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Tiefsee

Tiefseeforschung.

Die Tiefseeforschung hat mit besonders großen Schwierigkeiten zu kämpfen, weil man die Tiefsee nicht selbst in persona untersuchen und auch nicht einmal die versenkten Instrumente auf ihr exaktes Funktionieren beobachten kann; es gilt dies besonders von der Erlangung der Tiefseetemperaturen, Tiefseewasserproben und dem Arbeiten mit dem Tiefseeschließnetz. Die Tiefen, um die es sich handelt, überschreiten im allgemeinen 200 m oder 100 englische Faden und können mehr als 9000 m erreichen.

An jeder Station, wo weitergehende Untersuchungen ausgeführt werden sollen, muß zunächst eine Tiefenmessung (Bathometrie, Bathymetrie) ausgeführt werden. Bei ganz geringer Tiefe wird die Messung mit dem Peilstab, bei größerer mit dem Lot ausgeführt. Während die Alten sich mit Schätzungen der Tiefe des Meeres begnügten und annahmen, daß die größten Meerestiefen den höchsten Erhebungen der Gebirge entsprechen, fing man im Mittelalter an, geringere Tiefen mit dem Handlot oder dem Senkblei zu messen. Die Lotleinen der großen Entdecker sollen nur 200–400 m Länge besessen haben. Den ersten vergeblichen Versuch, im offenen Ozean eine Lotung auszuführen, machte Magalhães 1521 mit einer nicht längern Lotleine. Dagegen erreichte John Ross 1818 in der Baffinbai mit einer Tiefseezange und einem 6 Ztr.-Gewicht den Meeresboden bei 1970 m. Gegenwärtig bedient man sich, wenn man von einem stilliegenden Fahrzeug aus arbeiten kann, für Tiefen bis 100 m des gewöhnlichen Handlots, eines kegelförmigen, 4–6 kg schweren Bleigewichts, das an einer in Faden oder Meter eingeteilten Leine von etwa 2 cm Umfang auf den Meeresgrund hinabgelassen wird. Um gleichzeitig eine Probe des Meeresbodens mit hinaufzubringen, ist es am Boden mit einer Höhlung versehen, die beim Legen mit Talg ausgefüllt wird, an dem Teile des Meeresbodens haften bleiben. Für die Messung größerer Tiefen als 100 m verwendet man polierten Stahldraht von etwa 0,6–0,9 mm Durchmesser, weil solcher Draht bei großer Bruchfestigkeit nur sehr geringer Reibung im Wasser begegnet, und läßt außerdem die Sinkgewichte (von nur 15–30 kg Schwere) durch eine besondere Schlippvorrichtung am Meeresgrunde abfallen, wenn es sich um Tiefen von etwa 1000 m und mehr handelt; das Einholen des Drahtes wird dadurch wesentlich erleichtert. Um das Verbleiben des Lotgewichtes auf dem Grunde zu ermöglichen, sind verschiedene Konstruktionen ausgeführt worden. Das älteste, historisch interessante Lot dieser Art, das Brookesche Tieflot (Fig. 1), besteht aus einer durchbohrten Kanonenkugel A, durch die ein Stab B mit zwei beweglichen Armen C an seinem obern Ende gesteckt ist. Die Arme sind, wenn das Instrument hängt, nach oben gerichtet und so mit der Leine a verbunden. An zwei Haken dieser Arme hängt ein Band b, das um die Kugel herumgeht und sie trägt. Stößt der Stab nun auf den Meeresboden, so klappen die beweglichen Arme zurück, und infolgedessen gleitet das Band von den Haken, und die Kugel löst sich los. Eine Verbesserung des Brookeschen repräsentiert das Sigsbeesche Tieflot (Fig. 2 u. 3), bei dem die Aufhängung des Abfallgewichts nur an einem durch eine Feder bewegbaren Arm stattfindet; am Ende der Lotspindel fügt man bis zu 2 m lange, aber nur 2–3 cm weite Röhren an, die einen zylindrischen Ausschnitt des meist weichen Bodenschlammes herausstechen und heraufbringen._– Die Benutzung des Stahldrahtes, der nicht wie die Hanfleinen »gemarkt« werden kann, setzt voraus, daß der Draht bei dem Wegfieren über ein Meßrad von bekanntem Umfang (etwa 1 m) läuft, und daß die Umdrehungen dieses Meßrades durch ein Zählwerk gezählt werden: dadurch kennt man die Länge der jeweils draußen befindlichen Drahtleitung. Man wickelt den Lotdraht in einer Länge von 6–10000 m (je nach den zu erwartenden Tiefen) auf eine starke stählerne Trommel und gelangt so zu einer Lotmaschine (Fig. 4). a ist das erwähnte Meßrad, b der Zähler, c die Vorratstrommel, von der der Draht sich unter dem Zug des eisernen Sinkgewichtes abspult. Die Berührung des Grundes erkennt man an dem Stillstand der Trommel; dieser Stillstand wird aber nur dann erreicht, wenn man das bei großen Tiefen recht erhebliche Eigengewicht des Drahtes durch eine Bremse sozusagen kompensiert, so daß in jedem Augenblick nur das Sinkgewicht eine Zugkraft ausübt. Bei Meerestiefen von 5–6000 m fällt das Lot samt Gewicht etwa 40–45 Min. lang, bis der Grund erreicht ist. Das Einholen des Drahtes findet ausschließlich mit Maschinenkraft statt. Die neuern Tiefsee-Expeditionen und die Kabeldampfer haben es zu einer großen Sicherheit im Erloten der größten Meerestiefen gebracht.

Alle vorstehenden Angaben beziehen sich auf Messungen vom stilliegenden Schiffe aus. In der Schiffahrt ist es aber oft erwünscht, mäßige Tiefen (bis zu höchstens 200 m) während der Fahrt messen zu können. Hierzu dient das Thomsonsche pneumatische oder Patentlot, das an Bord selbst der schnellsten Schiffe ausgezeichnete Dienste leistet. Es mißt die Tiefe aus dem mit ihr zunehmenden Wasserdruck. Mit einem gewöhnlichen Lot wird nämlich eine zylindrische, oben hermetisch verschlossene, unten offene und an der Innenwand mit chromsaurem Silber belegte Glasröhre versenkt. Je größer die Tiefe, desto mehr wird die in der Röhre befindliche Luft durch den darauf lastenden Druck zusammengedrückt, und desto weiter dringt das Seewasser in dieselbe ein und färbt den innern roten Belag weiß, und zwar ist es einerlei, ob die Röhre genau senkrecht oder schräg heruntergeht, da immer nur der Druck der senkrecht über der untern Öffnung stehenden Wassersäule maßgebend ist. Durch Messen der Länge des entfärbten Teiles mit einem, besondern zugehörigen Maßstab findet man die Tiefe, die das Lot erreicht hat. Auf demselben Gedanken, den Druck des Wassers zum Messen mäßiger Tiefen zu benutzen, beruht auch Rungs Patentlot, das eine nützliche Abart des Thomson-Lotes darstellt.

Alle andern Versuche, auf indirektem Wege die Meerestiefen zu messen, und solche Versuche sind zahlreich und zum Teil in geistvoller Weise gemacht, haben es zu einer nutzbringenden Verwendung in der Praxis nicht gebracht oder sind gar nicht über das Versuchsstadium hinausgelangt. Eine besondere Erwähnung verdient immerhin der sehr geniale Apparat von William Siemens, der freilich eine tatsächliche Benutzung nicht gefunden hat. Je größer die Tiefe, auf der sich ein Schiff befindet, desto weiter ist es von der festen Erdrinde entfernt, desto geringer muß also die Anziehungskraft der letztern auf die Gewichte des Schiffes sein. Diese mit der Tiefe wechselnde Gewichtsänderung macht Siemens durch ein besonders subtiles Mittel bemerkbar. Sein Apparat besteht im wesentlichen aus einer senkrechten Quecksilbersäule in einer Stahlröhre, die an beiden Enden tellerartig erweitert ist. Die untere Erweiterung schließt mit einem wellig gebogenen dünnen Stahlblech, und das Gewicht des Quecksilbers wird balanciert durch die Elastizität von zwei Spiralfedern, die auf dem Mittelpunkt des Bleches aufsitzen und so lang sind wie die Quecksilbersäule. Das Instrument ist so aufgehängt, daß es stets in vertikaler Lage verharrt. Die Ablesung erfolgt durch einen elektrischen Kontakt, der zwischen dem Ende einer Mikrometerschraube und dem Mittelpunkt der elastischen Scheibe angebracht ist. Mit der Anziehungskraft der Erde ändert sich das Gewicht des Quecksilbers, und die Schwankungen des Instruments sind so bemessen, daß die durch einen Faden Tiefe (1,83 m) hervorgebrachte Verminderung der Schwere je einem Grade der Skala entspricht. Hat man die Tiefe bestimmt und bei der Tiefenlotung zugleich auch eine Grundprobe erhalten, die uns Aufschluß über die Beschaffenheit des Meeresbodens gibt, so ist die nächste Aufgabe, die Wärmeverhältnisse der Tiefsee mittels verschiedener Tiefseethermometer (s. Tafel Thermometer mit Text) festzustellen sowie behufs chemischer Untersuchung Wasserproben mit Hilfe sehr verschiedenartig konstruierter Tiefseewasserschöpfer heraufzubringen. Der Meyersche Apparat (Fig. 5 u. 6) besteht in der Hauptsache aus einem Messingzylinder (für einen Inhalt von 1–4 Lit.), der mittels einer besondern Auslösevorrichtung oben und unten durch Metallplatten mit konischen Randflächen verschlossen wird, und zwar findet der Verschluß in der Weise statt, daß man von obenher ein eisernes Fallgewicht c (Fig. 6) auf die elastische Gabel d d sendet; die Endspitzen der Gabel streifen dabei die Schnüre, an denen der Zylinder hängt, von den kleinen Zapfen ab: der Apparat ist geschlossen (Fig. 6) und Tiefenwasser innen abgesperrt. Man kann also mit diesem Apparat immer nur aus einer Tiefe gleichzeitig Wasser heben. Bequemer sind die Sigsbeeschen Wasserschöpfer (Fig. 7), bei denen der Verschluß des Zylinders b durch zwei Ventile (nur das obere [a] ist sichtbar) mittels des Schraubenpropellers c selbsttätig beim Beginn des Einwindens der Seilleitung herbeigeführt wird; hier kann man natürlich in beliebigen Abständen beliebig viele Wasserschöpfer anbinden und dann alle auf einmal heraufwinden, weil ein Fallgewicht entbehrlich ist, und gewinnt damit eine ganze Reihe Wasserproben aus verschiedenen Tiefen.

Für chemische Untersuchungen muß man Gewicht darauf legen, das Tiefenwasser mit möglichst derjenigen Temperatur zur Meeresoberfläche heraufzubringen, die es an Ort und Stelle hat; es ist dies besonders für die Bestimmungen seines Gehalts an Gasen, z.B. Sauerstoff, Kohlensäure etc., wichtig. Die bisher genannten Wasserschöpfer sind nun so wärmedurchlässig, daß das Tiefenwasser sich in den obern warmen Schichten während des Heraufholens vollständig erwärmt und meist nur für die Bestimmung des Gehalts an Mineralbestandteilen etc. verwendbar ist. Der Petterssonsche Wasserschöpfer (Fig. 8 offen, Fig. 9 geschlossen) dient nun dazu, unter Benutzung der hohen spezifischen Wärme des Wassers oder der großen Trägheit des Wassers gegen Wärmeänderung, die Temperatur in situ auch dem heraufgebrachten Wasser möglichst zu erhalten. Der äußere Schöpfzylinder birgt im Innern, eine ganze Reihe immer kleinerer Messingzylinder (Fig. 10), und nur der Inhalt des innersten Wasserzylinders, der so gut wie ganz gegen Temperaturerhöhung durch die ihn umgebenden Wasserringe geschützt ist, wird abgefüllt. Der Verschluß, resp. die Auslösung des obern Verschlußdeckels wird, ähnlich wie bei dem Sigsbeeschen Wasserschöpfer und wie überhaupt bei vielen Tiefseeinstrumenten (z.B. Tiefseekippthermometer von Negretti-Zambra), nach dem Propellerprinzip beim Beginn des Einwindens bewirkt.

Außer dem ozeanographischen und chemischen Arbeitsgebiet kommt dann bei der Tiefseeforschung hauptsächlich die zoologische Tätigkeit in Betracht, also die Netzfischerei in ihren verschiedenen Formen. Man unterscheidet von der Grundfischerei die sogen. pelagische, d.h. diejenige, bei der man mit den Netzen nicht bis auf den Meeresboden und auf demselben entlang fischt, sondern in vertikaler oder horizontaler Richtung nur die im Meere freischwebenden Organismen zu fangen sucht. Für die meisten Fragennach der geographischen Verteilung der Lebewesen des Ozeans ist die pelagische Fischerei die wichtigste, sie wird fast durchweg mit sehr feinen, aus Müllergaze genähten Netzen verschiedenster Größe betrieben; selbstverständlich sind diese Netze durch ein darum gegebenes Fischnetz aus geflochtenen Schnüren geschützt. Wesentlich für die gute Erhaltung der meist sehr zarten und kleinen Tiere aller Art ist ein neuerdings am untern Ende dieser Netze angebrachter, nicht filtrierender Glaseimer, in den die Tiere hineinsinken und wie in einem Hafen ruhigen Wassers bis zur Erreichung der Meeresoberfläche verbleiben (Fig. 11 u. 12).

Am einfachsten von diesen Gazenetzen sind die Vertikalnetze (Fig. 11), deren oberer Durchmesser ganz verschieden (bis etwa 3 m) sein kann; sie fischen natürlich erst, wenn sie, in die gewünschte Tiefe versenkt, hochgewunden werden und filtrieren die gesamte über ihrer Öffnung stehende Wassersäule ab. Hier kann man, wenn man nicht hintereinander an derselben Stelle mehrere Stufenfänge macht, meist nicht sagen, aus welcher Tiefe ein bestimmtes Tier stammt. Will man die vertikale Verteilung der Meerestiere studieren, so benutzt man besonders sinnreich konstruierte Schließnetze (Fig. 12); sie gehen geschlossen in die betreffende Tiefe hinab, öffnen sich dort und bleiben eine beliebig lange (vorher einstellbare) Strecke während des Heraufholens offen, fischen nur während dieser Zeit und schließen sich dann wiederum selbsttätig und hermetisch, so daß man nur die Organismen aus einer ganz bestimmten Tiefenzone erhält. Zu den pelagisch fischenden Netzen gehören auch die Planktonnetze.

Wesentlich anders sind die Netze der Grundfischerei. Diese Netze sind denen ähnlich, die unsre Hochseefischer, zumal die Fischdampfer, benutzen, es sind sogen. Trawls oder Dredgen, äußerst kräftig geflochtene Netze, die auf zwei Scheerbrettern oder eisernen Bügeln über dem Meeresgrund entlang gezogen werden und auch dort festsitzende Tiere abreißen (Fig. 13). Nur sind bei der Tiefseeforschung die Einrichtungen eben für alle Tiefen berechnet, während die Fischer nur über Tiefen von weniger als 200 m arbeiten. Der wichtigste Teil bei der Grundfischerei ist eine mächtige Kabeltrommel (diese ist sichtbar in Fig. 11), auf der mindestens 10,000 m bestes Stahlseil, von 10–12 min Durchmesser und einer Tragfähigkeit von etwa 8000 kg aufgewickelt sind.

Alle Arbeiten der Tiefseeforschung sind mühsam und zeitraubend; ein normaler Arbeitstag eines Tiefseeforschung betreibenden Schiffes wird mit der Messung der Tiefe beginnen (Lotung); sie dauert 1–2 Stunden, je nach der Tiefe. Dann folgt vielleicht ein Zug mit einem Vertikalnetz, der auf 2000 m Tiefe rund 3 Stunden beanspruchen wird; dann arbeitet man mit Schließnetzen oder bestimmt Tiefentemperaturen etc., bis am Spätnachmittag die Fahrt zur nächsten Station fortgesetzt wird. Besonders zeitraubend ist auf großen ozeanischen Tiefen die Grundfischerei; so vergehen bei 4–5000 m Tiefe 31/2–4. Stunden, bis das Netz nur den Boden erreicht, so daß ein einziger solcher Fischzug leicht 8–10 Stunden erfordert und, wie man sieht, an einem solchen Tage keine Zeit für andre Arbeiten bleibt, wenn man nicht von der Nacht überrascht sein will. Dazu sind die Ergebnisse dieser mühsamen Trawlzüge außerordentlich verschieden, manchmal sehr reich, manchmal aber fast gleich Null, oder der Netzbeutel bringt fast nur eine große Menge Tiefseeschlamm, wie auf unsrer Abbildung (Fig. 13).

Instrumente und Netze zur Tiefseeforschung.