein fOnfstufiger Impaktor zum groBenfraktionierenden Sammeln von
Aerosolen eingesetzt werden soil. Der Aufenthalt auf der Georg-von-Neumayer-Station dient der Schnee- und Reifprobennahme, wobei einerseits vor
art deren Nitrat-, Sulfat- und Chloridgehalte mittels lonenchromatographie
bestimmt werden, andererseits ausgesuchte Proben durch massenspektrometrische IsotopenverdOnnungsanalyse an unserem Institut bzgl. ihrer Nitratgehalte OberpnJft werden sollen. An der Gvn-Station werden parallel zu den
Nitratanalysen die Wasserstoffperoxidkonzentrationen bestimmt. Soweit moglich soil auch der nahere Umkreis der Station beprobt werden. Von besonderem Interesse, weil sehr selten, sind Reifproben in denen Schwermetalle
wie nichtmetallische Spezies angereichert ausgefroren werden.
Die Teilnahme an der Traverse auf dem Filchner-Schelfeis ermoglicht die
Probennahme von Oberflachenschnee in Abhangigkeit von der Entfernung
zur Schelfeiskante. Ebenso sind hierbei FIOge ins Landesinnere geplant, um
AufschluB Ober maritime EinflOsse in den Probengehalten zu erhalten.
An Bord von FS "Polarstern" kann ein Teil der Proben bzgl. der Elemente Cd
und Pb mit der Invers-Voltammetrie analysiert und der Rest der Proben fOr die
massenspektrometrische IsotopenverdOnnungsanalyse (MS-IVA) aufgearbeitet werden. Die massenspektrometrischen Messungen werden dann an unserem Institut in Regensburg durchgefOhrt.
Die so erhaltenen Daten dienen der Vervollstandigung, aber auch der OberprUfung unseres bereits vorhandenen Datenmaterials hinsichtlich seiner Reproduzierbarkeit. Eine wichtige Erweiterung stellt die Abhangigkeit der Gehalte von der Entfernung zur Schelfeiskante und die Probenbehalte aus dem
Landesinnern dar. Ziel dieser Untersuchungen ist die Ermittlung eines
"antarktischen Backgrounds" ohne maritimen EinfluB zur Einordnung des bisherigen Probenmaterials. Neue Erkenntnisse werden auch von den Impaktorbesaugungen erwartet, da Ober die erhaltenen GroBenverteilungsmuster der
Aerosolpartikelgehalte Hinweise auf die Quellen der Emission ermoglicht
werden.
- 38-
6
Fahrtabschnitt Kapstadt - Kapstadt (ANT V1I1/6)
6.1
Obersicht
Der sechste Fahrtabschnitt von FS "Polarstern" beginnt am 14. Marz 1990 in
Kapstadt und endet dort am 30. April 1990. Diese Fahrt (Abb. 6.1), die bis tief
in den australen Herbst hineinreicht, fOhrt mit einem vorwiegend geowissenschaftlichen Forschungsprogramm zum Gunnerus-ROcken (35 0 E) und AstridROcken (12 0 E), zwei vom antarktischen Kontinent weit nach Norden vorspringenden submarinen Plateaustrukturen. Auf dem ROckweg nach Kapstadt wird
anschliel3end noch auf der Maud-Kuppe (2 0 E) gearbeitet werden. Die wissenschaftlichen Schwerpunkte in diesem Programm werden gebildet durch
-
vielkanalige seismische Messungen zur Untersuchung des Krustenaufbaues des antarktischen Kontinentalrandes, die durch gravimetrische und
magnetische Messungen erganzt werden;
-
bathymetrische Vermessungen mit dem Fachersonar HYDROSWEEP
sowie profilierende Aufnahme ausgewahlter Hangregionen mit dem niederfrequenten Sedimentecholot PARASOUND;
-
geochemische und sedimentologische Sedimentbeprobungen auf ausgewahlten Profilschnitten Ober den Kontinentalhang und die angrenzenden Plateaustrukturen von Gunnerus- und Astrid-ROcken sowie der
Maudkuppe fOr diagenetische, palaaoklimatische und palaoozeanographische Untersuchungen und
-
Probennahmen fOr benthosbiologische und mikrobiologische Untersuchungen.
- 39-
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Abb. 6.1:
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200
300
Geplanter Fahrtverlauf und Arbeitsgebiete fOr ANT-VII 1/6. G
Gunnerus-ROcken, A = Astrid-ROcken, M = Maud-Kuppe
=
- 40 -
6.2
Marin-Qeophysikalische UntersuchunQen
6.2.1
Geophysikalische Studien zur Krustenstruktur ozeanischer Plateaus am ostantarktischen Kontinentalrand zwischen 0° und 40°
E (BGR)
Trotz diverser platten-tektonischer Rekonstruktionen fOr die sOdlichen Kontinente, z.B. Barron et aI., 1978, Norton und Sclater, 1979; Powell et aI., 1980;
Martin und Hartnady, 1986; Schmidt und Rowley, 1986, sind die Kenntnisse
Ober die Anlage und das Vorkommen kontinentaler Riftzonen und alter ozeanischer Kruste zwischen Indien-Afrika und der Ostantarktis sparlich.
Eine auf Geosat Altimeter-Daten basierende Schwerekarte (Abb 6.2) weist auf
sehr komplexe relative Bewegungen zwischen den Platten von SOdafrika, Indien und der Antarktis hin. Zwischen 0° und 40° Iiegt eine breite NE-SW streichende Zone mit einem charakteristischen ozeanischen Transformst6rungsmuster. Diese durch wechselnde tektonische Vorgange, wie Transformst5rungen und in Zeit und Raum unterschiedliche ozeanische Krustenspreizung in
der Zeit der Kreide und des Tertiars gebildete komplexe Zone trennt die Tiefsee-Ebene des Weddellmeeres von der Enderby-Tiefsee-Ebene.
Durch digitalseismische Daten ist nachgewiesen worden, daB der ostantarktische Sektor zwischen 40° W und 0° Dehnung und Riftung in NW-SE Richtung
wahrend des Mittleren Jura erfuhr. Dieser KrustendehnungsprozeB ging mit
intensivem Vulkanismus einher (Hinz, Kristoffersen et aI., 1987, Kristoffersen
und Hinz, 1989). Nach Ausbildung des "Explora Wedge" (Hinz, 1981, Hinz
und Krause, 1982) im spaten Mittleren Jura, einer voluminosen Einheit von
extrusiven basaltischen Gesteinen, anderte sich das regionale Spannungsfeld
in der Kruste. Dadurch kam es zunachst zur Anlage von transtensionalen St6rungssystemen zwischen SOdafrika und der Ostantarktis und schlieBlich zur
Ausbildung des Explora-Andenes-Escarpments (Hinz und Krause, 1982; Hinz,
Kristoffersen et al. 1987) als neue Plattengrenze und zur Offnung des
Weddellmeeres durch "seafloor spreading" in spatjurassischer Zeit.
Vor der Ostantarktis Iiegen zwischen 0° und 35° E drei markante ozeanische
Plateaus: Maud-Kuppe, Astrid-ROcken und Gunnerus-ROcken.
Die Maud-Kuppe ist eine zwischen 0° und 5° E Iiegende submarine Erhebung, die von der Ostantarktis durch ein ozeanisches Becken getrennt ist. Die
Maud-Kuppe Iiegt sOdwestlich des komplexen Transformst6rungssystems.
Durch die ODP-Bohrungen 689 und 690 (Barker, Kennett et aI., 1988) ist eine
pelagische sedimentare Sequenz vom Oberkampan (?)/ unterem Maastricht
(-75 Mill. Jahre) bis zum Quartar Ober basaltischem Grundgebirge
nachgewiesen worden. Obwohl geophysikalische Daten darauf hinweisen,
daB vulkanische Prozesse maBgeblich am Aufbau der Maud-Kuppe beteiligt
waren, ist die Natur der Kruste noch unbekannt.
- 41 -
Abb. 6.2:
Karte des Schwerefeldes aus GEOSAT-Altimeterdaten (Dr. W.
Haxby, Lamont-Doherty Geological Observatory).
- 42-
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Abb. 6.3:
Reflexionsseismisches Profil (oben) und interpretierte Strichzeichnung der sOdlichen Linie BGR 78-14 Ober den sOdlichen
Astrid-ROcken.
- 43-
---3000-
Ocean-continent boundary
(Explora Escarpment)
Magnetic lineations # 34 and MO
Bathymetric contours in m
Existing MCS lines
Planned MCS lines
Abb.6.4:
Strukturelemente des ostantarktischen Kontinentalrandes zwischen 0° und 40° E und Lage vorhandener (feine Linien) und
geplanter (fette Linien) seismischer Profile.
- 44-
Der Astrid-ROcken (Brenner, 1981; Bergh, 1987) Iiegt an der SE-Ecke des
komplexen Transformstorungssystems. Der Astrid-ROcken ist ein langgestrecktes, zwischen 8° E und 16° E Iiegendes ozeanisches Plateau. Es besteht
aus zwei Segmenten. Das sOdliche Segment mit Wassertiefen von 1000 m bis
3000 m streicht N-S und verlauft etwa entlang von 12° E. Bei etwa 67° S
schwenkt die ROckenachse in NE-SW Richtung urn. An einer nordwarts einfallenden Steilstufe bei 65°20' S endet der Astrid-ROcken im Norden (Bergh,
1987).
Das seismische Profil BGR 78-14, das nordwarts Ober den ROcken verlauft,
zeigt eine nordwarts dOnner werdende sedimentare Sequenz (vermutlich
Oberwiegend glazio-marine Sedimente) Ober der markanten "Weddell-MeerDiskordanz", Abb. 6.3, Hinz und Krause, 1982). Die Gesteine unter der
Diskordanz haben ein ausgepragtes subparalleles Schichtungsmuster und
seismische Geschwindigkeiten von 3,5 km/s bis 5,5 km/s. Wir vermuten, daB
dieser bis zu 2 s (ca. 4000-5000 m) dicke Gesteinsverband aus Plateaubasalten besteht, die kontinentale Kruste Oberlagern.
Ostlich des Astrid-ROckens und des komplexen Transformstorungssystems
liegt eine Region, die durch keine auffallige Anomalien in der Geosat Altimeterkarte ausgewiesen ist. Bergh (1987) hat "seafloor spreading" Anomalien
der magnetischen Sequenz M1 bis M9 ostlich des Astrid-ROckens
nachgewiesen. Danach ware diese Region von ozeanischer Kruste unterlagert, die wahrend der Unterkreide gebildet worden ist. Der zwischen 31 ° E
und 35° E Iiegende Gunnerus-ROcken begrenzt dieses ozeanische Krustensegment im Osten. Der Gunnerus-ROcken hat eine Flache von etwa 25.000
km 2 bezogen auf die 3000 m Isobathe. Der ROcken erstreckt sich von etwa
65°30'S im Norden bis zur Gunnerusbank vor der Riiser-Larsen-Halbinsel im
SOden. Bisher gibt es keine digitalseismischen Daten vom Gunnerus-ROcken.
Die drei ozeanischen Plateaus sind SchlOsselgebiete fOr die Klarung des ursprOnglichen raumlichen Zusammenhanges der Ostantarktis mit Afrika. Zur
Klarung dieser offenen Fragen sind spezielle Untersuchungen Ober die
geologische Struktur und die Natur der Kruste dieser Plateaus notwendig.
Deshalb sind fOr den "Polarstern"-Fahrtabschnitt ANT-VIII/6 digitalseismische
Obersichtsmessungen und dazu parallel ablaufende gravimetrische und magnetische Messungen auf dem Gunnerus-ROcken und dem Astrid-ROcken geplant. -Mit zwei zusatzlichen geophysikalischen Profilen sollen die ostliche und
die sOdliche Flanke der Maud-Kuppe erkundet werden. Die Lage der geplanten geophysikalischen Profile fOr den Fahrtabschnitt ANT- VIII/6 zeigt Abb. 6.4.
6.2.2
Interpretation kombinierter sedimentechographischer und physikalisch-sedimentologischer Untersuchungen im antarktischen
Ozean (AWl, FGB)
Mit dem PARASOUND-System besteht auf FS "Polarstern" die Voraussetzung
zur digitalen Registrierung von Sedimentecholotprofilen. Die so registrierten
hochauflosenden Seismogramme der oberflachennahen Sedimente konnen
mit den Methoden der Reflexionsseismik prozessiert werden. Sie konnen anschlie Bend mit an Kernmaterial gemessenen physikalischen und sedimentologischen Parametern verglichen werden. Dieser Vergleich wird es erlauben,
- 45-
die physikalische Realitat von oberflachennahen Reflektoren zu klaren. Weiterhin sollen die Seismogramme zu einer Charakterisierung und damit Diskriminierung von Sedimenttypen sowie der Identifikation von zyklischen Variationen der Sedimentzusammensetzung beitragen.
Auf den Reisen ANT-VIII/3 und ANT-VII1/6 soli zum einen erstmalig das neue
digitale Registriersystem fOr die PARASOUND-Anlage in Betrieb genommen
werden. Weiterhin werden an den Sedimentkernen raumlich hochaufl6sende
Messungen der akustischen Eigenschaften und der Suszeptibilitat vorgenom men.
Die an Bord gewonnenen Daten werden spater mit den im Labor ermittelten
sedimentologischen Daten (inc!. der Dichte) verknOpft, um anhand der dann
berechenbaren Impedanz-Tiefen-Funktion und den daraus ableitbaren
synthetischen Seismogram men Aussagen Ober die physikalische Realitat von
oberflachennahen Reflektoren machen zu k6nnen.
6.3
Marin-geologische Untersuchungen
Die marin-geologischen Arbeiten im Bereich der Maud-Kuppe, des Astrid- und
Gunnerus ROckens sind in mehrere, sich erganzende Teilprojekte untergliedert, die zum Teil das gleiche Probenmaterial verwenden werden. Die Probennahme auf den geologischen Stationen erfolgt standardmaBig mit Kastengreifer (GKG) und Schwerelot (SL); fOr spezielle Fragestellungen (Geochemie,
Diagenese) werden Kastenlot (KL) und Multicorer (MC) eingesetzt.
6.3.1
Palaoozeanographie, Vereisungsgeschichte und Sedimentationsprozesse im Quartar (AWl, NCMR)
1m Rahmen der sedimentologischen Arbeiten sollen die bislang im 6stlichen
Weddellmeer durchgefOhrten Untersuchungen fortgefOhrt werden. Die zyklischen Schwankungen spezifischer sedimentologischer (Karbonatgehalt,
Opalgehalt, Mineralogie, KorngroBen), sediment-physikalischer und magnetischer Parameter (Intensitat, Suszeptibilitat, median destructive field)
haben sich bei der Korrelation der Sedimentabfolgen bewahrt und sich als
gute Hilfsmittel zur Rekonstruktion der Sedimentationsprozesse am antarktischen Kontinentalhang erwiesen. Aufbauend auf den Arbeiten im Bereich des
Filchnerschelfs und des ostlichen Weddellmeeres sollen die Bewegungen der
Schelfeiskante zwischen 50° W und 40° E im Wechsel der Glazial-InterglazialZyklen rekonstruiert und ihre Abhangigkeit von der Schelfbreite und -tiefe
untersucht werden. Der EinfluB von Meereisbedeckung (Polynya-Hypothese),
Konturstr6mungen und kOstennahem Auftrieb auf die Sedimentation
terrigener und biogener Partikel wird im Vergleich zu den Arbeiten vor Kapp
Norvegia untersucht werden. Die palaomagnetische und biostratigraphische
Bearbeitung unterstOtzt die Untersuchungen durch eine stratigraphische Einstufung der Kerne. Durch eine Korrelation mit den PARASOUND-Aufzeichnungen wird eine flachenhafte Information der Sedimentverteilung erzielt.
Messungen stabiler Isotope (Sauerstoff, Kohlenstoff) an benthischen und
planktischen Foraminiferen sollen einen Beitrag zur Palaoozeanographie im
Antarktischen Ozean liefern.
- 46-
Auf den sich SOd-Nord erstreckenden Strukturen des Gunnerus- und AstridROckens wird entlang der geplanten Probenprofile auf dem Kamm der ROcken
in vergleichbar einheitlichen Wassertiefen eine kontinuierliche Entwicklung
der Sedimentfazies von terrigenen Ober hemipelagischen zu pelagischen Sedimenten erwartet. Damit konnen FaziesObergange und ihre Variationen in
der Zeit genauer studiert werden, die bisher nicht oder nur unzureichend mit
Kernmaterial belegt sind.
Zur Anbindung der Untersuchungen am Gunnerus- und Astrid-ROcken an das
Gebiet des ostlichen Weddellmeeres sowie zum Vergleich der Ablagerungsprozesse am "normalen" Kontinentalhang mit denen auf isolierten
submarinen ROcken soli -falls die' Eisverhaltnisse in dieser spaten Jahreszeit
es zulassen- ein hangnormales Profil mit Kernstationen ca. 100 km westlich
des Astrid-ROckens beprobt werden.
6.3.2
Praquartare Sedimente (AWl)
Die Maud-Kuppe und der sOdliche Kerguelen-ROcken sind ahnliche PlateauStrukturen wie die dem Kontinentalhang vorgelagerten Gunnerus- und AstridROcken. Sie befinden sich in entsprechender sOdlicher Breite und in ahnlicher
Wassertiefe. Beide wurden im Rahmen des "Ocean Drilling Program" beprobt,
die Maud-Kuppe zusatzlich auf "Polarstern"-Expeditionen. An Erosionsstrukturen am Astrid-ROcken wurden von RV "Eltanin" (spater Ara "Islas Orcadas") praquartare Sedimente mit dem Kolbenlot gekernt. Entsprechende
Strukturen sollen gezielt aufgesucht und beprobt werden. Es wird erwartet,
daB mit diesem Sedimentmaterial die Rekonstruktion der miozanen Sedimentationsgeschichte und -prozesse auf diesen ROckenregionen ermoglicht
wird und die palaoklimatischen Veranderungen zur jOngeren Quartargeschichte rekonstruiert werden konnen. Auf der Basis routinemaBiger PARASOUND-Erkundungen sollen an ausgewahlten Positionen im Bereich von
Erosionsstrukturen ausstreichende altere Sedimenthorizonte gezielt beprobt
werden.
6.3.3
Benthische Foraminiferenvergesellschaftungen (AWl)
Die Kartierung rezenter benthischer Foraminiferen-Vergesellschaftungen anhand von Oberflachensedimentproben am ostlichen Kontinentalrand des
Weddellmeeres zeigt deutliche Abhangigkeiten ihrer Verbreitung und Siedlungstruktur von Nahrungszufuhr, Bodenwassermassen und Substrat. An
Oberflachenproben und Kernmaterial soli untersucht werden, ob sich die im
ostlichen Weddellmeer erkannten Beziehungen zwischen Umwelt und
Foraminiferenfaunen auf das Gebiet urn den Astrid-ROcken ausdehnen lassen
und, im Vergleich mit Faunen vom Kerguelen-Plateau, moglicherweise zirkum-antarktische GOltigkeit besitzen. Zusatzlich sollen die stabilen Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse als Indikator fOr spezifische Bodenwassermassen
und die Exportproduktion bestimmt werden. Diese Untersuchungen sollen
palaozeanographische Interpretationen und Rekonstruktionen an hand des
neogenen Kernmaterials in Analogie zu den rezenten Bedingungen ermoglichen.
- 47-
6.3.4
Stratigraphie und Palokologie kieseliger Mikrafossilien (AWl)
Die bestehende biostratigraphische Diatomeenzonierung fOr das Neogen der
Antarktis hat in jOngster Zeit entscheidende Verbesserungen durch die Untersuchung von ODP-Bohrungen und "Polarstern"-Sedimentkernen erfahren.
Dabei konnten die stratigraphischen Reichweiten einzelner Arten in graBen
Abschnitten des Neogens direkt mit der palaomagnetischen Zeitskala korreIiert werden und lassen sich nunmehr fOr eine relativ genaue Altersdatierung
der Sedimente nutzen. Eine Datierung der an der Maud-Kuppe und Astridund Gunnerus-ROcken gewonnenen Sedimentkerne soli moglichst weitgehend schon wahrend ANT-VIII/6 durchgefOhrt werden. Diese Datierung ist
Grundlage fOr weiterfOhrende palaozeanographische Bearbeitungen und
kann auch zur Auswahl von geeigneten Kern-Stationen beitragen. Es soli
versucht werden, weiteres Material aus Zeitabschnitten, die noch nicht ausreichend stratigraphisch bearbeitet werden konnten, zu gewinnen (u.a. unteres
Pliozan, Grenze Miozan/Pliozan, oberes Miozan). Diese biostratigraphischen
Untersuchungen sollen moglichst weitgehend mit palaomagnetostratigraphischen Untersuchungen (FGB) kombiniert werden.
Das Vorkommen von Umwelt-Indikatorarten und deren Haufigkeitsfluktuationen in der Zeit laBt sich zur Rekonstruktion von palaozeanographischen und klimatologischen Bedingungen nutzen. Schwergewichte sollen dabei im
jOngsten Pleistozan, im Bereich der Wende unteres/oberes Pliozan und Miozan/Pliozan sowie im mittleren Miozan Iiegen. Diese Zeitabschnitte sind dUiCh
deutliche KlimaumschwOnge gekennzeichnet. Vorausgehende Sedimentprabennahmen durch Ara "Islas Orcadas" haben ergeben, daB im Bereich des
Astrid-ROckens relativ sedimentoberflachennah mittleres Miozan ansteht, das
mit Hilfe von Kolben- oder Schwereloteinsatzen gewonnen werden kann (u.a.
101277-25, Position 68°36'5 S, 10°57,9' E).
1m Rahmen der palaookologisch orientierten Arbeiten sollen Ober die Sediment-Prabennahme hinaus an moglichst vielen Stationen Planktonpraben
entnommen werden, urn damit weitere Erkenntnisse zur Verbreitung und Autokologie der rezenten kieseligen Mikraorgansimen zu erhalten. Die Untersuchungen sollen insbesondere an einem zwischen 0° und 10° E etwa NordSOd verlaufenden ozeanischen Frontensystem, das kaltes Weddellmeerwasser von warmerem Wasser aus dem Indischen Ozean trennt, durchgefOhrt
werden. DarOber hinaus sollen Planktonproben in der Nahe der Meereisgrenze sowie bei Neueisbildung genommen werden.
6.3.5
Abbau von organischem Material und FrOhdiagenese von Opal
(AWl)
Die Beurteilung von Sedimentparametern zur Rekonstruktion der Klimageschichte oder fOr palaoozeanographische Fragestellungen wird durch Losungsvorgange in der Wassersaule und frOhdiagenetische Prozesse wahrend
der Sedimentbildung erschwert. Die chemische Zusammensetzung des Porenwassers bietet fOr die Quantifizierung dieser Prozesse einen auBerst sensitiven Indikator.
1m Bereich der Maud-Kuppe und des Astrid- und Gunnerus-ROckens sollen
Oberflachensedimente mit dem Multicorer beprobt werden. An Bord erfolgt die
- 48-
Messung der Porenwasserkonzentrationen von 02, N03, pH und Alkalitat.
Nach AbschluB der Fahrt wird die Aktivitat von 210Pb (ein MaB fOr die Bioturbationsrate) und die Menge an organischem und anorganischem Kohlenstoff
im Sediment bestimmt. Mit diagenetischen Modellen lassen sich aus diesen
Daten der Corg-Flux auf das Sediment und die Corg-Menge die im Sediment
mikrobiell abgebaut wird quantifizieren.
Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt der geochemischen Arbeiten ist die
FnJhdiagenese von Opal. Aus 3.5 kHz-Aufzeichnungen fruherer Expeditionen
zur Maud-Kuppe ist ein starker seismischer Reflektor bekannt, der in etwa 520 m Sedimenttiefe auf der gesamten Maud-Kuppe in Erscheinung tritt.
Ergebnisse der Bohrungen 689 und 690 des "Ocean Drilling Program" und
Untersuchungen an "Polarstern"-Kernen legen nahe, daB es sich bei dem
Reflektor um einen Porzellanit-Horizont handelt. Er soil wahrend dieser
Expedition gezielt mit dem Kastenlot beprobt werden. Porenwasseranalysen
(Si, AI, N03, pH, 02) dieser Sedimente werden bereits an Bord durchgefOhrt.
In Zusammenhang mit weiteren geologischen Laboruntersuchungen und
diagenetisch-thermodynamischen Modellen soli die authigene Porzellanitbildung bei niedrigen Druck- und Temperaturbedingungen untersucht werden.
6.4
Bathymetrische Vermessung mit dem Fachersonar HYDROSWEEP (AWl)
Bathymetrische Vermessungen sind als begleitende Untersuchungen fOr den
gesamten Fahrtabschnitt ANT-VIII/6 vorgesehen. Die Daten werden dabei
kontinuierlich erfaBt und aufgezeichnet. Sofern es moglich ist, sollen die
MeBprofile parallel zu den bisherigen Fahrtrouten der "Polarstern" oder anderer Forschungsschiffe gelegt werden. Daher mussen an Bord fOr die Fahrtplanung sowohl die Kurs- und SEABEAM-Daten vergangener Expeditionen als
auch Daten anderer Forschungsschiffe zur Verfugung stehen.
Bei einer Unterbrechung der geophysikalischen Profilfahrten sind zur Verdichtung der bisherigen Messungen HYDROSWEEP-Profile zwischen den
Profilen der Geophysik geplant. Zusatzlich zur Vermessung wahrend der
Transit- und geophysikalischen Profilfahrten soli die Topographie und Morphologie an den Verankerungspositionen (Maud-Kuppe bzw. Astrid-ROcken)
vor Ausbringen der Verankerungen erfaBt werden. Die nahere Umgebung
geologischer Probenstationen und ozeanographischer Verankerungen soli
moglichst kleinraumig (Flache ca. 10 nm x 10 nm) aufgezeichnet werden. Ais
Ergebnis soli eine topographische Karte im MaBstab 1:50000 an Bord erstellt
werden.
1m Lazarev-Meer sollen ausgewahlte Areale mit vermuteter geringer Sedimentation und Manganknollen-Bedeckung fOr eine Textur-Analyse ausgewahlt und vermessen werden. Die Bodentextur soli uber eine BackscatterAnalye (harter Reflexions-Horizont durch Mg-Bedeckung) untersucht und mit
Sedimentproben verglichen werden.
Die groBmaBstabigen Kartierungen erfordern eine prazise Positionsbestimmung. Die Position des Forschungsschiffes wird mit unterschiedlicher Genauigkeit erhalten. Sofern keine kontinuierliche Satelliten-Navigation moglich
- 49-
ist, erfolgt eine Koppelnavigation. An Bord werden die daraus erhaltenen Positionen zwischen den Satellitenfixen aufdatiert (Navigationsaufbereitung).
6.5
Eisfernerkundung (AWl)
Hauptziele des Untersuchungsprogrammes sind (1) die FortfOhrung des
Empfangs der hochauflosenden NOAA-AVHRR-Daten zur Analyse der Eisverhaltnisse im Weddellmeer im SOdsommer 89/90 sowie (2) die Erfassung der
Eisverhaltnisse im Untersuchungsgebiet (Gunnerus- und Astrid-ROcken).
Letzteres ist sowohl fOr die Eisberatung der SchiffsfOhrung als auch fOr die
Untersuchung der Meereis-Signaturen wahrend der Phase der Eisbildung am
Eisrand von Interesse.
Die Empfangsstation fOr die NOAA-HRPT-Daten an Bord von "Polarstern" wird
wahrend des gesamten Fahrtabschnittes eingesetzt. Zusatzlich wird die Moglichkeit des Empfangs von Eiskarten aus Fernerkundungsdaten anderer Satelliten geprOft. Zusatzliche Informationen fOr die Analyse der Satellitendaten
sollen durch Videoaufnahmen der Eisbedingungen yom Hubschrauber aus
und durch meteorologische Standardmessungen gewonnen werden.
Ais wissenschaftliche Ergebnisse des Programmes werden (1) die Dokumentation der Neueis-Signaturen in AVHRR-Bildern, (2) ein besseres Verstandnis
der Ursachen fOr die Diskrepanzen zwischen den Eisrandlagen bestimmt aus
AVHRR-Bildern und passiven Mikrowellendaten und (3) eine erweiterte Datenbasis fOr das Verstandnis der Mechanismen der Eisproduktion am Eisrand
angestrebt.
6.6
Biologische Untersuchungen
6.6.1
Vogel und Saugetiere (VUB)
Wahrend des gesamten Fahrtabschnittes sollen Vogel und marine Sauger in
halbstOndigen Intervallen gezahlt und ihre quantitative Verteilung erfaBt werden. Ihrer Verteilungsdichte soli in Biomasse ausgedrOckt und der EnergiefluB
(Nahrungsaufnahme) abgeschatzt werden.
Die Zahlergebnisse sollen mit den wesentlichen Wassermassen und Fronten,
definiert durch Wassertemperatur und Salinitat, in Beziehung gesetzt werden.
Eine okologische Interpretation soil unter BerOcksichtigung der zur VerfOgung
stehenden Daten wie Chlorophyllgehalt, Primarproduktion, Zooplanktonhaufigkeit und bakterieller Aktivitat erfolgen, um Unterschiede der Produktivitat
und/oder in der okologischen Struktur der wesentlichen Wassermassen
(relative Rolle von Zooplankton und Bakterien beim Umsatz der Primarproduktion) abzuschatzen. Diese Ergebnisse aus dem antarktischen Herbst sollen mit vorhandenen FrOhjahrsdaten (EPOS1) und Sommerdaten verglichen
werden.
- 50 -
6.6.2
Okotoxikologie (VUB)
Zur Bestimmung stabiler Schadstoffe wie orga.~ische Chlorverbindungen und
Schwermetalle (Quecksilber) im antarktischen Okosystem sollen kontinuierlich
Proben genommen werden.
Vorlaufige Ergebnisse zeigen, daB die Kontamination so stark wie in der
Nordsee sein kann, wenn sie auf Trockengewicht berechnet wird. Dies wird
durch die geringere Phytoplankton-Biomasse verursacht. Erfolgt eine Berechnung auf Wasservolumina ist die Kontamination 5-10 mal geringer. Andererseits werden Organochlorpestizide und PCB's immer noch von den Entwicklungslandern der SOdhemisphare in groBen Mengen genutzt und verursachen eine noch immer steigende Kontamination der Antarktis.
6.6.3
Primarproduktion (VUB)
Die Bestimmung der Primarproduktion soli nach der 14C-Methode unter konstanten und variablen Lichtverhaltnissen sowie aus der Bestimmung der
Chlorophyll-Pigmente erfolgen. Diese Ergebnisse sollen mit den Daten aus
den Zooplankton- und Bakterien-Untersuchungen verglichen werden, um die
wesentlichen Charakteristika der Hauptwassermassen in einer Herbstsituation
abzuschatzen.
6.6.4
Zoogeographyie und Systematik von Tiefsee-Crustaceen (FBO,
BOV)
Wahrend verschiedener "Polarstern"-Expeditionen zwischen 1983 und 1988
sind yom antarktischen Schelf Crustaceen in Tiefen von Obis 1000 m gesammelt worden. Mit der taxonomischen und zoogeographischen Bearbeitung
dieses Materials ergab sich ein guter Eindruck von der Zusammensetzung der
Schelffauna. Viele Arten geh6ren zu typischen Tiefseegattungen und -familien. Dieses Phanomen ist schon langer bekannt und bei verschiedenen Invertebraten festgestellt worden. Bis heute ist jedoch wenig Ober die Tiefseefauna der Antarktis bekannt und wo die nachsten Verwandten der Schelffauna
zu suchen sind, da bisher nur selten Tiefseeproben genom men wurden. Wahrend der Expedition ANT-VIII/6 sollen am Astrid- und Gunnerus-ROcken Kastengreiferproben aus Ober 2000 m Tiefe sorgfaltig mit feinmaschigen Sieben
aufgearbeitet werden, um vor allem Copepoden, Tanaidaceen und Isopoden
zu gewinnen. Es k6nnen damit erstmalig direkte Vergleiche der antarktischen
Schelf- und Tiefseefauna durchgefOhrt werden.
Entlang des Astrid-ROckens soli insbesondere fOr die Tanaidacea und Cumacea versucht werqen, an etwa 20 ausgewahlten Stationen mit Hilfe von 80dengreifern eine Ubersicht der vorkommenden Arten sowie ihrer kleinraumigen Verteilung zu erhalten.
Neben den auWkologischen stehen besonders zoogeographische Aspekte im
Vordergrund. Durch eine Analyse der Verwandtschaftsbeziehungen der in
den Tiefenwassern dieser Region vorkommenden Arten soli versucht werden,
der L6sung der Besiedlungsgeschichte des antarktischen Schelfes etwas naher zu kommen. Solite sich tatsachlich erweisen, daB die Arten der Tiefsee
- 51 -
generell phylogenetisch alter als die des antarktischen Schelfes sind, dann
dOrfte die Theorie der "polaren Emergenz" weiter an Wahrscheinlichkeit gewinnen.
6.6.5
Mikrobiologie (AWl)
Die Bakteriengemeinschaften der Polargebiete und auch anderer Tiefseeregionen mOssen u.a. an niedrige Temperaturen und niedrige (oligotrophe)
Nahrstoffkonzentrationen angepaBt sein. 1m Vordergrund der geplanten mikrobiologischen Untersuchungen stehen daher Fragen zur Anpassung der
Bakterien an diese extreme Umweltbedingungen. Hierzu sollen an etwa fOnfzehn Stationen zunachst Biomasse, Aktivitat und Struktur der Bakteriengemeinschaften der Wassersaule und des Sediments ermittelt werden. FOr die
Erfassung der Biomasse sind Acridinorange-Direktzahlungen, die "Most Probable Number" MPN-Methode, die Bestimmung von ATP und die Ermittlung
der Zahlen kultivierbarer Bakterien vorgesehen. Die Aktivitat der natOrlichen
Bakterienpopulationen soli mit der MPN-Methode in oligotrophen und nahrstoffreicheren (copiotrophen) Nahrl6sungen mit verschiedenen Substraten
(z.B. Acetat, Glutaminat, Glucose, Proteingemisch) getestet werden. Zur Ermittlung der Populationsstruktur werden aus oligotrophen und copiotrophen
Ansatzen Bakterien isoliert und taxonomisch bearbeitet. Zur Frage der Anpassung von Mikroorganismen an extreme Standorte und zur Evolution dieser
Anpassungen sind dann an ausgewahlten Bakterienstammen und geeigneten
Vergleichsstammen aus anderen Kalteregionen molekular-biologische Untersuchungen (chromosomale DNS, Plasmid-DNS und niedermolekulare RNS)
vorgesehen.
- 52-
7
Fahrtabschnitt Kapstadt - Bremerhaven (ANT VII 117)
7.1
Obersicht
Auf dem Fahrtabschnitt Kapstadt-Bremerhaven sollen Spurenstoffe in der Atmosphare, im Wasser und in Organismen untersucht werden. Die von der
Mehrzahl der Arbeitsgruppen vorgesehenen Spurenstoffuntersuchungen
knOpfen teilweise an vorausgegangene Reisen an und sollen Einblicke in die
von der geographischen Breite abhangige Verbreitung natOrlicher und anthropogener Spurenstoffe, in die Bildungsweise natOrlicher Spurenkomponenten sowie in Stoffaustauschprozesse ermoglichen. Sie sollen hiermit
einen Beitrag zur Ermittlung von Stoff-FIOssen und zur Belastungssituation
des SOd- und Nordatlantiks liefern. Schwerpunkte der Untersuchungen sind:
7.2
Schwefelverbindungen im Phytoplankton, im Wasser und in der Atmo.
sphare,
LeichtflOchtige Organohalogenverbindungen im Atlantik und mariner Troposphare,
Nahrstoffe,
Schwermetalle in Wasser und Organismen,
klimarelevante Schwefelverbindungen.
Schwefelorganische Verbindungen im Phytoplankton (FCB)
Die in mehreren Arten des Phytoplanktons vorkommende Verbindung Dimethylsulfoniumpropionat (DMSP) gilt als Vorstufe fOr das Dimethylsulfid (DMS),
der wichtigsten flOchtigen Schwefelverbindung des Oberflachenwassers der
Ozeane. In Erganzung zu frOheren Messungen im SOd- und Nordatlantik soli
die Korrelation von DMSP-Gehalt und Artenzusammensetzung des Phytoplanktons bestimmt werden. DarOberhinaus wird die Beziehung zwischen
DMSP und Chlorophyllgehalt als MaB fOr das Phytoplankton im Vergleich zum
ATP-Gehalt als Indiaktor fOr die Gesamtbiomasse untersucht.
7.3
Adenosintriphosphat als Biomasseindikator (AWl)
Aile lebenden Organismen enthalten Adenosintriphosphat (ATP) als zentrale
Komponente des Energiestoffwechsels. Nach dem Absterben der lebenden
Zelle wird das ATP schnell zerstOrt. Da der ATP-Gehalt vieler Organismen bekannt ist, kann aus der quantitativen Bestimmung von ATP die Biomasse ermittelt werden. Die Bestimmung des ATP erfolgt enzymatisch mit dem Luciferin-Luciferase-System in den Trispuffer-Extrakten von abfiltriertem Mikroplankton. Mit dieser Methode soli in Verbindung mit den Untersuchungen der
Arbeitsgruppe "Schwefelverbindungen im Phytoplankton" die Abhangigkeit
der DMSP-Gehalte von der Biomasse untersucht werden. Ein Vergleich der
Biomassenermittlung nach der ATP- und Chlorophyll methode wird angestrebt.
Weiterhin soli die Bestimmung von ATP in Einzelorganismen atlantischer
Zooplanktonorganismen vervollstandigt werden.
- 53-
7.4
LeichtflOchtige Organohalogenverbindungen im Atlantik und mariner Trol2osl2hare (AWl)
Auf der "Polarstern"-Fahrt ANT VIII/7 Kapstadt-Bremerhaven soli durch luftchemische Untersuchungen ein Trend der horizontalen Konzentrationsprofile
von Organobromverbindungen wie CH3Br, CBrF3, CBrCIF2 u.a. ermittelt wer··
den. Die Verbindungen CBrF3 und CBrCIF2 konnen als langfristige potentielle
Quellen fOr Br-Radikale in der Stratosphare angesehen werden und sind aufgrund ihrer UV Absorptionscharakteristika sehr effiziente Katalysatoren fOr den
Ozonabbau.
Die Luftproben werden kryogen durch Ausfrieren mit flOssigem Argon angereichert und nachfolgend gaschromatographisch mit Elektroneinfangdetektor
(ECD) analysiert. Zur Untersuchung des Austausches der Spurenstoffe mit der
Hydrosphare werden die luftchemischen Daten durch Spurenstoffmessungen
im Oberflachenwasser des Atlantiks erganzt. Dazu werden Wasserproben mit
Helium ausgeblasen und die flOchtigen Komponenten nach kryogener Anreicherung gaschromatographisch analysiert. Zusatzlich sollen angereicherte
Proben von Luft und Oberflachenwasser fOr spatere GC-FTIR Untersuchungen
im AWl gesammelt werden.
7.5
Nahrstoffuntersuchungen (AWl)
Wahrend der "Polarstern"-Fahrt ANT ViliS wurden auf der gesamten Reise die
Nahrstoffe im Oberflachenwasser (7 m) kontinuierlich bestimmt. Erganzend
hierzu sollen diesmal ausgewahlte Proben genommen werden, urn die gewonnenen Daten zu unterstOtzen. Diese Proben werden fixiert und die Bestimmung von Nitrat, Nitrit, Phosphat und Silikat wird anschlieBend in Bremerhaven vorgenommen. Die Proben sollen begleitend zu den Schwermetalluntersuchungen genom men werden, da es sich herausgestellt hat, daB
insbesondere Phosphat haufig mit bestimmten Schwermetallen korreliert und
damit eine wichtige Erganzung fOr diese Untersuchungen darstellt.
7.6
Schwermetalle in Wasser und Organismen (AWl)
Oberflachenwasser:
1m SOdatlantik ist die Verteilung von Spurenmetallen im Oberflachenwasser
noch weitgehend unbekannt, wahrend es hierOber im anthropogen beeinflu Bten Nordatlantik in den letzten Jahren verschiedene Untersuchungen gegeben hat. Hatte man es bisher fOr moglich gehalten, diese Erkenntnisse auch
auf den SOdatlantik zu Obertragen, so zeigt sich nun (s. ANT ViliS), daB in der
Verteilung von "anthropogenen" Metallen wie Blei ein starkes Nord-SOdgefalle herrscht.
Bei Cadmium spielen, abhangig vom Meeresgebiet, jahreszeitliche Schwankungen, Anbindungen an Nahrstoffkreislaufe und Auftriebsgebiete eine Rolle.
Kupfer gehort zu den wenigen Metallen, die auch in der offenen See noch zu
einem deutlichem Anteil organisch (d.h. durch Huminstoffe) komplexiert sind
und offenbar entsprechend mit DOC-Gehalten im Wasser korrespondieren.
- 54-
Eine quantitative Bestimmung der genannten drei Metalle und eine Differenzierung von Kupfer und teilweise Cadmium in "anorg." bzw. "org." Fraktionen
ermoglicht die Voltammetrie, welche auf ANT VIII/7 im Reinraumlaborcontainer
des AWl durchgefOhrt werden soil.
Die Aufarbeitung und weitere Behandlung (Bestrahlung etc.) wird im Heimatlabor fortgesetzt, hinzu kommt eine fluorimetrische Analyse der AluminiumGehalte, um hiermit einen geochemischen Parameter zu erhalten.
Eine weitere Serie von Schwermetallanalysen wird nach fIOssig-fIOssig-Extraktion durch AAS-Messungen vorgenommen. Erste Analysenschritte werden
an Bord durchgefOhrt.
Die Oberflachenwasser-Probennahme soli in mehrstOndigen Abstanden Ober
das kontinuierlich pumpende Schnorchelsystem erfolgen, vergleichend dazu
einmal taglich vom Bugausleger mit MERCOS-Schopfern im AnschluB an die
Neustonstationen.
Tiefenwasser:
Es wird angestrebt, etwa 12 Tiefenwasserserien zu gewinnen. Zu einem Teil
sollen diese in Tiefseegebieten, zum anderen Teil in oder in der Nahe von
Auftriebsgebieten lokalisiert sein.
In den Tiefenwasserserien von ANT VI1I5 hat sich gezeigt, daB es starke
Schwankungen der Kupferspeziesverteilung in der Wassersaule gibt. Besonders interessant ist hier der Bereich bis 1500 m Wassertiefe.
Die Tiefenserien im Nordatlantik sollen darOber hinaus mogliche Inhomogenitaten der Bleiverteilung in der Wassersaule, hervorgerufen durch den zurOckgehenden Eintrag, aufzeigen.
Die Metallkonzentrationen im Seewasser sollen mit Nahrstoffkonzentrationen
und den Metallgehalten parallel gefangener Planktonorganismen korreliert
werden.
Es ist der Einsatz eines 12 x 12 Liter-Rosettenwasserschopfers fOr die Gewinnung von Tiefenwasserproben geplant.
7.7
Schwermetallverteilung im Neuston und Tiefenplankton (AWl)
Marine Planktonorganismen greifen in der Oberflachenschicht durch aktive
und passive Anreicherung und Abgabe entscheidend in den geochemischen
Kreislauf von Metallen ein. Essentielle wie nicht-es-sentielle Spurenelemente
werden in der euphotischen Zone von Flora und Fauna aufgenommen und mit
den absinkenden Organismen und ihren Exkretionsprodukten in die Tiefe
transportiert. Zum Verstandnis dieser Prozesse sind Basisdaten Ober die
Schwermetallgehalte der verschiedenen Plankter in Abhangigkeit von ihrem
Lebensraum notwendig.
Zweimal taglich (20 min vor Sonnenaufgang bzw. 20 min nach Sonnenuntergang) sollen Neustonorganismen mit dem Neustonschlitten gefangen werden.
Die Schleppzeit betragt jeweils 15 min bei 4 kn.
- 55-
An den Tiefenstationen werden mit dem Multinetz Planktonproben aus verschiedenen Tiefenhorizonten gezogen.
Die Proben werden lebend unter dem Binokular sortiert, den verschiedenen
Taxa zugeordnet und tiefgefroren. Die Aufarbeitung der Proben mit Gefriertrocknung, DruckaufschluB und AAS-Analyse erfolgt im Labor.
7.8
Verteilungsdynamik von Spurenmetallen zwischen Schwebstoff
und geloster Phase (AWl)
Schwebstoffe spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation der Spurenmetallgehalte im Meerwasser und ihrer VerfOgbarkeit fOr Organismen.
Der durch Staubeintrage aus Nordafrika beeinfluBte Teil des Atlantiks stellt
hier ein besonders interessantes Gebiet dar.
Aufgrund experimenteller Probleme war die Anreicherung ausreichender
Mengen des im Hochseewasser stark verdOnnten Schwebstoffs bisher nur
selten moglich.
Eine neue Durchlaufzentrifuge, durch Verwendung von Titan und Teflon kontaminationsgeschOtzt, soli die Gewinnung relativ groBer Schwebstoffmengen
durch AnschluB an das kontinuierlich pumpende Schnorchelsystem ermoglichen.
7.9
Schwefel aus marinem Plankton als geophysiologischer Klimaregulator (MPIM)
Die geplanten Arbeiten sollen zur OberprOfung einer Hypothese Ober die
Rolle der marinen Biosphare als klimaregulierendem Faktor beitragen. Innerhalb der vergangenen 5-10 Jahre wurde die Rolle des marinen Phytoplankton
als Quelle flOchtiger Schwefelverbindungen fOr den Ozean und die marine
Atmosphare durch zahlreiche Feldmessungen dieser Verbindungen dokumentiert. Dimethylsulfid (OMS) ist, bezogen.. auf die Menge, die bedeutendste
flOchtige Schwefelverbindung in marinen Okosystemen. Es ist gegenwartig
allgemein akzeptiert, daB die marine Biosphare im globalen MaBstab ca. 2050 Tg/Jahr Schwefel als OMS an die Atmosphare abgibt.
Basierend auf Feldmessungen ist es evident, daB:
1.
Phytoplankton Quelle des gelosten OMS ist:
- OMS wird im Wasser durch Spaltung seines Vorlaufers Dimethylsulfoniumpropionat (DMSP) gebildet; DMSP wurde in einer Vielzahl planktonischer Aigen identifiziert und im Seewasser nachgewiesen.
- OMS und DMSP weisen in ihrer Verteilung in der marinen Wassersaule
sowie in den verschiedenen biogeographischen Regionen des
Weltmeees eine eindeutige Beziehung zur marinen Primarproduktivitat
und der Phytoplankton-Population gegeben durch Chlorophyll 'a', auf.
- 56 -
2.
OMS in die marine Atmosphare gelangt und dort oxidiert wird:
- OMS sowie seine Reaktionsprodukte wie S02, Methansulfonat und
OberschuBsulfat werden in der marinen Atmosphare gefunden.
- Ihre Konzentrationen sind mit Modellrechnungen basierend auf mariner
OMS-Quellstarke, atmopharischen Reaktionen und Abbauprozessen
weitgehend konsistent.
- Ihre atmospharische Konzentrationsverteilung in den verschiedenen
biogeographischen Regionen ist mit der Produktivitat der darunterliegenden Wasserflachen und dem marinen OMS korreliert;
3.
OMS in der Atmosphare wolkenphysikalisch relevante Aerosole bildet:
- Nicht-Seesalz-Sulfat (NSS) und Kondensationskerne, die in sOdhemispharischer Reinluft Jahresgange aufweisen, die durch die Saisonalitat
der marinen OMS-Emission und der atmospharischen Photochemie erklart werden konnen,
- Wolkenkondensationskerne (CCN), deren Konzentration, GroBenverteilung und wahrscheinlich auch Zusammensetzung mit dem OberschuBSulfat Obereinstimmt.
Die Konzentration der Wolkenkondensationskerne der marinen Atmosphare
beeinfluBt die Reflektivitat (Albedo) der marinen Wolkenbedeckung ..und darOber die Strahlungsbilanz und Oberflachentemperatur der Erde. Uber den
EinfluB des Strahlungsflusses und der Oberflachentemperatur der Meere auf
die Phytoplankton-Populationen und OMS-Produktivitat besteht somit die
Moglichkeit eines globalen biologischen Regelmechanismus fOr das Klima.
Nachdem in den vergangenen Jahren eine Bestandsaufnahme des marinen
und atmospharischen OMS durch die Messung von mehreren tausend Proben
aus allen Seegebieten der Erde erstellt wurde, konzentrieren sich die Arbeiten
gegenwartig auf folgende Gesichtspunkte: die Aufklarung der physiologischen
Funktion von OMSP fOr die Aigen (siehe Projekt KIRST, Uni Bremen), der
spezifischen OMSP- und OMS- Produktivitat verschiedener Spezies und deren Verbreitung sowie die Verifikation der oben beschriebenen Hypothese eines biologischen Klimaregelungsmechanismus. Der letztgenannte Problemkreis, speziell der Zusammenhang zwischen OMS und CCN-Konzentration ist
hauptsachlich aufgrund des Fehlens eines geeigneten CCN-Instrumentes gegenwartig offen.
Die geplanten Arbeiten wollen den oben beschriebenen Zusammenhang zwischen marinem OMS, atmospharischem OMS, dessen Reaktionsprodukten
S02, MSA, NSS und den atmospharischen CCN auf der Reise von Kapstadt
nach Bremerhaven untersuchen. Oer Aufbau einer geeigneten CCNMeBmethode, die auf dieser Reise erstmals im Feld erprobt werden soli, ermoglicht die gleichzeitige in-situ Messung dieser Spezies.
- 57-
Beteiligte Institutionen I Participating Institutions
Andresse
address
Teilnehmerzahl je Abschnitt
participants per leg
ANT Villi
3
4
5
6
7
Bundesrepublik
AOB
Aerodata
FlugmeBtechnik GmbH
Rebenring 33
0-3300 Braunschweig
AWl
Alfred-Wegener-Institut
fOr Polar- und Meeresforschung
ColumbusstraBe
0-2850 Bremerhaven
BGR
Bundesanstalt f. Geowissenschaft.
und Rohstoffe
Stilleweg 2
0-3000 Hannover
BMFT
Bundesministerium fOr Forschung
und Technologie
Postfach 200 706
0-5300 Bonn 2
BOV
Fachbereich Naturwissenschaften, Mathematik
UniversiUit OsnabrOck Standort Vechta
Postfach 1553
0-2848 Vechta
OW
Deutsche Welle
RaderberggOrtel 50
0-5000 K61n 51
FBM
Fachbereich Biologie
der Philipps-Universitat
Lahnberge
0-3550 Marburg/Lahn
FBO
Fachbereich Biologie
Universitat Oldenburg
Carl-von-Ossietzky-StraBe
0-2900 Oldenburg
2
26
7
42
22
16
2
11
- 58-
FCB
Fachbereich Chemie
UniversiUit Bremen
Postfach 33 04 40
0-2800 Bremen
FGB
Fachber. Geowissenschaften
UniversiUit Bremen
Postfach 33 04 40
0-2800 Bremen
GEO
GEO-Wissen
WarburgstraBe 45
0-2000 Hamburg
GSF
GSF - Institut fOr Hydrologie
IngolsUindter LandstraBe 1
0-8042 Neuherberg
HOT
Hochdrucktechnik
Kaiser-Friedrich-Promenade 7
0-6380 Bad Homburg
HfBK
Hochschule fOr Bildende KOnste
OOrerstraBe 10
0-6000 Frankfurt/Main
HSW
Helicopter Service
Wasserthal GmbH
Katnerweg 43
0-2000 Hamburg 65
IBB
Institut fOr Biologie
Universitat Bochum
Postfach 102148
0-4630 Bochum
IBF
Institut fOr Biolgoe III
Universitat Freiburg
SchanzlestraBe 1
0-7800 Freiburg
ICHR
Institut fOr Angewandte Chemie
Universitat Regensburg
UniversitatsstraBe 31
0-8400 Regensburg
IFM
Institut fOr Meereskunde
an der Universitat Kiel
OOsternbrooker Weg 20
0-2300 Kiel 1
3
3
2
2
4
4
3
5
- 59-
IN
Institut fUr Vermessungskunde
der TU Braunschweig
PockelstraBe 4
0-3300 Braunschweig
2
IGOL
Institut fUr Geologie und Oynamik
der Lithosphare
Universitat G6ttingen
Goldschmidt-StraBe 3
0-3400 G6ttingen
2
IGA
Institut fUr Geologie
der RWTH
LochnerstraBe 4-20
0-5100 Aachen
2
IGMS
Institut fUr Geophysik
der Universitat MOnster
CorrensstraBe 24
0-4400 MOnster
9
IMGK
Institut fUr Geophysik und
Meteorologie
der Universitat K61n
Kerpener StraBe 13
0-5000 K61n
IUPH
Institut fOr Umweltphysik
der Universitat
1m Neuenheimer Feld 366
0-6900 Heidelberg
MIB
Meteorologisches Institut
der Universitat Bonn
Auf dem HOgel 20
0-5300 Bonn
MIM
Meteorologisches Institut
Universitat MOnchen
TheresienstraBe 37
0-8000 MOnchen 2
MPIM
Max-Planck-Institut fUr Chemie
Postfach 3060
0-6500 Mainz
PMR
Polarmar GmbH
Columbus Center
0-2850 Bremerhaven
- 60 -
SDR
Saarlandischer Rundfunk
Funkhaus
Postfach 1050
D-6600 SaarbrOcken
SfBW
Senator fOr Bildung, Wissenschaft
und Kunst
Rembertiring 8-12
D-2800 Bremen
SWA
Deutscher Wetterdienst
- Seewetteramt Bernhard-Nocht-StraBe 76
D-2000 Hamburg 4
TV
P.K.H.-Film- und Fernsehproduktion
Uhrendorf 1
D-2211 Beidenfleth
ZFB
Zoologisches Forschungsinstitut
und Museum Alexander Koenig
Adenauer Allee 150-164
D-5300 Bonn 1
2
2
3
Argentinien
IAA
Instituto Antarctico Argentino
Cerrito 1248
Buenos Aires (1010)
Belgien
RCMG
Renard Centre of Marine Geology
State University of Gent
Krijgslaan 21
B-9000 Gent
VUB
Laboratory for Ecotoxicology
Vrye Universiteit Brussel
Pleinlaan 2
B-1050 Brussels
3
2
- 61 -
Griechenland
NCMR
National Centrum for
Marine Research
Ag. Kamas
G-16604 Hellinikon - Athen
GroBbritanien
FOX TV Ltd.
10/12 Fitzroy Mews
London WIP 5 DO
FOX
Japan
NIPR
National Institute of Polar Research
1-9-10, Kaga, Itabashi-ku,
To k i a 173
Niederlande
NIOZ
Nederlands Instituut voor Onderzoek
der Zee
P.O. Box 59
NL-1790 Ab den Burg, Texel
6sterreich
IBW
Institut fOr Allgemeine Biologie
Universitat Wien
Schwarzspanier-StraBe 17
A-1090 Wien
IHI
Institut fOr Hochgebirgsforschung
der Universitat Innsbruck
Innrain 52
A-6020 Innsbruck
IMGI
Institut fOr Meteorologie und
Geophysik
Inrrain 52
A-6020 Innsbruck
IZW
Institut fOr Zoologie
der Universitat Wien
AlthanstraBe 14
A-1090 Wien
2
- 62-
Pakistan
NIOP
National Institute of Oceanography
Karachi
Schweden
CUUG
Chalmers University of Technology and
University of G6teborg
Dept. of Analytical and Marine Chemistry
AMK,
S-41296 G6teborg
PGU
Department of Physical Geography
Uppsala University
S-75122 Uppsala
PGS
Department of Physical Geography
University of Stockholm
Stockholm
2
- 63-
Fahrtteilnehmer / Participants
ANTVIIV3
Name/
Name
Institutl
Institute
Abelmann, A.
Abrahamsson, K.
Berger, G. W.
Bickert T.
Bock, U.
Bohrmann, G.
Boraie, O. V.
Ounze, K.
Gersonde, R., Fahrtleiter
Grabe, H.
Helmke, EI.
Hinze, H.
Hubberten, H.-W.
Klick, S.
Kohler, H.
Lindenbeck, C.
Mackensen, A.
Michel, A.
Morche, W.
Munsch, I.
Neumann, M., R.
Niederjasper, F.
Oberhansli, H.
Ott, G.
Pototzki, F.
Rutgers v.d. Loeff, M.
Schafer, H.
Seifert, W.
SpieB, V.
Ulmer, H.
Villinger, H.
Weyland, H.
Wisotzki, A.
WOlbers, A.
Zielinski, U.
Zollner, T.
AWl
CUUG
NIOZ
FGB
AWl
AWl
AWl
HOT
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
CUUG
SWA
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
SOR
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
SWA
FGB
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
FGB
- 64-
ANT VI 11/4
Name/
Name
Barcikowski, A.
Bauer, I.
Buchholz, F.
Culik, B.
Dannfeld, R.
Dyson, J.
Emrich, A.
Goerke, H.
Hertling,
Hempel, G., Fahrtleiter
HeitmOller, K.
Hillebrandt, M.D.
Jochims. A.
Johanson, A.
Kohler, H
Koettgen, R.
Kohnen, H.
Lundstreom, W.
Menden, C..
Niederjasper, F.
Nultsch, W.
Olbers, D.
Olech, M.
Pietsch mann, C.
Rakusa-Suszczewski, S.
Reinke-Kunze, C.
Rinaldi, C. A.
Schaller, F.
Scheffler,
Schmidt, H.
Seifert, W.
Stark
Thierbach
Vetter, A.-A.
Wasserthal, C.
Wilson, R.
Zarzycki, K.
NN, NN, NN
NN,NN
NN
InstituV
Institute
Polen
AWl
IfM
IfM
IfM
Fox TV
AWl
AWl
TV
AWl
HSW
HSW
HfBK
DW
SWA
SfBW
AWl
HSW
BMFT
AWl
Uni Marburg
AWl
Polen
SDR
Polen
Journ.
IAA
rzw
TV
SWA
TV
Presse
IfM
HSW
IfM
Polen
Frankreich
Argentinien
Chile
- 65-
ANT VII 1/5
Name/
Name
Institutl
Institute
Andresen, O.
Bassler, K.-H.
Baumert, S.
Bensen, U.
Blindow, N.
Boldt, G.
Bornemann, H.
Brodscholl, A.
de Batist, M.
Degutsch, M.
Determann, J.
Doescher, T.
Drucker, C.
Eckstaller, A.
Egger, J.
EI Naggar, S.
Emschermann, P.
Focke, J.
GroBfeld, K.
Harke, A.
Hecht, A.
Heesemann, B.
Heinemann, G.
Heitmuller, K.H.
Hempel, L.
Hillebrand, O.
Hubscher, C.
Jacob, P.
Jacobs, J.
Jannek, J.
Jokat, Wi.
Karsten, A.
Kaul, N.
Kipfstuhl., J.
Kohlberg , E.
Korhammer, S.
Krapp, F.
Kreutzer, St.
Lensch, N.
Lundstroem, V.
Luzechi, G.
Maes, E.
Mandler, H.
Masood, T.
Miller, G.
Miller, H., Fahrtleiter
Minikin, A.
AWl
PMR
AWl
AWl
IGMS
IGMS
AWl
AWl
RCMG
IGMS
AWl
AWl
AWl
AWl
MIM
AWl
ISF
AWl
IGMS
ADB
AWl
AWl
MIB
HSW
IGMS
HSW
IGMS
ICHR
IGDL
AWl
AWl
IfV
AWl
AWl
AWl
AWl
ZFB
IGA
AWl
HSW
AWl
RCMG
AWl
NIOP
AWl
AWl
IUPH
- 66 -
MOiler, H.
MOiler, N.
Nishio, F.
Nixdorf, U.
Ochsenhirt, T.
Oerter, H.
Patzelt, G.
Pietschmann, M.
Plotz, J.
Pohjola, V.
Puskeppeleit, M.
Raedlein, N.
Ritter, B.
Rod, E.
Rott, H.
Schlosser, E.
Schnellbach, U.
Schulze, P.
Sefzig, R.
Sobesiak, M.
Spaeth, G.
Stadler, W.
Steiner, S.
Steinmetz, R.
Steinmetz, St.
Stroeven, A.
Svoboda, A.
Thyssen, F.
Uenzelmann. G.
v. Soosten, K.
Versteeg, W.
Wachs, P.
Wasserthal, C.
Weber, M.
Weniger, W.
Weigel, U.
Weigelt, E.
Weniger, W.
Weynand, M.
Witt,
Wittenzeller, J.
Wittmann, K.
WOster, J.
Wyputta, U.
Zarske, G.
Silberdorf,
NN,NN,NN,NN,NN
AWl
AWl
NIPR
AWl
SWA
AWl,
IHI
GEO
AWl
PGU
AWl
ICHR
IfV
SWA
IMGI
AWl
FGB
FGB
IMGK
AWl
IGA
GSF
IZW
AWl
AWl
PGS
IBB
IGMS
AWl
AWl
RCMG
ADB
HSW
AWl
IGMS
AWl
AWl
IGMS
AWl
IGMS
ICHR
IBW
AWl
AWl
IGDL
Flugcrew
Flugcrew
- 67-
ANT V 11I16
Name
Name
Institutl
Institute
Adam, Ernst JOrgen
Anagnostou, Christos
Bargeloh, Hans-Otto
Bohrmann, Gerd
Brandt, Angelika
Burns, Barbara A.
Dentler, F.U.
Dohmann, Hans
Ehrmann, Werner
Eiken,Ola
Fritsch, JOrgen
Frohlking, Rita
FOtterer, Dieter
Gersonde, Rainer
Gingele, Franz
Grobe, Hannes
Hinz, Karl
Hinze, Heinrich
Hosfeld, Barbara
Kewitsch, Peter
Kohler, H.
Krieger, Kurt Heinz
Kroll, Adeline
Kuhn, Gerhard
Madler, Annegret
Meyer, Angelika
Meyer, Heinrich
Morche, Wolfgang
Niederjasper, Fred
Overloop, William
Popovici, Alexandru
Pototzki, Frank
Puskeppeleit, Klaus
ROger, Hans-JOrgen
Roeser, Hans Albert
Schacht, Marina
SchlOter, Michael
Schmiedl, Gerhard
Schrader, Uwe
Schreckenberger, Bernd
Schroder, Heinz
Sieg, JOrgen
Summa, Christa
SpieB, Volkard
Tan, Tjhing-Lok
Villinger, Heinrich
Wethkamp, Markus
BGR
NCMR
BGR
AWl
FBO
AWl
SWA
BGR
AWl
BGR
BGR
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
BGR
AWl
FBO
BGR
SWA
BGR
VUB
AWl
AWl
AWl
BGR
AWl
AWl
VUB
BGR
AWl
BGR
AWl
BGR
AWl
AWl
AWl
BGR
BGR
BGR
BOV
AWl
FGB
AWl
AWl
BGR
- 68-
Wolbers, Alex,
NN
NN, NN, NN, NN
FGB
FGB
HSW
Name
Name
InstituV
Institute
Andreae, M.
Bluszcz, T.
Grone, T.
Helmers, E.
Hennies, K.
Karsten, U.
Modersitzki, J.
Neuber, R.
Oertel, T.
Pohl, C.
Schrems, O.
Schulz-Baldes, M.
Spath, T.
Unverricht, S.
MPIM
AWl
FCB
AWl
AWl
FCB
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
AWl
ANT V11117
- 69-
Schiffspersonal I Ships Crew
ANT VII 1/3
Jonas
Gerber
Schiel
Fahje
Baumhoer
Reimers, Dr.
Schulz
Neugebauer
Delff
Simon
Erdmann
Nitsche
Husmann
Muhle
Thonhauser
Psicorcinski
Butz
MOiler
Klasen
Klauck
Kroger
Peschke
Lieboner
Hoppe
Rusdamm
Gollmann
Chang
Lee
Shyu
Schwarz
Kassubeck
Carcia Martinez
Meis Torres
Willbrecht
Novo Loveira
ProlOtero
Pereira Portela
Ott
Pousada Martinez
Barth
Jordan
Fritz
Heurich
Buchas
Reimann
Kapitan
1.0ffizier
Naut. Offizier
Naut. Offizier
zus. Offizeir
Arzt
Ltd. Ingenieur
1. Ingenieur
2. Ingnieur
2. Ingenieur
Elektriker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Funkoffizier
Funkoffizier
Koch
Kochsmaat
Kochsmaat
1. Steward
Krankenschwesterl
Stewardess
Stewardess
Stewarr
Steward
2. Steward
2. Steward
Wascher
Bootsmann
Zimmermann
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
zus. Matrose
zus. Matrose
Lagerhalter
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
- 70 -
ANT VI 11/4
Suhrmeyer
Allers
Varding
Stehr
NN
Heine, Dr.
Briedenhahn
Knoop
Fengler
Erreth
Schuster
Nitsche
Husmann
Hoops
Piscorcinski
Geiger
Wanger
Tanger
Kubicka
Bender
Scheel
Potzsch
Ambo Masse
Busro Amran
Chang
Chai
Shyu
Woltin
Marowski
Iglesias Bermudes
Suarez Paisal
Soage Curra
Gil Iglesias
Abreu Dios
Pousada Martinez
NN
NN
Schierl
Wittfoth
Dufner
Carstens
Husung
Ulbricht
Kapitan
1.0ffizier
Naut. Offizier
Naut. Offizier
zus. Offizeir
Arzt
Ltd. Ingenieur
1. Ingenieur
2. Ingnieur
2. Ingenieur
Elektriker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Funkoffizier
Funkoffizier
Koch
Kochsmaat
Kochsmaat
1. Steward
Kran ke nschweste rl
Stewardess
Stewardess
Stewardess
2. Steward
2. Steward
Wascher
Bootsmann
Zimmermann
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
zus. Matrose
zus. Matrose
Lagerhalter
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
- 71 -
ANT VII1I5
Suhrmeyer
Allers
Yarding
Stehr
NN
Heine, Dr.
Briedenhahn
Knoop
Fengler
Erreth
Schuster
Nitsche
Husmann
Hoops
Pisco rci nski
Geiger
Wanger
Tanger
Kubicka
Bender
Scheel
P6tzsch
Ambo Masse
Busro Amran
Chang
Chai
Shyu
Woltin
Marowski
Iglesias Bermudes
Suarez Paisal
Soage Curra
Gil Iglesias
Abreu Dios
Pousada Martinez
NN
NN
Schierl
Wittfoth
Dufner
Carstens
Husung
Ulbricht
Kapitan
1. Offizier
Naut. Offizier
Naut. Offizier
zus. Offizeir
Arzt
Ltd. Ingenieur
1. Ingenieur
2. Ingnieur
2. Ingenieur
Elektriker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Funkoffizier
Funkoffizier
Koch
Kochsmaat
Kochsmaat
1. Steward
Krankenschwester/
Stewardess
Stewardess
Stewardess
2. Steward
2. Steward
Wascher
Bootsmann
Zimmermann
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
zus. Matrose
zus. Matrose
Lagerhalter
Masch i ne nwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
- 72 -
ANT VI 11/6
Greve
Gerber
Schiel
Fahje
NN
Bohm, Dr.
Dietrich
Schulz
Delft
Simon
Schuster
NN
Husmann
Hoops
NN
Butz
MOiler
Klasen
Klauch
Kroger
Peschke
Lieboner
Hoppe
Hopp
Gollmann
NN
NN
Yang
Schwarz
Kassubeck
Garcia Martinez
Meis Torres
Willbrecht
Novo Loveira
ProlOtero
Pereira Portela
NN,NN
Barth
Jordan
Fritz
Heurich
Buchas
Reimann
Kapitan
1. Offizier
Naut. Offizier
Naut. Offizier
zus. Naut. Offizier
Arzt
Ltd. Ingenieur
1. Ingenieur
2. Ingenieur
2. Ingenieur
Elektriker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Elektroniker
Funkoffizier
Funkoffizier
Koch
Kochsmaat
Kochsmaar
1. Steward
Krankenschwesterl
Stewardess
Stewardess
Stewardess
Stewardess
Steward
Steward
Wascher
Bootsmann
Zimmermann
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
zus. Matrose
Lagerhalter
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
Maschinenwart
-73 -
ANT VI 1117
Greve
Gerber
Fahje
Schiel
Bohm, Dr.
Dietrich
Schulz
Delft
Simon
Butz
MOiler
Klasen
Klauck
Kroger
Paschke
Lieboner
Hoppe
Hopp
Gollmann
NN.
NN
Yang
Schwarz
Kassubeck
Garcia Martinez
Meis Torres
Willbrecht
Novo Loveira
ProlOtero
Pereira Portela
Barth
Jordan
Fritz
Heurich
Buchas
Reimann
Kapitan
1.0ftizier
Naut. Offizier
Naut. Offizier
Arzt
Ltd. Ingenieur
1. Ingenieur
2. Ingenieur
2. Ingenieur
Funkoftizier
Funkoftizier
Koch
Kochsmaat
Kochsmaat
1. Steward
Stewardess/
Krankenschwester
Stewardess
Stewardess
Stewardess
2. Steward
2. Steward
Wascher
Bootsmann
Zimmermann
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Matrose
Lagerhalter
Masch.-Wart
Masch.-Wart
Masch.-Wart
Masch.-Wart
Masch.-Wart
Einsatzplanung fOr die Elektroniker lag fOr diesen Zeitraum
noch nicht fest
- 74-
Summary
Following the first two legs of the eighth antarctic voyage of the RV "Polarstern"
of the Alfred Wegener Institute for Polar- and Marine Science (AWl) there will
be five more cruise legs, during which primarily programs in earth sciences
and to lesser extent biological and chemical research will be carried out.
RV "Polarstern" leaves Capetown on November 2, 1989 for the third cruise leg
and arrives in Punta Arenas on November 30. En route via Bouvet Island and
the northern South Sandwich Trough marine-geological research will be
carried out with the aim to derive the paleooceanographic evolution in the
border area between the antarctic cold water zone and the warm water sphere
adjacent to the north. Particularly an attempt will be made to document the
change in position of the antarctic convergence during the past 300000 years.
Intensive studies on the hydrography in connection with actuopaleontolical
studies will be carried out in order to be able to correlate environmental
signals and their expression in the sediments.
A joint german-french inspection cruise under provisions of article VII of the
Antarctic Treaty forms the core of the fourth cruise leg, which begins in Punta
Arenas on December 1, 1989 and ends in Ushuaia on December 14, 1989.
Main emphasis will be put on the inspection of smaller stations situated on the
antarctic peninsula and on the adjacent islands. Questions of protection of the
antarctic environment will be a prominent issue in view of increasing research
efforts and larger sightseeing activities.
The fifth cruise leg is the most extensive one. RV "Polarstern" departs Ushuaia
on December 16, 1989 and will arrive in Capetown almost three months later
on March 12, 1990. During this time resupply of the wintering over base
"Georg von· Neumayer" will be carried out, the base crew will be relieved and
the summer base "Filchner" will be prepared for the coming years by jacking it
up. Besides these more general tasks RV "Polarstern" will support three land
expeditions and in the remaining time a program in marine sciences will be
carried out.
The mountain range of the Heimefrontfjella, which is situated approx. 450 km
south of Georg von Neumayer, will be the target of a research effort in earth
sciences. Geological mapping and deep seismic sounding studies to study
open questions with regard to the breakup of Gondwanaland form the central
part. Associated with this glaciological field work to study mass balance terms
in this area will be carried out as well as first measurements of backscatter
properties of the snow cover in preparation of future ERS-1 missions.
A small group of biologists will carry out studies on physiology and feeding
habits of seal and penguin in front of the Riiser-Larsen iceshelf during a period
of 7 weeks while staying in a temporary camp close to the ice shelf edge.
The third terrestrial expedition expedition will work on the Filchner-Ronne
iceshelf and carry out field studies in mass balance and dynamics. Main goal
will be drilling of an ice core from the iceshelf in order to sample the "saline"
ice, which is postulated to exist in the lower parts of the iceshelf and which
most likely is accumulated there. Studies of physical properties of this ice will
then aid in understanding its relevance to iceshelf dynamics. Furthermore an
- 75-
effort will be made to drill access holes through the ice to do measurements of
properties of the water column beneath. Additional geodetic, glaciological and
atmospheric chemistry studies round of this program, which is part of the
internationally coordinated Filchner-Ronne iceshelf program.
In parallel an extensive flight campaign using the two ski equipped aircraft
POLAR 2 and POLAR 4 is planned. An aerogeophysical program mainly using
radar techniques will be aimed at studying the areal extent and thickness of
the layer of "saline" ice. Using the new dropsonde equipment the inner
structure of mesoscale cyclones will be studied in the vicinity of the coast line
in order to better understand the mechanisms of cold air runoff from the interior
of the continent.
Marine research will essentially be threefold with marine geophysics forming
the largest part. Seismic reflection and refraction work to map thickness and
structures of the sedimentary cover and upper crust of the continental margin
in the southern Weddell Sea will be supplemented by marine gravity and
magnetics. Special emphasis will be put in trying to extend the stratigraphic
information provided by ODP site 693 to a larger area and experiments
designed at deciphering the nature of the Explora-Andenes escarpment
carried out.
Research in marine geology is designed so that the ongoing systematic
mapping of the distribution of different sedimentary facies will be continued. A
special point of interest will be the study of processes of glaciomarine
sedimentation and submarine erosion by cold bottom watermass runoff.
Furthermore an extensive sampling program to study benthic organisms and
their interrelationship in the Weddell Sea will be a contribution to the
taxonomy of benthic organisms of antarctic waters. Besides pure systematic
classification studies also ecophysiological studies will be carried out on
selected species.
The sixth cruise leg will start in Capetown on March 14,1990. The cruise,
which will last well into antarctic fall, will pass over Gunnerus- and AstridRidge as well as Maud-Rise and end again in Capetown on March 30, 1990.
Again marine geoscience will be the focal point of the cruise leg with the study
of crustal structures in the area of the antarctic continental margin using
geophysical techniques as well as paleoclimatic and paleooceanographic
studies using geochemical and sedimentological techniques. Additionally an
intensive and detailed program of mapping the sea floor using the
HYDROSWEEP system and the low frequency sediment echo sounder
PARASOUND will be carried out.
For its return cruise RV "Polarstern" will depart Capetown on May, 1, 1990 for
Bremerhaven, where the eighth antarctic cruise will end on May 22, 1990. En
route mainly studies in ocean and atmospheric chemistry will be carried out.
With these the latitudinal distribution of natural and anthropogenic trace
elements as well as processes of air-sea exchange will be studied. Sulfur and
organohalogenes will be studied because of their climatic relevance.
- 76 -
The following texts arranged according to cruise legs will give more details on
individual programs. In the center pages information on participating
institutions, scientists as well as ship's crew can be found.
-77 -
3
Cruise Cape Town - Punta Arenas (ANT VII 1/3)
3.1
Overview
The main goal of expedition ANT VIII/3 is a marine geological survey program
on transects between Cape Town and Bouvet Island (A-B), and between Bouvet Island and the northern part of the South Sandwich trench (B-C, C-D, Fig.
3.1.). Isotope, micropaleontological and sedimentological investigations will
contribute to the knowledge of the Quaternary to late Pliocene (ca. 3 Ma)
paleoenvironmental evolution in the boundary area between the Antarctic cold
water belt and the subantarctic/subtropic warm water zone. The studies are
part of the geoscientific programs of the recently initiated Sonderlorschungsbereich 261, entitled "The South Atlantic Ocean during the late Quaternary:
Reconstruction of compound budgets and current systems". Another goal of
the investigation is the development and improvement of high resolution
dating methods for the Pleistocene of the southern high-latitudes. The marine
geological survey is supported by a continuous bathymetric survey of the
seafloor with the multibeam sonar system Hydrosweep. Additionally, the distribution and stratification of the upper sediment layers (up to 100 m below sea
floor) will be documented with a high resolution sediment echo-sounding
system.
The marine geological survey is accompanied by multiple investigations of the
water column and of the sediment/water interface. Beside the documentation
of the hydrographic conditions by CTD and XBT methods, water samples will
be investigated to determine radionucleids, stable isotopes, nutrients, and
volatile halogenated hydrocarbons. The distribution pattern of planktonic microorganisms with calcareous or siliceous hardparts, that are preserved in the
sedimentary record and used as indicators of paleoenvironmental conditions,
will be related to the hydrographic data set (nutrients, water temperature and
salinity), in order to gather autecological data of these microorgansims.
Studies on the adaption of bacterial populations in the deep-sea will be carried out using a special pressure-retaining water sampler. For the determination of particle flux in the area of the Polar Front, a one year mooring with two
time-series sediment traps will be deployed at ca. 50° S. Most of the investigations of the water column are strongly related to the paleoceanographic
studies and the scientific goals of Sonderlorschungs-bereich 261.
- 78-
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Planned ship track of ANT VI/1/3 with marine geoscientific sections
A-B, B-C und C-O. Also indicated OOP drillsite 704 and location
of mooring PF3.
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•
- 79-
3.2
Marine geology
For the collection of sediment samples and cores a number of different instruments are available. For collection of undisturbed surface sediments a large
size box corer (GKG) or a multi corer (MC) can be used. Sediment cores up to
15 m long can be recovered with a gravity corer (SL), a kasten corer (KL), or a
piston corer (KOL).
Selection of sample and coring sites on the transect between Cape Town and
Bouvet Island (Fig. 3.1, A-B) was based on 3.5 kHz sediment echo-sounding
profils of expeditions ANT IV/3 and ANT V1/3. Additionally, stratigraphic and
paleoceanographic results from five sediment cores that were collected during
ANT VI/3 in the area of Bouvet Island and north of Bouvet Island also helped in
the selection of sites. One location on transect A-B is at ODP Site 704 (Leg
114) in the southern part of Meteor Rise (46°52,76'S, 7°25,25'E) at a water
depth of 2532 m. The selection of sample and coring sites on the transects B-C
and C-D was based on results from cores recovered during the expeditions of
the vessels "Islas Orcadas", "Robert Conrad", "Vema", and "Marion Dufresne".
3.2.1
Paleoceanographic studies (AWl, FGB)
The focus of the paleoceanographic investigations is the reconstruction of the
paleoceanographic history in the area of the Polar Frontal Zone during Quaternary glacial and interglacial periods and the late Pliocene. Scientific goals
are the reconstruction of:
paleotemperature and location of the circumantarctic current systems and
frontal zones,
location of the northern sea ice boundary,
paleoproductivity and location of high productivity belts,
paleotemperature and circulation of deep- and bottom-water, production
and thickness of Antarctic Bottom Water (AABW),
surface warm-water current between the Indian Ocean and the South
Atlantic.
The aim of the paleoceanographic program is to decipher the evolution of
those oceanographic parameters that control large-scale oceanographic circulation and heat transport, the C02 budget, and the atmospheric circulation.
Such parameters are strongly related to climatic changes. One goal is to contribute to the understanding of those paleoceanographic events that may trigger the major climatic changes that occur within short time intervals between
glacial and interglacial time periods. Another goal is the reconstruction of the
southern hemisphere climate during the major glaciation event that affected
the northern hemisphere at ca. 2.6 to 2.4 Ma.
A number of different methods is available to decipher the paleoceanographic
and climatic evolution based on the sedimentary record. Surface water temperature and the location of the sea-ice boundary can be estimated based on
the composition of calcareous (foraminifera) and siliceous (diatoms, radiolaria)
microfossil assemblages. Furthermore, paleotemperatures of surface and bottom water can be calculated using the ratio of oxygen isotopes in benthonic
and planktonic foraminifera. The reconstruction of paleoproductivity and distri-
- 80 -
bution of water masses can be based on the ratio of carbon isotopes in benthonic and planktonic foraminifera. Other methods for the estimation of paleoproductivity are the determination of accumulation rates of biogenic opal, organic carbon and long-chain unsaturated ketones. Additionally, the species
composition of microfossil assemblages will be used for paleoproductivity
estimations. Velocity changes of the bottom water currents, and distribution of
sea-ice and icebergs will also be studied using sedimentological and mineralogical methods (grain size distribution, distribution of allochthonous clay
minerals, distribution of tephra and tephra isopachs, distribution of ice-rafted
detritus).
3.2.2
Stratigraphic studies (AWl)
The basis for a successful reconstruction of large-scale paleoenvironmental
events is an accurate age determination of the investigated sediments. This
can best be accomplished using a combination of different dating methods.
Sediments containing sufficient biogenic calcareous components can be
dated by comparing with the standard oxygen isotopic stratigraphy on
epibenthonic and planktonic foraminifera. Additionally, fluctuations of the
abundance of siliceous microfossil species (diatoms, radiolarians), which are
an important tool for high resolution Pleistocene stratigraphy in siliceous
oozes, will be used. Other means of dating and calculating accumulation rates
include geomagnetic methods and distribution of radionucleids in the sediment column.
By reconstructing the Quaternary explosive volcanic history of the area of the
southern mid-ocean ridges (Bouvet triple junction) and the South Sandwich
island are, a tephrostratigraphic framework of these regions will be established. Marine tephra layers can be characterized and possible intercore correlations by marker horizons will be carried out based on geochemical and
petrological investigations The establishment of a tephrochronology will rely
on biostratigraphic and isotope stratigraphic results.
3.2.3
Diagenesis of opaline deposits (AWl)
Studies of early diagenetic processes that take place in the sediment surface
layer, and result in the release of different compounds into the bottom water,
will be carried out on sediment cores collected with the multicorer. The pore
water will be analysed for dissolved oxygen and nutrients, in order to derive
the penetration depth of oxygen in the sediment, the release rates of nitrate
and silicate, and indirectly the decomposition rates of organic matter and opal
in the surface sediment.
Recent findings of Pleistocene and Pliocene porcellanites in Antarctic deepsea sediments give evidence of very early silica precipitation activity in pure
diatom oozes. Such porcellanites are strongly cemented rocks of nearly
monomineralic composition of opal-CT, and are considered as precursors of
nodular and bedded cherts. In general, the transformation from biogenic silica
(opal-A) to opal-CT, representing the formation of porcellanites, is thought to
be a temperature- and time-related maturation process, which occurs at
- 81 -
deeper sediment burial depths. The occurrence of Antarctic porcellanite in
young sediments of low burial depth is in contrast to the established concepts
of porcellanite formation. During ANT-VIII/3 a well known porcellanite layer on
the South-West Indian Ridge, northeast of Bouvet Island, will be sampled in
order to carry out detailed diagenetic investigations.
3.2.4
Bathymetry and Seafloor Mapping (Hydrosweep) (AWl)
Bathymetric survey of the seafloor will be carried out continuously during leg
ANT VIII/3 using the new multibeam sonar system, Hydrosweep. This covers a
swath width that is about twice the water depth. The new profiles will be combined with existing sounding profiles to achieve a complete coverage for
seafloor mapping. In the vicinity of geological stations and the sediment trap
mooring (3.3.8.) detailed mapping of a small area (approximately 10 X 10
sq.nm) is scheduled in order to give fundamental scientific information about
topography and morphology of the site. A map with a scale of 1:50.000 will be
produced on board the vessel.
The compilation of large-scale bathymetric charts requires high accuracy in
determining the ship's position. The latter depends on the available navigation
mode. If the coverage of Global Positioning System (GPS) satellites results in
a poor precision or if no GPS or NNSS-Transit satellites are visible at all,
navigation will be done by dead-reckoning. Precise ship position data are
necessary for the post-processing of Hydrosweep data aboard. Therefore,
correction of dead-reckoned navigation data by means of satellite fixes will be
done on board.
Isoline maps and three-dimensional perspective views of the seafloor topography and selected features are necessary to observe and to decipher interrelationships of marine geology and geophysics. In order to produce a precise
map at a scale of 1:50.000 a digital terrain model (DTM) of the sea bottom has
to be determined. Consequently the navigation and the Hydrosweep raw data
will be verified and corrected, if necessary, during the cruise.
3.2.5
Sediment echo-soundings (PARASOUND) and physical property
measurements (AWl, FGB)
The installation of the PARASOUND-System on "Polarstern" during the summer of 1989 allowes the digital acquisition of sediment echo-soundings. This
makes processing these data using reflection seismic methods possible.
These seismograms will be compared with physical properties and sedimentological parameters measured on sediment cores. Comparing the two data
sets will help clarify the physical nature of reflections seen in the seismograms.
These seismograms will also help to characterize and discriminate sediment
types, as well as to identify cyclic layering within the sediment column. For
physical properties data collection, susceptibility and compressional velocity
will be measured immediately after core recovery in order to achieve high
resolution. The physical properties dataset will be correlated subsequently
with the sedimentological dataset (including density) obtained in the laboratory. This will allow us to calculate the impedance-depth-function, which is the
basic input for the calculation of synthetic seismograms. A comparison of syn-
- 82-
thetic and measured seismograms will help to obtain a better understanding of
the physical nature of the reflections.
3.3
Studies of the water column and the sediment/water interface
3.3.1
Hydrog raphic studies (AWl)
The hydrographic conditions on the transects will be documented with CTD
profiles at selected sites and will be supplemented by more continuous XBT
profiles. The goal is to determine the vertical and horizontal distribution of water masses and to understand the more complex oceanographic conditions in
the areas of frontal systems. These data are essential for the selection of sample depth and sample areas for actuopaleontological (3.3.5, 3.3.6) and isotope
studies (3.3.4) in the water column. On the other hand these data will be
transferred into the oceanographic data bank system of AWl. On transect A-B a
direct comparison with GEOSECS data collected during 1972 and 1973 is
possible.
In parallel with the CTD profiling water samples will be taken at predetermined
depths for salinometric measurements, for the determination of nutrients, and
for other chemical (3.3.2) and isotope studies (3.3.4).
3.3.2
Determination of halogenated hydrocarbons in the water column
(CUUG)
To study the input and the sources of volatile halogenated hydrocarbons in the
ocean, biogenic substances such as CHBr3, CH2Br2 and several iodine compounds will be measured in areas with different primary productivity rates.
Other halocarbons of both biogenic and anthropogenic origin, or those that
may have formed by substitution reactions of bromo compounds with CI- in
seawater (CHBrCI2, CHBr2CI) will also be determined. Whether CHCI3 is of
biogenic or anthropogenic origin will also be tested. The determination of anthropogenic halocarbons will be used to estimate the input of anthropogenic
compounds into the Antarctic and Subantarctic water masses. Determination
will be performed by extracting 100 - 250 ml of sea water with 1 - 2 ml n-pentane, followed by capillary gas chromatography of the pentane phase and
electron capture detection (ECD). The method allows the investigation of large
sample sets within a short time. The method is sensitive with detection limits of
< 1 ng/I for almost all substances, and the contamination risk is small.
Additionally, the water samples will be investigated in order to find other halogenated natural products. Identification and determination of phenolic compounds will be made by acetylation and simultanous extraction into n-hexane.
The extracts will be investigated by gas chromatography with electron capture
detection. Identification of unknown substances will be made by gas chromatography/mass spectrometry in the laboratory at the University of G6teborg.
- 83-
3.3.3
Scavenging of radionucleids (AWl, NIOZ)
The radioactive decay of uranium and radium, elements that are present in
dissolved form in seawater, produces radionuclides of the elements thorium
(Th), protactinium (Pa), lead (Pb), and polonium (Po), which are highly particle
reactive, and are consequently rapidly scavenged by particles and transported
down to the seafloor. The distribution of Th-230, Pa-231 and Pb-210 in deepsea cores is frequently used for the reconstruction of sediment accumulation
rates and paleoproductivities. For the purpose of such interpretations we need
to understand better how scavenging and removal actually proceed. During
the expedition ANT VI/2 to the Bransfield Strait it could be shown that
scavenging and removal of particle-reactive radionuclides were controlled by
the sudden development of the spring bloom. The area of the Polar Frontal
Zone that will be sampled during ANT VIII/3 is characterized by large geographical differences in particle rain rates, and thus allows to investigate how
these differences affect the present distribution and transport of natural radionuclides in the water column.
The study of scavenging processes can be achieved in part by analyses of
sediment trap material. In addition, however, the distribution of the natural radionuclides in particulate and dissolved form in the water column must also be
determined. Because such analysis requires sample volumes of several cubic
metres, which cannot be collected with bottle casts, four in-situ filtration units
will be deployed. Each system can perform the filtration of about 1 m3 of water
per hour. The dissolved radionuclides that pass through the filter are adsorbed
on Mn02-coated adsorption cartridges. The use of Gerard bottles remains essential in order to check the efficiency of this adsorption process.
3.3.4
Stable carbon and oxygen isotopes in the water column (AWl)
The carbon isotope ratio of Pleistocene benthic foraminifera can be used as
an indicator for water masses and paleoproductivity. The knowledge of equilibrium or disequilibrium effects during the precipitation of the foraminiferal
tests (i. e. vital effect) is important for the interpretation of fossil systems. The
isotopic composition of the bottom water sampled during ANT VIII/3 will be
compared with the carbon isotope values of recent benthic foraminifera from
the same location. Additionally the carbon isotopic variation within the water
column can be used to obtain information about water mass boundaries and
primary productivity.
Stable oxygen isotopes are used to characterize and identify water masses. In
addition to the hydrographic investigations (3.3.1), the stable isotopes will be
used as tracers for the identification of the water masses in the Polar Front
area.
For the isotopic investigations water samples will be taken simultaneously with
the CTD-rosette and then stabilized on board. In addition, bottom water will be
sampled at each geological station (multicorer, box corer).
The meltwater of drifting icebergs dilutes the seawater. This alters the environmental conditions of the organisms living there. Until now, there has been
only little information about the horizontal and vertical extent of this meltwater
- 84-
aureole. Investigation of the significantly different isotopic composition of seawater and iceberg meltwater allows the detection of freshwater down to very
low concentrations. The oxygen isotope composition ot these waters gives important information concerning the oxygen isotope composition of recent
planktonic foraminifera. Knowledge concerning the influence of iceberg meltwater on the isotopic composition of recent foraminifera, especially of
Neogloboquadrina pachyderma, may help to interpret the isotopic composition
of fossil foraminifera. The influence of the meltwater aureole will be investigated by taking surface and near-surface water samples at different distances
from melting icebergs. Sampling will be done with "Polarfuchs" at a safe distance from "Polarstern" to avoid contamination.
3.3.5
Plankton studies (AWl, FGB)
The vertical and horizontal distribution of diatoms, silicoflagellates, radiolarians and planktonic foraminifera will be documented on a transect from the
Subantarctic zone across the Polar Frontal Zone to the Antarctic cold water
zone using plankton tows and the ship's water pumping system. Sampling of
diatoms and silicoflagellates that dwell in the euphotic zone will be concentrated in the surface water layer. Radiolarians and foraminifera will also be
sampled at selected depth intervals in the uppermost 1000 m of the water column using vertical plankton tows. Vertical density profiles and water samples
for analysing nutrient contents (3.3.1) at selected depth levels will shed light
on the relationships between hydrography and nutrient availability, and the
species distribution and abundance of microorganisms. The isotopic composition of foraminiferal tests collected by tows will be better understood when
measurements on the isotopic composition of sea water and dissolved C02
are available.
During this study, basic data for micropaleontological and isotopic studies for
the reconstruction of paleoceanographic conditions, will be gathered. Up to
the present time only a little information is available on the distribution of
planktonic microorganisms that are preserved in the sedimentary record in the
southern high latitudes. This is particularly the case for information that can be
correlated with hydrographic data and accurate depth of habitats. The planned
studies will also shed light on the question whether radiolarian and
foraminifera assemblages, that dwell in the cold Antarctic surface water, can
be transported by the Antarctic Intermediate Water to the north, and be brought
to the upwelling area off SW Africa.
3.3.6
Benthonic foraminiferal assemblages as environmental indicators
(AWl)
On the eastern continental margin of the Weddell Sea, the distribution and
community structure of recent benthonic foraminiferal assemblages is correlated with particulate organic matter fluxes, substrate conditions and the distribution of bottom water masses. In particular, a characteristic fauna dominated by Nuttalides umbonifer is associated with the lower part of the Antarctic
Bottom Water (AABW) between the carbonate lysocline and the Carbonate
Compensation Depth (CCD). During Leg ANT VIII/3, the benthic foraminiferal
fauna from the northern Weddell Sea will be investigated to determine (i)
- 85-
whether the relationship between environment and foraminiferal faunas,
recognized on the eastern Weddell Sea continental margin (ANT IV/3), can be
extended to faunas from below the Polar Frontal Zone, and (ii) whether the
benthic foraminiferal assemblage composition reflects the position of the Polar
Frontal Zone and its particularly high productivity. In addition, the stable carbon isotope composition of calcareous benthic foraminifera will be analyzed to
make inferences about bottom water mass characteristics and productivity.
All of these studies will be carried out to facilitate the comparison with late
Pleistocene core material and to carefully reconstruct paleoenvironmental
conditions, especially bottom water routes and intensity, paleoproductivity, and
latitudinal fluctuations of the Polar Frontal Zone.
3.3.7
Deep-sea bacteria (AWl, HOT)
Ongoing studies concerning the adaption of bacterial populations to hydrographic pressure on their habitats will be continued at several deep-sea sample stations. Within this study the proportions of baroduric, barotolerant and
barophilic bacteria both in the bottom sediments and the water column will be
determined. Knowledge of the structure of deep-sea bacterial populations is
crucial for assessing the microbial activities in the deep ocean. Although bacterial populations of bottom sediments will be subjected to decompression
during sampling, it is planned to sample and cultivate organsims of the bottom
water under non-decompressed conditions in order to obtain indications of the
occurrence of extreme pressure-adapted, decompression-sensitive bacteria.
Concurrently, the sampling procedure will serve as further operational tests for
a pressure-retaining water sampler.
3.3.8
Moorings with sediment traps (AWl, FGB)
For monitoring the vertical particle flux in the water column below the Polar
Front a mooring system (PF3) including two time-series sediment traps (HDWSMT 230) will be deployed at 50°09 'S, 5°44'E in a water depth of 3750 m.
The traps will be situated at 500 and 3250 m below sea level and will collect
samples at intervals of 18 days for one year, thereby recording the seasonal
flux in an area characterized by high primary productivity. The goal of this experiment, which is part of the sediment trap studies of the Sonderforschungsbereich 261, is to determine the general annual flux, seasonal variations of
export productivity and annual variations in the location of the Polar Front.
Other goals are to gather information concerning the mechanisms related to
the transport of particles, the vertical velocities of particles, and the processes
linked to remineralisation of particles in the water column. Additionally comprehensive studies of the hydrographic conditions, water chemistry and production of planktonic microorganisms will be carried out at the mooring location. Geochemical investigations at the sediment/water interface will conclude
these studies at this station.
- 86-
4
LeC Punta Arenas - Ushuaya (ANT VIII/4)
4.1
Overview
The main purpose of cruise leg ANT VIII/4 lies in Antarctic politics and in
logistics. Only a small part of the leg will be available for sciences, namely a
biochemical program.
Primarily it will be a cruise to visit foreign antarctic research stations. The
government of the Federal Republi.c of Germany jointly with the government of
France intnds to inspect a number of foreign stations according to article VII of
the Antarctic Treaty.
The Antarctic Peninsula and its neighbouring islands were chosen as
inspection area. Heree the densitiy of stations and the frequency of visits by
tourists is highest.The majority of large stations in this area has been enpected
. already in 1989 by a joint team from Great Britain and New Zealnd. The
German-French inspection will therefore concentrate mainly on smaller
stations but for comparison also visit a few large ones. Main emphasis will be
put on questions of antarctic environment protection including waste disposal.
The influence of tourism on research at the stations and the antarctic
environment will be studied in detail. This special purpose of tile inspection
will serve the change of the antarctic treaty system towards an extensive
protection of the Antarctic.
In view of the accident of the supply vessel "Bahia Paraiso" questions of
prevention and cleanup of oil spills happening while supplying antarctic
studies as well as during tourist cruises will be discussed with partaking
experts.
Possibilies for a still closer cooperation within the global climate research
programs will be discussed and the relatively frequent land visits will offer
opportunities for terrestrial biologists to sample microorganisms, plants and
insects.
Within the framework of cooperation with other treaty members "Polarstern"
will help supply the stations of Spain and Poland.
The Federal Republic of Germany together with the Argentine antarctic
directorate plans the erection of a receiving station for the Synthetic Aperture
Radar of the ERS I satellite as well as a Very Long Baseline Interferometry
(VLBI) station for the study of plate tectonics and the geoid at the Argentine
base "Esperanza". For this "Polarstern" will transport delicate component parts
and at the same time will land a small team of biologists, who will an
experimental study continue on penguin physiology in the vicinity. A team from
the Institute of Marine Science of Kiel University will be brought to the Polish
station "Arctowski".
Some journalists and a British television team will also partake in the cruise
and use this possibiiity to see various research stations, learn about working
conditions there and get an impression of the capabilities of FS "Polarstern".
- 87-
4.2
Biochemistry
4.2.1
Secondary metabolites of Antarctic Benthos
There have been only few investigations on the occurrence and function of
secondary metabolites in the Antarctic fauna, that is of those compounds
which are produced by the organisms themselves but are not constituents of
the primary metabolism. Research on secondary metabolites of Antarctic organisms is very promising, since the development of the fauna in Antarctic
isolation possibly resulted also in specific chemical structures. Secondary
metabolites have frequently been found to be of ecological significance. It is of
particular interest to investigate whether the concept of chemical defense is
important for sessile and sluggish animals of the Antarctic seas.
Porifera, Bryozoa, Polychaeta, Nudibranchia, Holothuroidea, Ascidiacea will
be sampled by Agassiz trawls and grabs in the Bransfield Strait. Other benthic
animals will be included, as fas as symbioses or feeding relationships can be
recognized. Samples will be frozen aboard for later isolation and structure
elucidation of secondary metabolites. In addition to chemical analyses, tests
will be carried out in order to demonstrate toxic or repellent functions of the
compounds.
- 88-
5
Leg Ushuaya - Kapstadt (ANT VIII/5)
5.1
General Overview
One of the most important tasks of FS "Polarstern" during this cruise leg is the
resupply of Georg von Neumayer station. Scientific and technical personell
will be exchanged as well as new supplies brought in for the upcoming wintering over period, during which for the first time an all woman team will winter
over and run the station as well as the scientific programs.
Besides these basic logistic tasks FS "Polarstern" will support a number of
land based research programs and at the same time serve as platform for diverse marine research programs.
A large glaciological field campaign is planned for the Filchner-Ronne Iceshelf. Glaciological, geodetic and geophysical research programs come together to study mass balance and dynamics of the Filchner-Ronne Iceshelf. An
ice core drilling program is expected to yield detailed information on the
physical and chemical properties of the "saline" ice, which is expected to exist
at some depth. Besides, remeasurements of markers will yield information on
the velocity field and ice shelf deformation. For the first time an attempt will be
made to access the water column below the ice shelf through melt holes and
to accomplish measurements of physical parameters.
A biological research program will be located in the coastal area of the Riiser
Larsen ice shelf near Drescher Inlet. Ecophysiological studies of seal and
penguin will be carried out and diving and feeding habits will be studied by
remote techniques.
Starting from Georg von Neumayer station a group of geologists and geophysicists will do research in the Heimefrontfjella in continuation of work carried out during earlier seasons. Main emphasis will lie on geological mapping
on a large scale and on deep seismic sounding studies using zero offset and
large offset techniques. In addition a number of associated studies will be
performed such as ground truth studies for future ERS-1 remote sensing missions, studies of the permocarboniferous glaciation and accumulation studies.
Marine research finally will comprise geological sampling of the sea floor as
well as detailed studies of its complicated morphology in selected areas in order to learn about glacial-marine sedimentation processes and to be able to
model sedimentation history. High-resolution multichannel digital seismic reflection work will be carried out in order to map the sedimentary cover as well
as deep seismic sounding to study the rifted continental margin structures. Additionally a sampling and collecting program for the taxonomy of benthic organisms will be carried out.
During this cruise leg the two aircraft POLAR 2 and POLAR 4 will operate in
the Filchner-Ronne Iceshelf area and in the southern Weddell Sea. They will
serve logistic needs of expedition members on the ice shelf as well as a program in airborne geophysics and meteorology. Studies of the internal structure
of the ice shelf, of mesoscale Cyclones and on the radiation budget in the
area in dependence of cloud cover will all make use of the aircraft. Fig 5.1
- 89-
shows a general map of the areas of investigation and the planned route of FS
"Polarstern".
.80°
.30°
- 60°
- 40°
- 20°
0°
20°
- 30°
- 40°
- 40°
- 50 0
- 50 0
"
.60 0
- 60 0
_700 1-...-!\~~\+-_W_E_D_D_E_L_L-rM_E_E_R _ _+_~i::::::7't""":-~~~_700
- 800 L....L_ _--.JC1....-_'-----L-l-_~
_ _..J..
- 80 0
_ 60 0
- 40 0
_ 20 0
Fig. 5.1:
___L
00
Planned expedition route during ANT VIIi/5.
__'
-
20 0
800
- 90-
5.2
Bathymetric Survey with Multi-Beam-Sonar-System HYDRQSWEEP (AWl)
Bathymetric survey of the seafloor will be carried out continuously during leg
ANT V1I1/5. Main interests will be the completion, addition of profiles and enlargement of the areas described as follows:
North of the Georg von Neumayer Station new profiles shall be added to
the existing tracks. The seafloor is structured with many erosion channels
and little canyons. For a correct map compilation and interpretation of the
topography a complete coverage is necessary.
-
Wegener Canyon
For the compilation of a large scaled bathymetric map of the Wegener
Canyon system, the mouth and the lower parts of the continental slope, the
deep sea area in front of the canyon and the shelf off Kap Norvegia will be
surveyed. The existing survey area shall be enlarged in the north-east direction.
Seafloor topography off the Filchner-Ronne Ice Shelf
The shallow-water survey capability of the HYDROSWEEP system will be
used to survey the seafloor in front of the Filchner-Ronne Ice Shelf (Ronne
part). Parallel tracks to the ice front are planned to cover a broad stripe.
Structures with small differences in depths shall be mapped to analyse and
detect gullies of the ice shelf water (ISW) streaming out of the FilchnerRonne Ice Shelf.
Maud Rise
On the transit from the Georg von Neumayer Station to Cape Town a survey of the Maud Rise central part will be performed to receive detailed bathymetric information of the central area, where a mooring will be launched
on ANT VIII/6. The existing profile-net from expedition ANT IV/4 shall be
enlarged to cover the top of the rise completely.
At places of geological samplings or oceanographic moorings a detailed
mapping of a small area (approx. 10 nm X 10 nm) is planned to receive bathymetric detailed information about topography and morphology of the sites's
near vicinity.
The new tracks shall be attached to existing profiles to achieve a complete coverage for detailed seafloor mapping. The planning of the bathymetric survey
profiles will be performed with the help of navigation and SEABEAM data of
former expeditions. These data shall be available on the vessel's scientific
computer.
5.3
Investigations of glacio-marine sedimentation processes in the
southeastern Weddell Sea (AWl)
Main objective of the sedimentological program is to obtain information on the
factors which have influenced the deposition of sediments on the seafloor during the past. Concerning this, first of all it is necessary to study the recent glacio-marine sedimentation processes and to interpret them with regard to their
- 91 -
topographical, oceanographical and glaciological environments. By sampling
older sediments and dating the specific reconstructed glacio-marine sedimentation processes we would like to build up a model of the sedimentation
history.
Proximal glacio-marine sedimentation processes proceed on the continental
shelf close to the ice shelf margin. During this cruise the in some cases wide
spaced sampling grid on the southern shelf will be condensed. In this area it is
planned to take samples mainly with a box sampler, which provides successful
and undisturbed samples from the upper sediment layers of the seafloor. Although this sediments are often strongly compacted and therefore difficult to
core, it will be tried to take sediment cores with a short gravity corer (SL, barrel
length 3-6 m).
Several profiles, taken with SEABEAM and 3.5 kHz Sub Bottom Profiler on the
continental slope west of Lyddan Ice Rise during previous "Polarstern" cruise,
show a very rough morphology. It is our main goal to reveal the mode and
history of formation of these different morphological and sedimentological
units by an expansion of the sampling grid with additional box corer and gravity corer samples.
On the continental slope north of the Crary Trough and on the adjacent abyssal plain cold and dense bottom water flowing off the shelf (underflow) has
eroded pronounced structures. In the eastern part of the Weddell Sea similar,
north-northeast extending erosional structures with in places the seafloor up to
450 m deeper on the eastern side of the terrace like structures were explored
during preceding cruises. It is planned to deploy a currentmeter-mooring just
at the foot of an erosional terrace (71 °6.1 'S; 20 0 45.2'W) and to record bottom
currents during one year. The northern extent of the erosional terraces mapped in the southern Weddell Sea should be found on an east-west profile in
the central Weddell Sea.
5.4
Marine Geophysics (AWI,RCMG)
In continuation of earlier marine geophysical investigations into crustal structures of the Weddellsea and its continental margins further field work is planned. The area of investigation will be between Georg von Neumayer and
Filchner station and the transition region from oceanic to continental domains
will be the main object of study.
In particular the following is planned:
high-resolution digital multichannel seismic reflection lines for the detailed
mapping of sedimentary structures as contribution to the study of sedimentation history and older sedimentary processes,
- combined land-sea seismic refraction measurements to study crustal
structure in the transition region between oceanic and continental crust,
mapping of magnetic and gravity anomalies.
The gravity measurements will be carried out continuously, the magnetic
measurements along single selected profiles or in connection with detailed
bathymetric surveys.
- 92-
Since realisation, especially of the seismic measurements, will depend heavily
on the ice conditions no prior detailed planning of lines is possible. This must
be done on site and depend on local conditions and results obtained. Therefore some seismic data processing will be carried out on board in order to
have best possible results.
5.5
Benthos-Taxonomy
5.5.1
Benthic organismus of. antarctic waters (IBF)
In the framework of a planned comprehensive survey of benthic organisms in
Antarctic waters, the results of which are to be reported in the monograph
series "Antarctic Benthos", the Freiburg group is to investigate the geographic
distribution, taxonomy and ecology of several benthic spiralian groups, with
special emphasis on the Kamptozoa (Entoprocta), but also including the Pria.pulida, Echiurida, Pogonophora and Phoronida.
Above and beyond the faunistic work, attempts at culturing Antarctic Entoprocta on board the "POLARSTERN" are also planned. From these results
methodst for laboratory culture of the relevant species shall be derived for the
purpose of studying their reproductive biology.
In order to obtain suitable research material we plan to utilize Agassiz-trawling, bottom-grabs and, if possible, dredge-hauls of all possible kind from the
sea floor at depthes between approx. 200 and 800 m, possibly with selected
individual deep sea sampling. To date no representatives have been found in
the Weddell Sea from some of the aforementioned groups, and only sporadic
isolated reports of individuals are available for the others. Therefore it is not
possible to give preferred sites for sampling, either with respect to sea floor
formation or depth zoning. These circumstances seem to make it most
desirable to seek to obtain the densest possible sampling in the sea regions
transited, in direct conjunction and collaboration with the collecton of other
benthic samples.
Sorting through the catches to select appropriate colonizable substrates and
host animals will be done by hand on deck, with the closer examination of
such material for the animal groups being sought, including their larval stages,
then to be carried out in the laboratory under the microscope.
5.5.2
Zoogeographical, ecophysiological, and biomineralogical investigations on antarctic Mysidacea (Crustacea) (IBW)
Knowledge of mysidaceans in the benthic communities of the Weddell Sea is
still scarce. Systematic collections in shelf and deep sea areas will provide
materials for monographic elaboration of the antarctic Mysidacea. This will
give a solid basis for later synecological and ecophysiological research. In
addition to zoogeographical and taxonomic aspects, the following ecophysiological and biomineralogical investigations are carried out: Activity and activity
rhytms are studied under kryophysiological aspects. From part of the material,
statoliths are removed and preserved by drying. They will be studied by means
- 93-
of X-ray diffraction, EM-microanalysis, and scanning electron microscopy under morphological, biomineralogical and actuo-paleontological aspects. The
knowledge of recent Iiths will favour future research on evolution, palaeofaunistics, and biostratigraphy of fossil statoliths which are found in large numers
in certain geological sediments.
5.5.3
Cirripedia (IZW)
It is the aim to describe the occurrence and the distribution of the Cirripedia
(Crustacea) in the Antarctic. The Cirripedia are a very interesting sub-class of
Crustacea. Some of them are able to tolerate extreme conditions. Thus they
may inhabit the deep-sea. Although most of the cirripede species are hermaphroditic, under extreme conditions they change their strategy of reproduction: Several species are gonochoristic with dwarf males, others are hermaphroditic with complemental males. Therefore in the Antarctic region a great
number of species of Thoracica and Acrothoracica with dwarf- or complemental males are to be expected. To examine males, females and hermaphrodites
is essential for elucidating the phylogenetic relationship of the species found.
It is planned to collect cirripedes in the Weddell Sea and near the Filchner Ice
Shelf at various dephts, from 0 to 5.300 meters (there are records of cirripedes
from these depths). On bord of the "Polarstern" the collected animals will be
separated according to species; they will be recorded and pictures will be taken of them. Most of them will be fixed in formalin. For later histological and
electron microscopical investigations the animals will be fixed specially and
some of them will also be imbedded.
An attempt will be made to keep some of the animals alive on the ship and
then to take them back to Europe alive. These animals will be kept to study
their behaviour. Eventually they will also be fixed for anatomical studies, under
optimal lab conditions.
5.5.4
Collection of antarctic Hydroidea (Cnidaria) and their symbionts
by Agassiz trawl and bottom grab (188)
The most recent German collections of antarctic hydroids (stinging benthic
polyps with a free, sexual medusa stage, most missing in the antarctic) which
have been evaluated date back about 100 years. In the meantime there were
no big changes in the methods of sampling but modern studies of biology and
taxonomy require living observation and photography as well as refined techniques of narcotisation prior to preservation for Iight- and electron microscopy.
Most of the more than 200 described hydroid species from the antarctic were
collected in subantarctic areas and there were only few collections done in the
less accessible regions in the south as the Ross- and Weddell Sea. In most
species we have insufficient knowledge on their relationship to the substrate,
response to water flow, prey, epibionts, commensals and parasites.
The topic of the projected studies therefore will aim to the biological relationships of the species and the preparation of well expanded polyps for electronmicroscopy.
- 94-
5.6
Seals and penguins in Drescher-Inlet Vestkapp area (AWl)
Investigatons on Weddell seals and Emperor penguins will be continued at
Drescher Inlet during austral summer 1990. Both the permanent occurrence
and high abundance of these species suggest, that they play an important role
in the food system of the eastern Weddell Sea shelf. Our previous findings indicate seasonal variation in food availability. While the pelagic schooling fish
Pleuragramma antarcticum was the staple food of Weddells in summer (and
possibly for Emperors too) it was absent in the spring diet of seals and replaced by various bottom dwelling fish species. The principal spring diet of chick
rearing Emperors was krill. To elucidate ecological relationships between top
predators and their prey at Vestkapp area, four biologist will carry out a sevenweek programme at a temporary field station on the ice shelf above DrescherInlet. Our research activities will focus on:
Food studies on Weddells and Emperors with particular emphasis on their released juveniles. In addition, numerous Crabeaters are expected and thus will
be included in these studies.
Time-depth recorders together with strain gauges will be deployed on Weddells and Crabeaters for registering chewing activities in conjunction with frequency of dives, diving depths and daytime. These data will provide information on performance and success in foraging as well as information on the duration of the seals' whereabouts at sea with the time actually spent in foraging
trips.
Various tissues and blood samples of seals will be collected for histological,
parasitological, virological and serological investigations.
5.7
Mass Balance and Dynamics of the Filchner-Ronne Iceshelf
(AWI,IUPH,IGMS,lfV,IACR)
Filchner lila is the third expedition within the frame of the Filchner-Ronne-Iceshelf Project, since the originally planned Filchner III program could not be
carried out due to impassable ice conditions in 1986/87. The project is part of
an international effort, which is envisaged to last well into the nineties, to
describe the mass balance and dynamics of the second largest antarctic ice
shelf. Central theme of the Filchner lila campaign is the study of the basically
double layering of the central part of the ice shelf composed of "saline" ice,
most likely accumulated from the sea water below the ice shelf, in the bottom
part and meteoric ice, accumulated on the top. Physical and
chemical properties of the saline ice shall be studied on ice cores, by
measurements in hot water drill holes as well as through radar measurements
from the air and on the ground. The drill sites will be linked into the larger
framework of the iceshelf through additional surface glaciological elevation,
strain and movement measurements along a flow line passing through the
core drill site.
- 95-
5.7.1
Core Drilling (AWl, IUPH)
The core drilling will form the main part of the Filchner Ilia campaign aiming at
resolving the puzzle of the "saline" layer of ice through the study of its physical
and chemical properties. It is hoped that by that one will be able to better
understand the processes at the lower boundary of the ice shelf.
The drill hole will be positioned approximately 50 km west of Filchner station
and according to earlier radar measurements the boundary between normal
and "saline" ice will be reached at a depth of 120 m with a total ice shelf
thickness of 220 m. On site measurements of DC conductivity along the core
and electrolytic conductivity on the chips shall be measured. Isotope
stratigraphy
as well as physiacle and chemical properties shall be investigated later in the
lab.
5.7.2
Hot Water Drilling (IGMS)
During this field season on the Filchner Ronne Ice Shelf several hot water
drillholes shall be located near the core-hole drilling site 50 km south-west of
Filchner station.
The drilling equipment has been successfully used in 1986. It comprises a
melting unit, a heat-generator, a high pressure pump and a sledge with the
hose, the controll unit and the nozzle. The drilling hose for the suggested
location has a length of 250 m.
The ice shelf will be penetrated with several bore-holes to different depths to
install prepared cables with temperature sensors to measure the temperature
depth function. Especially the transition zone from the ice shelf to the sea
water and the pure ice to the saline ice layer (about 120 m depth) will be
measured in intervalls of two meters. In addition shallow bore-holes shall be
drilled to a depth of 20 m to install temperature measuring cables to
investigate long time variations and climatic rises of the mean annual
temperature.
In a next step EMR reflectors are installed close to the ice shelf bottom for a
direct determination of the melting rate from the travel time difference of the
electromagnetic waves.
By hot water drilling technique an access to the sea underneath the ice shelf is
gained. Here we try to get a temperature depth profile of the sea water and
water samples up to the sea bottom.
Simultaneous to the hot water drilling, EMR measurements are performed to
control the drilling process and to monitor e.g. the percolation of water into the
fim layers during the drilling process.
- 96 -
5.7.3
Ground based EMR (IGMS)
By means of the electromagnetic reflection method (EMR), it is possible to
measure ice thickness and internal structures of firn and ice with high
resolution. At first, the drill location for the core and hot water boreholes will be
located with the ground based EMR. Criteria for this choice will be an
undisturbed firn layering as well as the thicknesses of the normal and the
underlaying saline ice, which must fit the requirements of the two drilling
groups. After that, EMR measurements will be performed in the area of the
planned triangulation network in the vicinity of the drill site and on the track
from the ice edge over Filchner Station to the drill site.
A joint traverse by the groups field glaciology, geodesy, and geophysics will
lead over points 131 to 330 towards point 335 (melthole 1986), from where it
returns to the drill site on a parallel track. Ice thickness and internal sturcture
will be determined on this traverse as well as on perpendicular profiles and a
profile to the south to cover a greater area and to distinguish different ice
streams.
These measurements at the same time serve as ground truth data for the
airborne measurements with somewhat minor resolution.
5.7.4
Field Glaciology (AWI,IUPH,IACR)
The spatial distribution of accumulation, isotope content, mean annual
temperatures and atmospheric tracers within the snowpack shall be studied
along a flow line from the ice edge through the drill site to point 335 (fig. 5.7.1)
upstream. This will be accomplished by snow pit studies, 10m cores and
surface snow sampling. In addition a 10m drill hole is planned to be cored on
top of Berkner Island for comparison purposes and as a zero order study of
conditions on this isolated ice cap.
5.7.5
Geodetic work (lfV,AWI)
Absolute datum levels are an important element in understanding the
dynamics of an ice shelf. Thus a trigonometric high precision levelling line will
be established from the ice edge through the drill site and further on to point
335 (fig. 5.7.1) and back to the ice edge along a parallel course. Since GPS
elevations will also be aquired while doing absolute positioning for movement
studies, geoidal information can be obtained.
In addition to the levelling strain figures will be observed, the most important
one being a 9 by 10 km figure in the vicinity of the drill site in order to provide
input for model calculations of the mass balance at the bottom of the ice shelf.
- 97-
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FILCHNER·RONNE-8CHELFEIS
Fig. 5.7.1:
Expedition area for the Filchner Ilia project
- 98-
5.7.6
Airborne geophysical measurements (IGMS)
Airborne EMR soundings will be performed on about 20000 profile kilometers
with appro 100 fhrs. Due to the logistic circumstances the operation area will
comprise the eastern part of the Filchner Ronne Ice Shelf including BerknerIsland.
One of the main interests will focus on the area north of Henry Ice Rise, where
accumulation of saline ice takes place. Estimates using own data as well as
sources from the USSR concerning ocean bottom topography have
ascertained that anomalies in surface elevation observed in this area are not
caused by another ice rise or rumple, but are caused by basal accumulation of
saline ice with large thickness. The saline ice causes on one hand the
formation of crevasses by its buoyancy, on the other hand it modifies the ice
flow in the central part of the Filchner Ronne Ice Shelf (Thyssen, 1988: Paper
presented during the 15th International Polar Meeting, Heidelberg). Up to now,
such a process has not been observed. If proven it will provide an important
insight into the dynamics of the central part of the Filchner Ronne Ice Shelf.
Aeromagnetic measurements are planned on some profiles over Berkner
Island.
5.8
Meteorology
5.8.1
Antarctic meso-cyclones in the Weddell Sea region (MIB, MIM)
Apart from the well-known large-scale cyclones of the polar front, a variety of
meso-scale vortices can be found in polar air masses. On the northern
hemisphere, some of these vortices have been observed as intense "polar
lows". In the Antarctic region, almost no climatological and experimental
studies for meso-scale vortices exist. Our goal is to investigate meso-scale
cyclones in the Weddell Sea region by means of a climatological study, a
model study and a field experiment with airborne measurements in the
Antarctic summer season 1989/90. The experiment AMES (Antarctic Mesocyclone Study) is expected to yield
a)
b)
the first direct measurements in meso-scale vortices near the
Antarctic coast
and
information about the spatial structure of the cold air outflow
over the Weddell Sea which is probably connected with the
genesis of these cyclones.
These two measurement programs will be performed with the meteorological
and a new installed dropsonde equipment of the research airplane POLAR 4.
Additionally, digital satellite data (AVHRR and TOVS) will be recorded on
board "Polarstern". These data will be used in retrieval programs to get
information about the atmospheric temperature field. Model studies for mesoscale cyclones will start in autumn 1989.
- 99-
5.8.2
The estimation of the surface radiation budget in polar regions
(IGMK)
The incoming solar radiation represents the prime source in the energy budget
over arctic and antarctic sea-ice. Its estimation by operational algorithms using
permanent satellite measurements leads to important parameters in polar
climatology.
The objectives during this experiment are the verification of the derived fluxes
and the parameterization of the effects of surface reflectivity and cloud optical
properties. Horizontal and vertical flight patterns in combination with polar
orbiting satellite measurements will be used to obtain sampling characteristics.
At Filchner measurements of the surface radiation budget variation due to
cloud coverage will be performed.
5.9
Neuschwabenland
5.9.1
Geological mapping in the Heimefrontfjella (FGB, IGA, IGDL)
The geological programme for fieldwork in the Heimefrontfjella is part of the
geoscientific expedition to this mountain range in western Neuschwabenland
(fig. 5.9.1). It will coincide with the also planned geophysical research
programme. The main task of the geological fieldwork will concern a detailed
geological mapping of Sivorgfjella and the northern parts of Tottanfjella. These
constitute the central and main area of Heimefrontfjella with many extensive
and relatively easily accessible rock outcrops (fig. 5.9.2). Fieldwork will be
undertaken in close cooperation by geologists and petrologists from the RWTH
Aachen (GIA) and from the universities of Bremen (GBU) and G6ttingen
(IGDL).
The main structural features and lithologies of the mountain range have been
studied by reconnaissance fieldwork and mapping and many rock samples
have been taken during the german geoscientific expedition to the
Heimefrontfjella in the austral summer of 1985/86. Since then the rock
samples have been investigated geochemically and petrographically and
some radiometric datings have also been carried out. The results from all
these works indicate that Heimefrontfjella is mainly composed of Precambrian
rocks of amphibolite to granulite facies. There exists a broad shear zone and
there are also indications which point to nappe tectonics. Fracture tectonics
combined with differential uplift of the several parts of the mountain range
make up the youngest phase of its geological evolution.
Many questions remain open concerning the lithologies of the rock complexes,
the tectonic structures as well as the geological evolution. This is the main
reason for the detailed mapping which will be carried out in the field with the
scale 1 : 10.000. Its results will be presented later in maps with the scale 1 :
25.000 or 1 : 50.000. A further reason for the detailed mapping is to provide a
better and more complete base for Gondwana reconstructions and for the ICLcrustal transect W 2 which is in progress and which crosses western
Neuschwabenland in this region.
- 100 -
In addition to the detailed mapping which is the main task, some further
special investigations are planned: The team members of G6ttingen university
(IGDL) intend to study the younger tectonic features of the orogene belt,
especially the structures of the shear zone, and will take rock samples for
petrological and radiometric investigations concerning the uplift history. The
team members of Bremen university (GBU) plan to do partly similar work. They
will carry out specific rock sampling for investigation of fission track ages of the
crystalline basement rocks from Sivorgfjella. This will clarify the uplift history
and the sequence of thermal events of that region. The interpretation will be
connected with the results of other Antarctic regions (Shackleton Range, North
Victoria/and). The team members of RWTH Aachen (GIA) finally, will study the
complicated fold structures which can be observed in the crystalline basement
of Sivorgfjella, that means they will investigate superimposed folding
structures.
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Fig: 5.9.2:
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Nunataks of Heimefrontfjella. The boxes are target areas for the
geological mapping
- 103 -
5.9.2
Deep seismic investigations along a profile crossing the
Heimefrontfjella (AWl, IGMS)
Extensive reflection and refraction surveys are planned for the expedition in
the Heimefrontfjella in 1989/90. The seismic profile runs perpendicular to the
NE-SW extending escarpment of the Heimefrontfjella, crossing in the area of
Kirbergdalen. Total profile length should be approx. 200 km. The aim of the
geophysical program and of the subsequent data processing is to get results
for the following aspects:
Determination of thickness and structure of the ice sheet with special
considerations of sedimentary inclusions.
Structure of the upper crust and possible sedimentary sequences.
Investigations of the lower crust and the crust/mantle boundary.
Informations about a rift-affected crustal structure in the Heimefrontfjella.
During fieldwork, data processing, and interpretation reflection and refraction
seismic will complement one another.
For seismic refraction measurements event-triggered digital recording systems
will be used. Shot points are arranged at both ends and in the middle of the
profile. These shots are also recorded by the multichannel digital reflection
system in the distance range of wide-angle and steep-angle reflections.
For the multifold-covered reflection measurements a modified version of the
ice-streamer will be used. The good results from the investigations in 1987/88
on the Ekstrom Ice Shelf show the applicability of the ice-streamer.
Additionally to the seismic investigations, electromagnetic reflection
measurements will be carried out to determine the ice thickness. Also gravity
and magnetic measurements are planned. These surveys will already start
along the traverse in the Heimefrontfjella.
5.9.3
Glaciology and glacial History (AWl, IHI,I UPH, PGS, PGU)
The route from Georg von Neumayer station to the Heimefrontfjella has been
well wanded with bamboo poles. The approx. 1300 poles will be used as
accumulation markers and their height above the surface remeasured for the
second time. This will allow a quantisation of the very uneven distribution of
accumulation along a 500 km long line and within an elevation range between
37 and 1800 m. In addition accumulation will be measured be snow pit studies
and 10m cores (stable isotope studies) at selected representative sites in
order to be able to compare the measured biannual values with an approx. 10
year mean. Surface snow sampling will yield information on the elevation
dependence of aerosol concentration.
Within the framework of the expedition to the Heimefrontfjella two
glaciolog~cal projects will be carried out by a Swedish team.
The first is a study of mass balance and ice drainage around Vestfjella and
Heimefrontfjella and up to an elevation of 3.000 m a.s.1. It was initiated in 1989
during SWEDARP .88/89 (Swedish Antarctic Research Programme). An
- 104 -
important part of this project is to measure the ice drainage from
Amundsenisen (>2000 m a.s.l.) to Ritscherflya «1300 m a.s.l.) through the
Heimefrontfjella nunataks at one location and to determine if this flow is in
balance with the accumulation of snow upstream.
The second is a study of Blue-Ice areas in the central part of Heimefront fjella.
It was initiated In 1988 during ANT VI/3 in the blue-ice area of Scharffenbergbotnen. These studies were continued during SWEDARP 88/89 The field area
is located in a 3 x 6 km large, cirque-like basin on the northwestern,
downstream side of the nunatak range. In 1988 a net of 28 stakes was
established for studies of ablation and ice movement. Most of these stakes
were remeasured in 1989. The main object has been to determine the net ablation in the basin as well as the compensation inflow from the ice sheet proper. To achieve the latter the ice depths of all entrances to the basin (as well
as the basin interior) were mapped by the use of radio-echo technique in
1988. Due to the net ablation of the blue-ice area ice movement is directed towards the ice surface in the bottom of the basin. Although all ablation of the ice
. surface is achieved by evaporation, the ice around darker englacial sediments
(from stones down to layers of finer particles) starts to melt englacially before
the particles reach the ice surface (i.e. at an ice depth of 3-4 dm). This
englacial melting process will be studied in 1990. Fieldwork in 1990 will also
include remeasurements of the stake net, and climatological data will be
sampled every 10 minutes at two automatic weather stations.
In 1985/86 permocarboniferous sediments were found on top of Schivestolen
and the basal zone was found to be a glacial till. This was investigated further
in 1987/88. Glacial stria and the tillites form clear evidence of the
permocarboniferous glaciation. This will be investigated further in
Kirvanweggen, some 140 km further East in order to gain a more detailed
picture of this earlier glacial period and its zonation.
5.9.4
Backscatter properties of the snow surface in the microwave
region (IMGI,AWI)
Backscatter properties of the dry fim shall be investigated along the traverse
using a C/X band scatterometerlradiometer along with the determination of the
actual physical and chemical properties of the uppermost fim layers. It is
expected to obtain information on the variability of backscatter properties of the
surface snow pack and their correlation with physical properties. These
investigations are pre ERS-1 launch activities associated with planned AMI
wind scatterometer as well as radiometer missions over the inland ice areas
and form the first ground truth measurements for such missions.
5.10
Investigations of inorganic trace compounds in different environmental samples IACR)
Participation in the expedition leg Ant VIII/5 enables the sampling of different
environmental samples like rain, seawater, surface snow, hoar-frost and
aerosols. Those will be analysed with regard to the environmentally important
heavy metals thallium (t1), copper (Cu), cadmium (Cd), lead (Pb), zinc (Zn),
- 105 -
nickel (Ni), chromium (Cr) and iron (Fe), as well as to the non-metallic species
nitrate, sulfate, chloride and hydrogenperoxide.
During the journey to and fro the german scientific station "Georg von
Neumayer" (GvN) and the "Filchner" station the main topic is rain and aerosol
sampling, using a five-stage impactor in order to enable a size fractionating
collection of aerosol particles.
Staying on GvN station snow and hoar-frost samples will be taken. On the one
hand the nitrate, sulfate and chloride contents are determined with lonchromatography on the spot, while on the other hand the nitrate concentration
of selected samples will be analysed with isotope dilution mass spectrometry
(IDMS) at the university of Regensburg. Parallel to the nitrate analyses at GvN
station the contents of hydrogenperoxide will be determined in the same
samples, because they contain heavy metals as well as nonmetal species in
enriched amounts.
The participation in the traverse on the Filchner ice shelf enables the sampling
of surface snow in relationship to the distance from ice shelf edge.
One part of the samples is analysed on board of RV "Polarstern" with regard to
the elements Pb, Cd and perhaps Cu using inverse voltammetry. Also
chemical sample treatment of the other part will be done aboard the ship,
whereas the mass spectrometry (I OMS) will be carried out at our laboratories
at the university of Regensburg.
We want to use the results to complete already exsisting datamaterial as well
as for verification of its reproduceability. An important extension of knowledge
is expected by the relationship to the distance from the ice shelf edge and the
sample contents from the interior parts of antarctica. The aims of these
investigations are an "antarctic background level" in surface snow samples
without a marine influence in order to classify the existing dates. Furthermore
the use of the impactor results in a pattern for the heavy metals on their particle
size in the aerosol. This can lead to a more detailed picture of the different
sources for heavy metals in antarctic aerosol.
- 106 -
6
Leg Capetown - Capetown (ANT V1I1/6)
6.1
Overview
Leg 6 of RV "Polarstern" Expedition ANT-VIII begins on March 14, 1990 in
Capetown and terminates there on April 30, 1990. This cruise (Fig. 6.1)
extends into late austral fall and may be faced with rapidly decreasing ice
conditions. The programm is predominantly concentrated to geoscientific
research in the area of Gunnerus Ridge (35 E) and Astrid Ridge (12 E) which
represent two prominent submarine plateau-like structures along the Antarctic
continental margin. On the return route to Capetown a minor sampling project
will be carried out at Queen Maud Rise at 2 E. The most important scientific
projects are:
0
0
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-
A multichannel seismic reconnaissance survey in parallel with gravity and
magnetic measurements to investigate the nature and structure of the
oceanic plateaus of Gunnerus Ridge, Astrid Ridge and Maud Rise.
-
A bathymetric survey with the multibeam sonar HYDROSWEEP in parallel
with sub-bottom profiling of certain areas using the PARASOUND system.
Sediment sampling for sedimentological and paleoceanographic (box
coring, gravity and piston coring) and geochemical (Multicorer) projects
along certain lines crossing the Antarctic continental slope as well as the
oceanic plateaus of Gunnerus Ridge, Astrid Ridge and Maud Rise.
Sampling by box grab for zoological investigations of particular groups of
crustaceens as well as for microbiological investigations (biomass
estimations, activity) of the native bacterial flora.
- 107 -
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Fig. 6.1:
Planned route during ANT-VII1/6 and main research areas. G =
Gunnerus Ridge, A = Astrid Ridge, M = Queen Maud Rise.
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- 108 -
6.2
Marine-oeophysical investioations
6.2.1
Geophysical Studies on the Crustal Structure of Oceanic
Plateaus along the Continental Margin of East Antarctica
between Longitude 0° and 40° E (BGR)
Despite many plate-tectonic reconstructions of the southern continents, for example Barron et al. 1978; Norton and Sclater 1979; Powell et al. 1980; Martin
and Hartnady 1985; Schmidt and Rowley 1986, the details of timing, location
and occurrence of continental rift zones and of oceanic crust of the earliest
Indian Ocean between India-Africa and East Antarctica remains vague.
A gravity map based on Geosat altimeter data (Fig. 6.2) indicates the complex
relative movements between the South African-Indian and East Antarctic
plates. Between latitudes 0° and 40° E is a broad NS-SW trending fracture
zone signature that separates the southern Weddell Sea abyssal plain in the
west from the Enderby abyssal plain in the east suggesting that a complex interplay of transform faulting, seafloor spreading and ridge jumps occurred
between the present Weddell Sea abyssal plain and the Enderby abyssal
plain during Cretaceous and Cenozoic times.
Multichannel seismic surveys have shown that the initial motion in the East
Antarctic sector between 40° Wand 0° was rifting in NW-SE direction accompanied by prolific volcanism during Middle Jurassic time (Hinz, Kristoffersen et
al. 1987; Kristoffersen and Hinz 1989). After formation of the Explora Wedge
(Hinz 1981; Hinz and Krause 1982), a major buildup of layered extrusive
basaltic rocks for which a late Middle Jurassic age has been assumed, a
change in the regional stress field occurred resulting in transtensional movements between South Africa and East Antarctica. This phase was heralded by
the formation of the Explora-Andenes Escarpment (Hinz and Krause 1982;
Hinz, Kristoffersen et al. 1987) as a new plate boundary and the opening of the
Weddell Sea by seafloor spreading in Late Jurassic time.
Three pronounced marginal plateaus exist off East Antarctica. These plateaus
are from the west to the east the Queen Maud Rise, the Astrid Ridge and the
Gunnerus Ridge.
The Maud Rise is an elongated aseismic ridge located between 0° and 5° E at
the southwest corner of the fracture zone signature. It is isolated from East
Antarctica by an oceanic crustal piece. OOP Sites 689 and 690 (Barker, Kennett et al. 1988) sampled a pelagic sedimentary sequence ranging from upper
Campanian (?)/Lower Maestrichtian (~ 75 Ma) to Quaternary overlying basaltic
rocks. Although geophysical data suggest that volcanism played an important
role in the buildup of the Maud Rise, its origin and structure is till enigmatic.
The Astrid Ridge (Brenner 1981; Bergh 1987) forms the southeast corner of
the fracture zone signature. The Astrid Ridge is an elongated plateau-like feature located between 8° E and 16° E. It consists of two segments. The southern
segment with water depths ranging from 1000 m to 3000 m trends N-S and is
centered along 12° E. At about 67° S the crest of the ridge veers to NE-SW. A
steep north facing scarp terminates the Astrid Ridge at 65°20' S (Bergh 1987).
- 109 -
MCS line BGR 78-014 running northward across the Astrid Ridge shows a
northward thinning of the horizontally bedded sediments above the distinct
"Weddell Sea unconformity" (Fig. 6.3; Hinz and Krause 1982). The rocks beneath the "Weddell Sea unconformity" are characterized by a conspicuous
subparallel reflection pattern and seismic velocities ranging from 3.5 km/s to
5.5. km/s. Although we are uncertain about the nature of this stratified and
highly consolidated unit beneath the Astrid Ridge, we assume that this up to 2
s (approximately 4000-5000 m) thick unit consists of plateau basalts overlying
conti nental basement.
East of the Astrid Ridge and the fracture zone signature (Fig. 6.2) lies a region
characterized by a featureless signature in the Geosat altimeter map. Two sets
of the Mesozoic magnetic anomalies sequence M1 to M9 have been recognized east of the Astrid Fracture Zone (Berg 1987) suggesting that this region
is underlain by oceanic crust of Lower Cretaceous age. The pronounced NNEtrending Gunnerus Ridge situated between 31 0 E and 35 0 E bounds this
oceanic crustal piece in the east. The Gunnerus Ridges covers an area of
about 25.000 km2 at less than 3000 m water depth. It extends from about
65°30' S in the north to the Gunnerus Bank off the Riiser-Larsen Peninsula in
the south.
To date, only very few MCS data exist from the Gunnerus Ridge.
The three marginal oceanic plateaus discussed before are key areas to clarify
the vagueness of the proposed different plate-tectonic reconstruction. The investigaton of the structure and nature of these marginal oceanic plateaus is of
critical importance for the determination of the original fit of Antarctic against
Africa.
Therefore, a multichannel seismic reconnaissance survey in parallel with
gravity and magnetic measurements is planned on the Gunnerus Ridge and
on the Astrid Ridge. In addition, two MCS lines are planned across the eastern
and southern flank of the Maud Rise.
The location of the planned geophysical lines of "Polarstern" cruise ANT VII1I6
is indicated in Figure 6.3.
- 110 -
Fig. 6.2:
Map of the Gravity field based on Geosat Altimeter date (by courtesy of Dr. W. Haxby, Lamont-Doherty Geological Observatory)
- 111 -
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panel) of the southern part of line BGR 78-14 traversing the
southern segment of the Astrid Ridge
- 112 -
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Ocean-continent boundary
(Explora Escarpment)
Magnetic lineations # 34 and MO
-3000-
Bathymetric contours in m
Existing MCS lines
Planned MCS lines
Fig. 6.4:
Structural elements of the East Antarctic continental margin between 0° and 40° E, and location of existing and planned MCS
lines
- 113 -
6.2.2
Combined Interpretation of Sediment Echo-Soundings and
Physical and Sedimentological Parameters (AWl, FGB).
The newly installated PARASOUND-System on "POLARSTERN" will allow us
to set up a system for the digital acquisition of sediment echo-soundings. We
will therefore have the possibility to process these data with methods used in
reflection seismics. These seismograms will be compared with physical
properties and sedimentological parameters measured on sediment cores.
Comparison of the two data sets will help to clarify the physical nature of
reflexions seen in the seismograms. These seismograms will help as well to
characterize and to discriminate sediment types and help to identify cyclic
layering within the sediment column.
During ANT VIII/3 and ANT VIII/6 the new system for the digital acquisition of
sediment echo-soundings will be installed on "POLARSTERN" and run on a
routine basis. Physical properties as suceptibility and compressional velocity
will be measured on all cores taken with high resolution.
The physical property data set will be later on correlated with the sedimentological data set (including density) measured in the laboratory. This will allow
us to calculate the impedance-depth-function, the basic input for the calculation of synthetics seismograms. A comparison of synthetic and measured
seismograms will help to get a better understanding of the physical nature of
the reflexions.
6.3
Marine-Geological Investigations
The marin-geological research programme in the areas ot the Queen Maud
Rise, Astrid Ridge and Gunnerus Ridge consists of several subprojects
complementary to one another which will use identical sampling stations and
tools. Sampling on geological stations will be carried out routinely by box grab
(GKG), gravity and/or piston corer (SUKOL). For certain geochemical projects
a large box corer (KL) and multi-corer (MC) will be employed.
6.3.1
Quaternary Paleoceanography, Glacial History and Sedimentary
Processes (AWl, NCMR)
The sedimentological analyses planned complement and extend investigations carried out in the eastern Weddell Sea. The variations and correlations of
sedimentological parameters (carbonate content, opal content, mineralogy,
grain size distribution), physical properties and magnetic parameters
(intensity, susceptibility, median destructive field) were found to be good tools
for reconstructing the sedimentation processes at the continental slope. According to the studies near the Filchner shelf and in the eastern Weddell Sea,
movements of the ice shelf edge due to glacial/interglacial cycles will be reconstructed between 50 0 W and 40°E. The dependence from shelf depth and
width will be investigated. The influence of the sea ice coverage (polynya hypothesis), contour currents and upwelling on the sedimentation of terrigenous
and biogenic particles will be investigated and compared with the situation off
Kapp Norvegia. Palaeomagnetic and biostratigraphic studies are used as a
stratigraphic framework. A correlation with shallow seismic records
- 114 -
(PARASOUNO) give information on the spatial sediment distribution.
Measurements of stable isotopes of benthic and planktonic foraminifers will
help to interpret the palaeo-oceanography of the Antarctic Ocean.
Along a N-S profile on the ridge crest, a continuous facies succession is expected in almost the same water depth from terrigenous, hemipelagic to
pelagic sediments. Therefore, transitions between the individual facies, which
have not been sampled so far, can be studied in detail.
A profile from the Maud Rise via the Lazarev Sea to the Astrid Ridge will
connect the two main study areas and will also provide the possibility to study
facies changes from the ridge crest to the deep sea. To tie the study areas
Astrid Ridge and Eastern Weddell Sea, a profile at the continental slope some
100 km W of Astrid Ridge is proposed as an additional sample area. It also will
allow to compare sedimentation processes at a "normal" slope and on a ridge
structure.
6.3.2
Pre-Quaternary Sediments (AWl)
Queen Maud Rise and southern Kerguelen Ridge are morphologically and
geographically similar to Astrid Ridge. They are located approximately in the
same southern latitude and at similar water depth. Both areas were drilled and
sampled during OOP-Legs 113 and 119/120 respectively. On the Maud Rise
also sediment cores have been taken during various "Polarstern"-Expeditions.
There is evidence from earlier investigations (Ara "Islas Orcadas" cores), that
pre-Quaternary sediments crop out at Astrid Ridge. Thus a reconstruction of
the sedimentary history and processes at these oceanic plateaus from
Miocene to Recent seems to be possible. Neogene sediments shall be
sampled at the locations selected on the basis of a pre-site survey with the
PARASOUNO and/or a 3.5 kHz sub-bottom profiling system.
6.3.3
Benthic Foraminiferal Assemblages
On the eastern continental margin of the Weddell Sea the distribution and
community structure of Recent benthic foraminiferal assemblages is correlated
with particulate organic matter fluxes, substrate conditions and the distribution
of bottom water masses. The investigation of the benthic foraminiferal fauna of
the Astrid Ridge will prove, in comparison with on-going investigations on the
Kerguelen Plateau, whether the relationship between environment and
foraminiferal faunas recognized in the eastern Weddell Sea, can be extended
on other circum-Antarctic foraminiferal faunas. In addition, the stable carbon
isotope composition of calcareous benthic foraminifera will be analyzed to infer bottom water mass characteristics and productivity. All of these studies will
be carried out to facilitate the analogy with Neogene core material and to
carefully reconstruct paleoenvironmental conditions.
6.3.4
Stratigraphy and Paleoecology of Siliceous Microfossils (AWl)
Only recently the existing diatom biostratigraphic zonation for the southern
high-latitude Neogene was considerably improved by investigations of OOP
- 115 -
drill sites and RV "Polarstern" sediment cores. The stratigraphic ranges of
Neogene diatom species were directly tied to the geomagnetic time scale,
which now allows accurate biostratigraphic age determination of Neogene
sediment sequences. Biostratigraphic age determination of the sediment cores
retrieved in the areas of Maud Rise and Astrid Ridge will be carried out on
board to support the selection of further core sites during the cruise and as
base for further paleoceanographic studies. It is also planned to sample
outcropping sediment sequences at erosional structures which represent time
intervals yet not well stratigraphically known (e.g. early Pliocene,
Miocene/Pliocene boundary, late Miocene).
The occurrence and the abundance fluctuations of paleoenvironmental marker
species can be used for the reconstruction of paleoceanographic and -climatic
changes. The focus will be on the latest Pleistocene, the time interval around
the early/late Pliocene and Miocene/Pliocene boundaries, and the middle
Miocene. These time intervals are characterized by distinct changes in paleoclimate. Earlier coring by Ara "Islas Orcadas" has shown, that sediment sequences as old as middle Miocene can be recovered by piston or gravity corer
in the area of Astrid Ridge (e.g. 101277-25, position 68°36'5 S, 100 57,9'E).
In addition to the paleoceanographic studies it is planned to collect recent
plankton samples to improve the knowledge about the distribution and
autecology of siliceous microorgansims in the Southern Ocean. A special
sample program is planned in the area of an oceanic frontal system between
about 0° and 100 E, which separates colder Weddell Sea water from warmer
Indian Ocean water. We also plan to sample the water surface near the sea ice
edge and during new formation of frazil ice.
6.3.5
Decomposition of Organic Matter and Early Diagenesis of Opal
(AWl)
The use of sediment parameters for the reconstruction of the climate history or
paleooceanographic developments is obscured by dissolution in the water
column and early diagenetic alterations during the sediment formation. The
composition of the interstitial water is a sensitive indicator for the evaluation of
these processes.
Box grab (GKG) and multi-corer (MC) samples of surface sediments will be
taken at Queen Maud Rise, Astrid Ridge and Gunnerus Ridge. Pore water
analyses of 02' N0 3 , pH and alkalinity will be performed on board.
Determinations of the 210Pb activity and the organic and inorganic carbon
content will follow on land. Diagenetic modelling of these data will provide
insight in the Corg-flux to the sediment and the microbial decomposition rate of
organic carbon.
The second geochemical topic of this cruise is the investigation of the early
diagenesis of opal. 3.5 kHz sub-bottom profiling records from various RV
"Polarstern"-expeditions document a strong seismic reflector, which extends
all over the Queen Maud Rise at 5-20 m subbottom depth. Results from Ocean
Drilling Program Sites 689 and 690, as well as from investigations of sediment
cores recovered by RV "Polarstern", indicate that this reflector is formed by a
porcellanite horizon. During the expedition this layer will be sampled by
- 116 -
gravity coring at selected sites. The content of Si, AI, N03 , O2 , pH and
alkalinity will be analyzed in the interstitial waters of these samples. In
connection with additional geological measurements and diagenetic and
thermodynamic modelling of the porewater data we will investigate the authigenic formation of porcellanite.
6.4
Bathymetric Survey with the Multi-Beam Sonar HYD ROSWEEP
(AWl)
A bathymetric survey of the seafloor will be carried out continuously during
Leg ANT VII 1/6. The new multibeam sonar system HYDROSWEEP will be
used, which covers a swath's width of about twice the water depth. The new
data will be combined with existing sounding profiles to achieve a complete
coverage for seafloor mapping. If geophysical profiling is interrupted, the gaps
between the widely spaced geophysical lines shall be covered with
HYDROSWEEP and PARASOUND sub-bottom profiling measurements.
A detailed mapping of a small area (approximately 10 X 10 sq. nm) is scheduled at particular geological stations and at oceanographic mooring sites
(Maud Rise, Astrid Ridge) to give fundamental scientific information about
topography and morphology of the site's vicinity. A map scaling 1:50,000 shall
be produced on board of the vessel.
Areas of low sedimentation shall be choosen in the Lazarev Sea for a test of
texture analysis. An attempt will be made to study the texture of the seafloor
from backscatter analysis of HYDROSWEEP signals.
The compilation of large-scaled bathymetric charts requires high accuracy in
the ship's position. The latter depends on the available navigation mode. If the
coverage of Global Positioning System (GPS) satellites results in a poor dilution of precision or if no GPS or NNSS-Transit satellites is available, navigation will be done by dead-reckoning. Precise ship position data are necessary for the post-processing of HYDROSWEEP. Therefore, correction of deadreckoned navigation data by means of satellite fixes will be done on board.
Isoline maps and three-dimensional perspective views of the seafloor topography and selected features are necessary to observe and to decipher interrelationships in marine geology and geophysics. To produce a precise map
scaling 1:50,000 aboard the vessel, a digital terrain model (DTM) of the sea
bottom has to be determined. Consequently the navigation and
HYDROSWEEP raw data are verified and corrected during the cruise.
6.5
Ice Remote Sensing (AWl)
The two main objectives of this program are (1) to continue efforts to collect
AVHRR high resolution coverage of the Weddell Sea for the full 1989-1990
austral summer season, and (2) to monitor ice conditions in the region of the
experiment. The latter is of interest both to support ship operations and to
investigate the satellite signature of new ice growth especially at the ice edge.
- 117 -
For this purpose the AVHRR HRPT receiving station on board "POLARSTERN"
will be operated throughout the cruise and the image data interpreted. The
possibility to receive ice charts based on other remote sensing data is also
being explored. Ancillary data for image interpretation to be obtained during
the cruise include a video record of ice conditions from helicopter and the
standard meteorological record.
Possible scientific results from this program include: (1) documentation of new
ice signatures in AVHRR imagery, (2) better understanding of the discrepancy
in ice edge delineation between AVHRR and passive microwave imagery, and
(3) increased data base for understanding ice production mechanisms at the
ice edge.
6.6
Biological Investigations
6.6.1
Higher Trophic Levels (VUB)
Seabirds and marine mammals will be counted at standard half an hour stations in order to quantitatively determine their distribution. Their density will be
determined and expressed as biomass, and the energy flow (food intake) calculated.
The results will be compared with the main water masses and fronts, defined
by water temperature and salinity. The ecological interpretation will take the
available information into account: chlorophyll and primary production, zooplankton and bacterial activity (provided by other teams) in order to detect differences of productivity and/or differences in the ecological structure of the
main water masses (relative roles of zooplankton and bacteria in recycling
primary production).
These autumn results will be compared with existing spring (EPOS 1) and
summer data.
6.6.2
Primary Production (VUB)
Primary production will be determined by the 14 C method under constant and
fluctuating light conditions, as well as chlorophyll pigments. These results will
be compared with data on zooplankton, bacteria and the higher trophic levels
in order to establish the basic ecological characteristics of the main water
masses in an autumn situation.
6.6.3
Ecotoxicology (VUB)
Samples will be taken for the determination of stable pollutants: organochlorines and heavy metals, mainly mercury, in the Antarctic ecosystems. Preliminary results show that the contamination can be as high as in the North Sea
when expressed per dry weight. This is due to the presence of lower phytoplanktonic biomasses. When expressed per water volume, the levels are 5 to
10 times lower.
- 118 -
On the other hand, organochlorine pesticides and PCBs are still massively
used in the developing countries of the southern hemisphere, causing still
increasing contamination of the Antarctic and the presence of "young"
residues like DDT in biological material.
6.6.4
Zoogeography and Systematics of Deep-Sea Crustaceens (FBO,
BOV)
During various expeditions with RV "Polarstern" between 1983 and 1988
Crustacea have been collected along the Antarctic shelf at depths between a
and 1000 meters. The taxonomical and zoogeographical analysis of this
material has led to a good knowledge of the composition of the shelf fauna.
Many species belong to genera and families that otherwise are only known
from the deep sea. This is an phenomenon known for many different groups of
invertebrates. Yet, not much is known about the deep sea fauna of the
Antarctic itself which could harbor the nearest relatives of the shelf fauna.
During ANT-VIII/6 box grab samples will be taken from a depth of about 2000
meters along the Astrid Ridge and Gunnerus Ridge in order to collect
copepods, tanaids and isopods. For the first time it will be possible to direct Iy
compare the Antarctic shelf and deep sea faunas.
Chiefly for Tanaidacea and Cumacea it is planned to take grab samples at
about 20 stations along the Astrid Ridge. These samples probably will reveal
an overview of the occurring species as well as of their more or less patchy
distribution.
Besides these autecological investigations additional zoogeographic aspects
are of special interest. An analysis of the relationship of the species found in
the deep-waters of that region most probably will lead to a better
understanding of the colonization of the Antarctic shelf area. If it really can be
established that the deep-sea species are phylogenetic older that those on the
Antarctic shelf the theory on the "polar emergence" might be the most likely
one.
6.6.5
Microbiology (AWl)
The bacterial communities in polar and also in other deep-sea regions must
be adapted to e.g. low temperatures and low (oligotrophic) nutrient concentrations of their habitats. Therefore, studies of bacterial adaptations to extreme
environmental conditions are the main objective of the investigations during
this cruise. At about 15 stations, determinations of the biomasses, activities
and structures of the bacterial communities from the water column and the
sediments will be performed on board. For biomass estimations, Acridine
Orange Direct Counts, Most Probable Number (MPN) methods, ATP
determinations and colony counts are planned. The activity of the native
bacterial floral will be determined with the MPN-method by cultivating in
oligotrophic and nutrient-rich (copiotrophic) media with different substrates
(e.g. acetate, glutamate, glucose, mixture of proteins). For determinations of
their community structures and taxonomic relationships, bacteria will be
isolated from oligotrophic and copiothophic media. With some selected
- 119 -
bacterial strains and comparative isolates from other cold regions, molecular
biological studies of chromosomal DNA, plasmid-DND and low molecular
weight RNA will be done to clarify the adaptation mechanisms and the
evolution of these adaptations in bacteria from extreme habitats.
- 120 -
7
Leg Capetown - Bremerhaven (ANT VI 11/7)
7.1
Overview
Leg 7 of R.V. "Polarstern" commences on 30 April
terminated in Bremerhaven on 22 May 1990. The
on the investigation of inorganic and organic
atmosphere, in water and organisms. The scientific
-
1990 at Cape Town and is
main emphasis will be laid
trace compounds in the
goals are:
sulfur compounds in phytoplankton, water and in the atmosphere,
volatile halogenated compounds in surface water and the atmosphere,
nutrients,
heavy metals in water and organisms.
The results of the various working groups will be jointly evaluated in order to
better quantify the sea-air exchange of trace compounds and to improve the
knowledge of their formation and distribution in the South and North Atlantic.
7.2
Sulfur containing organic compounds accumulated in phytoplankton (FCB)
Dimethylsulfoniumpropionate (DMSP) is accumulated in various species of
the phytoplankton. It is the precursor of dimethylsulfide (DMS) the most
important volatile sulfur compound in the surface waters of the oceans. In
addition to data obtained during a cruise in the S- and N-Atlantic in 1989 (ANT
ViliS) the correlation of species distribution of the phytoplankton and the
DMSP-content will be investigated. The chlorophyll content as a basis of
phytoplankton concentration and its relation to the DMSP content will be
compared with ATP-measurements as an indicator for total biomass.
7.3
Adenosine triphosphate in micro- and zooplankton (AWl)
As a central compound of energy metabolism all living cells contain
adenosinetriphosphate (ATP). Since ATP-Ievels in a number of organisms are
well established, determinations of ATP offer the possibility to measure
biomass. After the extraction of ATP from corresponding samples,
measurements are performed by using the luciferine-Iuciferase system. This
method will be used for the development of dimethylsulfide from dimethylsulfoniumproprionate in connection with the working group on "organosulfur
compounds in phytoplankton". Additionally a survey on the distribution of ATP
in zooplankton organisms will be completed.
7.4
Volatile organohalogen compounds in the atlantic ocean and
marine troposphere
During the "Polarstern" cruise ANT VIII/7 Cape Town-Bremerhaven it is
planned to measure horizontal concentration profiles of organobromine
compounds like CH3Br, CBrF3, CBrCIF2 and others. CBrF3 and CBrCIF2 are
probably the most important source gases for stratospheric bromine radicals
- 121 -
and are even effective catalysts for ozon destruction because of their UV
absorption characteristics, etc.
The air samples will be cryogenically enriched with liquid Argon and analysed
by gaschromatography with electron capture detection. For investigations of
the exchange of trace compounds with the hydrosphere surface water
samples will be purged with Helium followed by cryogenic enrichment and
gaschromatographic analyses of volatile compounds. Additionally, enriched
air and water samples will be taken for further investigations by GC-FTIR
spectroscopy in the AWl laboratories at Bremerhaven.
7.5
Determination of nutrients (AWl)
During the cruise ANT ViliS nutrients have been analysed continuously in the
surface waters (7 m depth). In order to get additional information
representative samples will be taken on this cruise. The samples will be
preserved and the determination of nitrate, nitrite, phosphate and silicate will
be performed later in Bremerhaven.
The samples will be collected parallel to the heavy metal sampling, because it
is known that nutrients and phosphate in particular, frequently correlate with
certain heavy metal concentrations.
7.6
Heavy metals in water and orQanisms (AWl)
Surface water:
The distribution of trace metals in surface waters of the South Atlantic is mostly
unknown while several papers have been published in recent years about the
North Atlantic. Earlier it was assumed that these results could be transfered to
the South Atlantic. But now it becomes evident (see results from ANT VIliS) that
there exists a strong north-south-gradient in anthropogenic influenced metals
like lead.
Concerning cadmium seasonal differences, connections to nutrient cycles and
upwelling areas are also to be considered. Copper belongs to those metals
which are partly complexed even in the open sea corresponding to DOC
concentrations.
A quantitative determination of the three mentioned metals and the
differentiation of copper and perhaps cadmium into inorganic and organic
fractions will be accomplished by voltammetry using a rotating electrode.
Analyses will be carried out immediately after sampling in the clean-room
container of the AWl.
Further treatments (irradiation etc.) and analyses will be continued at the
institute's laboratories and a fluorimetric analysis of aluminium contents taken
as a geochemical parameter is planned.
A further series of heavy metal analyses with fluid-fluid extraction followed by
Zeeman-AAS-measurements in the graphite tube will be done. First analytical
steps will be carried out on board ship.
- 122 -
The sampling of surface water will be realised with the aid of the continuously
pumping snorkling system. For comparison samples will be taken once a day
via the bow beam with all teflon MERCOS-samplers.
Deep water:
12 deep water series are planned. These shall be located partly in deep sea
areas, partly within or in the vicinity of upwelling areas.
The deep water series of ANT VIliS have shown that there are strong
differences in the distribution of copper species in the water column. Of special
interest is the upper part of the water column down to 1500 m.
The deep water series in the North Atlantic shall moreover demonstrate
possible inhomogenities of the lead distribution in the water column caused by
decreasing input via the atmosphere.
Metal concentrations in sea water will be correlated with nutrient
concentrations and with metal contents of parallely caught plankton
organisms.
7.7
Heavy metal distribution in neuston and deeper plankton (AWl)
Marine plankton organisms decisively interact by active and passive uptake
and release with the geochemical cycle of metals. Essential as well as nonessential trace elements are taken up by flora and fauna in the euphotic zone
and transported downwards together with the sinking organisms and their
excretion products. For better understanding of these processes basic data are
needed concerning heavy metal contents of the different plankton taxa in dependence of their metal environment.
Twice daily (20 min before sunrise and 20 min after sundown) neuston
organisms shall be caught by neuston sledge. Towing time is always 15 min at
4 knots.
At the deep stations plankton samples will be sampled at different horizons.
The organisms will be sorted alive under binocular microscopes, grouped into
different taxa and deep frozen. Following freeze drying and acid digestion in
pressure bombs AAS analyses will will be carried out in the laboratory.
7.8
Dynamics of trace metals between particulate and dissolved
~(AWI)
Suspended matter plays an important role in the regulation of trace metal
contents in sea water and the metal availability for organisms. A region of
special importance is the part of the Atlantic which is influenced by dust inputs
from North Africa.
Sufficient quantities of the strongly diluted suspended matter in the open are
difficult to gather. A new continuous centrifuge made from titanium and teflon
in all parts in contact to sea water will allow the sampling of large amounts of
- 123 -
suspended matter. The samples will be analysed for metals, chlorophyll and
geochemical parameters.
7.9
Sulfur from marine phytoplankton as a geophysiological climate
regulator (MPIM)
In the recent decade the role of marine phytoplankton as a source of sulfur to
the atmosphere has been established through the field work for many groups
in and over many oceans of the world. It is generally accepted that OMS is the
dominant carrier of gaseous sulfur from the ocean to the atmosphere, with a
flux ranging between 20-50 Tg sulfur/yr.
From the field measurements evidence exists on:
1. Marine phytoplankton as the source of dissolved OMS in seawater:
- OMS is produced in seawater by cleavage of Oimethylsulfoniumpropionate (OMSP), OMSP has been identified in a variety of marine
algae and in seawater.
- The distribution of OMS and OMSP in seawater closely resembles the
distribution of marine productivity and phytoplankton abundance.
2. The evasion of OMS into the marine atmophere:
OMS and its atmospheric products S02, methane sulfonic acid (MSA)
and non seasalt-sulfate (NSS) aerosol are present in the marine
atmosphere.
The atmospheric abundance of these sulfur compounds is largely
consistent with model predictions, taking into consideration their known
sources and sinks.
The atmospheric abundance of some of these sulfur compounds is
positively correlated with dissolved marine OMS or the primary
productivity of the underlying waters.
3. Marine OMS as a source of aerosols which are relevant to cloud physical
processes in the marine atmosphere:
- e.g. NSS-aerosol and condensation nuclei (CN), both exhibit
seasonalities in their abundance in southern hemisphere marine
airmasses which can largely be explained from seasonalities of the
marine OMS emission and atmospheric photochemistry.
- Cloud condensation nuclei (CCN), the abundance, size distribution, and,
most likely, composition of which is identical with NSS.
The abundance of CCN in the marine atmosphere controls the reflectivity
(albedo) of marine cloud cover and thus the radiation budget and surface
temperature of the ocean. As these two parameters may have influence on
phytoplankton populations and OMS productivity in the ocean, a
geophysiological mechanism for climate regulation may exist.
The potential of such a mechanism will be investigated by simultaneous
measurements of marine and atmospheric OMS, NSS, and CCN. Recently a
suitable CCN-instrument was developed, which, for the first time, allows
simultaneous in-situ measurements together with the sulfur species.
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