Wir feiern 60 Jahre Polarwissenschaft

Es feiert in diesem Jahr 60 Jahre erfolgreiche Wissenschaft. Während sein neues Forschungsschiff – die RRS Sir David Attenborough – zu einer neuen wissenschaftlichen Saison in die Antarktis aufbrach, erklärt Elaine Fitzcharles, Senior Lab Manager, wa

Das Vereinigte Königreich blickt auf eine lange Geschichte antarktischer Entdeckungen und wissenschaftlicher Bemühungen zurück. Der British Antarctic Survey wurde 1962 offiziell gegründet, hat sich jedoch seitdem in Größe und Umfang erheblich weiterentwickelt. Mittlerweile ist das Unternehmen in Cambridge, der Antarktis und der Arktis tätig.

Die Durchführung weltweit führender interdisziplinärer Forschung in den Polarregionen erfordert umfangreiche und spezielle logistische Fähigkeiten und Know-how. BAS beschäftigt rund 500 Mitarbeiter in wissenschaftlichen, operativen und unterstützenden Funktionen mit Fachkenntnissen in verschiedenen Disziplinen. Es verfügt über fünf Forschungsstationen in der Antarktis, darunter zwei im subantarktischen Südgeorgien, sowie eine Forschungsstation in der Arktis, die von NERC finanziert und von BAS verwaltet und betrieben wird. Es gibt auch viele Schiffe und Fahrzeuge, darunter das eisverstärkte Royal Research Ship – RRS Sir David Attenborough, und eine Flotte speziell angepasster Flugzeuge und Fahrzeuge. Die Polarforschungsinfrastruktur dient sowohl den eigenen Wissenschaftlern als auch anderen Wissenschaftlern aus der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft. Um bei der Erforschung dieser Regionen an der Spitze zu bleiben, ist auch Forschungsausrüstung von höchster Qualität erforderlich.

Wissenschaft auf See

Die RRS Sir David Attenborough ist eines der fortschrittlichsten Polarforschungsschiffe der Welt. Das hochmoderne Schiff ist für die Unterstützung wissenschaftlicher Forschung in extremen Umgebungen konzipiert. Eine breite Palette spezialisierter wissenschaftlicher Einrichtungen, Instrumente und Labore ermöglicht Untersuchungen des Ozeans, des Meeresbodens, des Eises und der Atmosphäre

Elaine Fitzcharles, Senior Lab Manager, überwacht die Entwicklung und den Betrieb aller Laboreinrichtungen im BAS-Portfolio. Sie und ihr Team waren für die Ausstattung der neuen Schiffslabore verantwortlich. Sie leitet nun die Leitung der Versorgung und den reibungslosen Betrieb der Bordlabore während der Expeditionen.

„Was die Ausstattung betrifft, ist die RRS Sir David Attenborough eher eine schwimmende Forschungsstation als ein Forschungsschiff“, bemerkte sie. „Seine Kapazität ist erstaunlich. Wir verfügen über Einrichtungen an Bord, die wir noch nie zuvor hatten. Und es kann länger auf See fahren als jedes unserer anderen Schiffe, was uns die Möglichkeit eröffnet, in Gebiete zu fahren, in denen wir noch nie zuvor waren.

„Das Schiff bietet eine wirklich gute Plattform für den Start ferngesteuerter Fahrzeuge wie Drohnen, unbemannte Luftfahrzeuge, Auto-U-Boote usw.“, fuhr sie fort. „Diese können weiter entfernte Gebiete erreichen, ohne dass sich der Energieverbrauch wesentlich erhöht, was für uns von entscheidender Bedeutung ist.“

Die Antarktis ist einer der ganz wenigen Orte auf dem Planeten, wo man noch einige natürliche Dinge finden kann, die die Menschen noch nie zuvor gesehen haben.

„Es ist enorm vielversprechend, an neue Orte vordringen zu können, unter das Eis schauen und sehen zu können, was sich auf dem Meeresboden befindet“, sagte Elaine. „Als Biologe ist es wirklich spannend zu wissen, dass wir mit den neuen Einrichtungen an Bord die Fähigkeit haben, Dinge zu tun, die wir noch nie zuvor getan haben. Unsere Wissenschaftler können auf dem Schiff weitere Analysen durchführen. So können wir nun frisches Material analysieren, anstatt es konservieren zu müssen. Und die Wissenschaftler können die Produktivität ihrer Zeit durch längere Kreuzfahrten optimieren.“

„Die Ausstattung des Schiffes war für mich interessant, weil ich es bisher gewohnt war, an Land in Laboren zu arbeiten“, bemerkte sie. „Man muss die Terminologie im Zusammenhang mit Schiffen verstehen, die völlig anders ist. Und es gibt unterschiedliche Regeln und Vorschriften, die manchmal eine fachkundige Interpretation erfordern.“

Arbeiten an den Wellen

Die Ausrüstung für das Labor musste sorgfältig ausgewählt und unter Berücksichtigung der Schiffsbewegung gesichert werden. „Eine der wichtigsten praktischen Überlegungen bei jeder Ausrüstung ist, dass man die Bewegung und die Vibrationen des Schiffes wirklich berücksichtigen muss“, erklärte Elaine. „Als Schiff ist es eine sehr stabile Plattform, aber sie bewegt sich trotzdem.“

Es gibt bestimmte Ausrüstungsgegenstände, die an Bord eines Schiffes nicht verwendet werden können oder sich als sehr schwierig erweisen. Dinge wie Waagen sind nicht praktikabel, weil ihnen die Stabilität fehlt. Sämtliche Geräte im Labor müssen befestigt werden. Und alle in der Forschung verwendeten Chemikalien müssen an Ort und Stelle gehalten werden.

„Es ist eine andere Arbeitsweise, die viel Vorbereitung erfordert“, sagte Elaine. „Wir müssen sicherstellen, dass die Wissenschaftler auf der Expedition alles dabei haben, was sie brauchen.“

Durch die eingehende Berücksichtigung ihrer Bedürfnisse und der Herausforderungen, mit denen ihre Wissenschaftler konfrontiert sind, sowie insbesondere der Umweltprobleme bei der Arbeit im Rahmen des Antarktisvertrags hat BAS Erfahrungen in der nachhaltigen Wissenschaft gesammelt.

„Wir werden oft von anderen Wissenschaftlern angesprochen und fragen, welche Verbrauchsmaterialien aus Gründen der Haltbarkeit und der Umwelt am besten zu kaufen sind“, sagte Elaine. „Es gibt bestimmte Dinge, die wir auf einer Expedition nicht mitnehmen können. Zum Beispiel elementares Quecksilber, das in einigen Thermometern verwendet wird. Solche Dinge erhöhen die Komplexität der Planungswissenschaft.“

„Eine der größten praktischen Überlegungen bei jeder Ausrüstung ist, dass man die Bewegung und die Vibrationen des Schiffes wirklich berücksichtigen muss.“

Kompaktes Labordesign

Größe und Platz sind auf einem Schiff besonders begrenzt, da es keine Möglichkeit gibt, die Einrichtungen physisch zu erweitern. Obwohl die RRS Sir David Attenborough ein viel größeres Schiff ist als die früheren Forschungsschiffe des British Antarctic Survey (RRS Ernest Shackleton und RRS James Clark Ross), ist die Größe immer noch begrenzt.

„Wir mussten sicherstellen, dass wir den Raum, den wir an Bord haben, sowohl während der Entwicklung als auch im täglichen Gebrauch bestmöglich nutzen. Daher war es ein Problem, das Schiffslabor so kompakt wie möglich auszustatten“, sagte Elaine. „Darüber hinaus haben wir uns gezielt zukunftssicher aufgestellt. Dieses Schiff soll in den nächsten 25 bis 30 Jahren der Wissenschaft dienen. Deshalb mussten wir sicherstellen, dass wir die richtigen Dinge für die Zukunft einbeziehen.“

Wartung von Laborgeräten in einer Meeresumgebung Beim Betrieb eines Labors im Meer sind bei der Wartung der Geräte besondere Überlegungen anzustellen.

„Man kann keinen Ingenieur mit auf das Schiff nehmen, wenn es auf einer Expedition ist. Deshalb muss man sicherstellen, dass die Wissenschaftler an Bord über ausreichende Vorräte an Verbrauchsmaterialien, etwaigen Ersatz- und Serviceteilen sowie umfassenden Servicehandbüchern verfügen.“ " Sie sagte. „Es ist wichtig, wirklich gute Unterstützung von Lieferanten im Vereinigten Königreich bei allen Reparaturen zu haben, die notwendig sein könnten, während die Wissenschaftler auf See sind. Die Besatzung unseres Schiffes ist hochqualifiziert, sodass ihre Fähigkeiten an Bord verfügbar sind. Sie benötigen jedoch die Unterstützung der Lieferanten, um zu wissen, wie bestimmte Reparaturen durchgeführt werden können. Und wenn ein Gerät ausfällt, könnte möglicherweise eine ganze Wissenschaftssaison verloren gehen, was ein schwerer Schlag ist. Sie müssen darauf vertrauen können, dass sie die Wissenschaft liefern können.“

„Zuverlässigkeit ist der Schlüssel. Wir brauchen zuverlässige Lieferanten. Wir müssen wissen, dass die Dinge funktionieren werden. Dass die Dinge bei Bedarf dort sind, wo sie sein müssen. Wir müssen dem vertrauen können, was wir an Bord aussenden“, fuhr sie fort. „Letztendlich sind wir dafür verantwortlich, die Sicherheit der Menschen zu gewährleisten, daher ist Zuverlässigkeit in allem von grundlegender Bedeutung.“

Eingeschränkter Zugang

Die größte Herausforderung für Elaine und ihr Team ist die Notwendigkeit, aus der Ferne zu arbeiten – die Wissenschaft von Cambridge im Vereinigten Königreich aus zu verwalten und nur begrenzten Zugang zum eigentlichen Schiff zu haben.

„Wir haben zweimal im Jahr Zugang zum Schiff, wenn es in Großbritannien ist“, erklärte Elaine. „Wir müssen sicherstellen, dass wir alles für diesen Zugang geplant und vorbereitet haben. Darüber hinaus unterstützen wir die Menschen auf dem Schiff und an den Stationen kontinuierlich, aber die Entfernung ist eine Herausforderung. Das macht es interessant, ist aber dennoch herausfordernd. Und auch wetterbedingt sind wir mit Einschränkungen konfrontiert, die in letzter Minute eine Änderung unserer Pläne erforderlich machen können.“

„Darüber hinaus war COVID-19 eine besondere Herausforderung, wenn es darum ging, Menschen von einer Seite des Planeten auf die andere zu bringen“, fügte sie hinzu. „Wir erleben immer noch die Auswirkungen der Pandemie und müssen darüber nachdenken, wie wir die Menschen ein- und aussteigen lassen und sie COVID-sicher halten können?“

Testausrüstung an Bord

Die RRS Sir David Attenborough hat im Februar und März polarwissenschaftliche Tests durchgeführt, um die wissenschaftlichen Fähigkeiten des Schiffes zu testen.

„Das Schiff führte dieses Jahr Polarwasserversuche durch, was bedeutet, dass die Wissenschaftler an Bord die Leistungsfähigkeit des Schiffes testen werden, um sicherzustellen, dass wir die beste Plattform für die zukünftige Wissenschaft haben.“

An Bord des Schiffes sind Experten für physikalische Ozeanographie, pelagische und tiefe benthische Biologie, die das Leben in der Wassersäule bzw. am Meeresboden untersuchen werden. Andere wiederum werden sich mit dem „blauen Kohlenstoff“ befassen – Kohlenstoff, der im Ozean eingefangen wird. Eine weitere Gruppe auf dem Schiff wird den Einfluss von Spurenmetallen wie Eisen auf die Polarbiologie erforschen. Darüber hinaus werden während der gesamten Antarktis-Forschungssaison ozeanografische Daten gesammelt, damit BAS sehen kann, wie sich die Strömungen ändern, und Änderungen der Temperatur und des Salzgehalts überwachen kann.

„Es geht vor allem darum, herauszufinden, was in der Antarktis passiert, denn das hat Auswirkungen auf den Rest der Welt“, sagte Elaine. „Alles hängt in irgendeiner Weise mit dem Klimawandel zusammen, egal ob wir beobachten, was passiert, oder ob wir beobachten, wie sich die Dinge verändert haben oder wie sich die Dinge anpassen können.“

„Wir werden viele Proben sammeln – Meerwasser, Sedimentproben vom Meeresboden und alle Wirbellosen im Wasser. Gelegentlich bekommen wir einige Fische, aber hauptsächlich sind es wirbellose Meerestiere. Wir müssen wissen, was wir brauchen, um das aktuelle Ökosystem zu verstehen“, sagte Elaine. „Außerdem werden wir alles von den Stationen zurückbringen, was das ganze Jahr über gesammelt wird – Pflanzen, weiteres Sediment, Material wie Federn von Seevögeln, Proben von Robben wie Kot und Pinguin-Guano.“ Und dieses Mal natürlich auch Eis.“

Proben konservieren

Für komplexere Analysen müssen viele Proben aufbewahrt und zur weiteren Untersuchung nach Großbritannien oder an einen anderen Ort für andere internationale Kooperationen zurückgebracht werden.

„Wir müssen Proben bei -80 °C zurückbringen, weil antarktische Organismen sehr gut an das Leben in der Kälte angepasst sind. Durch die Lagerung bei -20 °C werden ihre Enzyme nicht deaktiviert und das Probenmaterial wird zersetzt“, erklärt Elaine. „Einige der Organismen könnten bei -20 °C (im Winterschlaf) noch am Leben sein. Daher ist es für uns von entscheidender Bedeutung, über eine Möglichkeit zur Konservierung bei -80 °C zu verfügen, insbesondere da jetzt fortgeschrittenere Analysen erforderlich sind.“

„Da wir viel Zeit und Geld investiert haben, damit die Menschen diese Proben sammeln können, müssen wir sicherstellen, dass wir die besten Bedingungen bieten können, um sie nach Großbritannien zurückzubringen“, fügte sie hinzu. „Wir brauchen höchste Zuverlässigkeit. Als wir uns für 80-°C-Gefrierschränke für das Schiffslabor entschieden haben, haben wir auf Energieeffizienz und Doppelkompressoren geachtet, um höchste Zuverlässigkeit in der Leistung zu gewährleisten, denn wenn wir ein Problem haben, sind unsere Möglichkeiten begrenzt. Deshalb mussten wir diese beiden Faktoren gegeneinander abwägen – Energieeffizienz ist für uns von zentraler Bedeutung und das Doppelkompressorsystem bietet zusätzliche Sicherheit.“

BAS verfügt über Material im Wert von mindestens zwei Jahrzehnten, das in Gefrierschränken mit -80 °C gelagert wird.

„Ich glaube, das älteste Material, das wir haben, ist etwa 20 Jahre alt“, sagte Elaine. „Das ist also eine Menge Wissenschaft, die wir bewahren! Es ist ein bedeutender Rekord. Es spiegelt den Wert dessen wider, was Menschen im Rahmen von Langzeitüberwachungsstudien tun, um wirklich zu verstehen, wie insbesondere Organismen in der Antarktis von Temperaturänderungen und Änderungen des CO2-Gehalts betroffen sind, um zu erforschen, wie sie ihren Stoffwechsel beeinflussen, und um ihre Genetik zu untersuchen um zu versuchen, die Auswirkungen auf Schlüsselarten wie Krill zu verstehen.“

„Krill ist die grundlegende Grundlage der Nahrungskette für alle höheren Raubtiere und ein wichtiger Bereich, in dem wir langfristig viel Forschung betreiben“, fuhr sie fort. „Die Proben müssen bei -80 °C zurückkommen, sonst zersetzt es sich.“ Es zersetzt sich, sobald Sie es aus dem Gefrierschrank nehmen. Die Möglichkeit, Material zurückzubringen und bei -80 °C zu lagern, hat es uns ermöglicht, Wissenschaft zu betreiben, die wir aufgrund der Organismen, mit denen wir arbeiten, sonst nicht möglich gewesen wären.“

Lagerung für maximalen wissenschaftlichen Wert

Die RRS Sir David Attenborough verfügt über Schiffsingenieure, Datenmanager und IT-Spezialisten an Bord, um sicherzustellen, dass das Schiff sein Bestes gibt. Und dass alles und jedes gesammelt wurde … von Proben bis hin zu Daten …. ordnungsgemäß aufbewahrt wird, damit es den größtmöglichen wissenschaftlichen Wert hat.

„Um etwas in dieser Größenordnung zu betreiben, braucht man ein umfassendes und vielfältiges Team, um sicherzustellen, dass man für das, was man tut, das beste Preis-Leistungs-Verhältnis erhält“, sagte Elaine. „Wir müssen sicherstellen, dass wir uns wirklich gut mit den verschiedenen Teams und Lieferanten integrieren, aber es ist eine sehr, sehr aufregende Zeit für uns, zu sehen, wie das Schiff und das Team ihr Potenzial tatsächlich ausschöpfen.“