Der British Antarctic Survey (BAS) liefert und ermöglicht weltweit führende interdisziplinäre Forschung in den Polarregionen. Durch seine umfangreichen logistischen Fähigkeiten erleichtert BAS den Zugang der britischen und internationalen Wissenschaftsgemeinschaft zur britischen Polarforschungsoperation. In diesem Jahr feiert es 60 Jahre erfolgreiche Wissenschaft. Als das neue Forschungsschiff - die RRS Sir David Attenborough - zu einer neuen Wissenschaftssaison in die Antarktis aufbrach, erklärte die leitende Laborleiterin Elaine Fitzcharles, was es bedeutet, ein hochmodernes schwimmendes Labor zu schaffen und zu verwalten.
Großbritannien hat eine lange Geschichte der antarktischen Entdeckung und wissenschaftlichen Bemühungen, und der British Antarctic Survey wurde offiziell 1962 gegründet, hat sich jedoch seitdem erheblich in Größe und Umfang weiterentwickelt. Heute operiert es in Cambridge, der Antarktis und der Arktis.
Weltweit führende interdisziplinäre Forschung in den Polarregionen erfordert umfangreiche und spezialisierte logistische Fähigkeiten und Know-how. BAS beschäftigt rund 500 Personen in wissenschaftlichen, operativen und unterstützenden Rollen mit Fachkenntnissen in einer Vielzahl von Disziplinen. Es betreibt fünf Forschungsstationen in der Antarktis, darunter zwei auf subantarktischem Südgeorgien, sowie eine Forschungsstation in der Arktis, die von NERC finanziert und von BAS verwaltet und betrieben wird. Es verfügt außerdem über viele Schiffe und Fahrzeuge, darunter das eisverstärkte Royal Research Ship - RRS Sir David Attenborough - sowie eine Flotte speziell angepasster Flugzeuge und Fahrzeuge. Seine Infrastruktur zur Polarforschung dient seinen eigenen Wissenschaftlern sowie anderen aus der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft. An der Spitze der Erforschung dieser Regionen zu bleiben, erfordert auch erstklassige Forschungsausrüstung.
Wissenschaft auf See
Die RRS Sir David Attenborough ist eines der fortschrittlichsten Polarforschungsschiffe der Welt. Das hochmoderne Schiff ist darauf ausgelegt, wissenschaftliche Forschung in extremen Umgebungen zu unterstützen. Eine breite Palette von spezialisierten wissenschaftlichen Einrichtungen, Instrumenten und Labors ermöglicht Studien des Ozeans, des Meeresbodens, des Eises und der Atmosphäre.
Elaine Fitzcharles, leitende Laborleiterin, überwacht die Entwicklung und den Betrieb aller Laboreinrichtungen im BAS-Portfolio. Sie und ihr Team waren für die Ausstattung der neuen Schiffslabore verantwortlich. Jetzt leitet sie die Verwaltung der Versorgung und den reibungslosen Ablauf der Labore an Bord während der Expeditionen.
„In Bezug auf die Einrichtungen ist die RRS Sir David Attenborough eher eine schwimmende Forschungsstation als ein Forschungsschiff“, bemerkte sie. „Ihre Kapazität ist erstaunlich. Wir haben Einrichtungen an Bord, die wir bisher noch nie hatten. Und es kann länger auf See bleiben als jedes unserer anderen Schiffe, was uns die Möglichkeit eröffnet, Gebiete zu erreichen, in denen wir noch nie zuvor waren.
„Das Schiff bietet eine wirklich gute Plattform zum Starten von ferngesteuerten Fahrzeugen wie Drohnen, unbemannten Luftfahrzeugen und autonomen Unterwasserfahrzeugen“, fuhr sie fort. „Diese können entferntere Gebiete erreichen, ohne dass der Energieverbrauch erheblich steigt, was für uns entscheidend ist.“
Die Antarktis ist einer der wenigen Orte auf dem Planeten, an dem man noch natürliche Dinge finden kann, die Menschen noch nie zuvor gesehen haben.
„Es ist enorm vielversprechend, neue Orte besuchen zu können, um unter das Eis zu schauen und zu sehen, was sich auf dem Meeresboden befindet“, sagte Elaine. „Als Biologin ist es wirklich aufregend zu wissen, dass wir mit den neuen Einrichtungen an Bord Dinge tun können, die wir noch nie zuvor getan haben. Unsere Wissenschaftler können mehr Analysen auf dem Schiff durchführen. Wir können jetzt also frisches Material analysieren, anstatt es konservieren zu müssen. Und die Wissenschaftler können ihre Zeit durch längere Fahrten produktiver nutzen.“
„Die Ausstattung des Schiffes war für mich interessant, da ich zuvor in Labors an Land gearbeitet habe“, bemerkte sie. „Man muss die mit Schiffen verbundene Terminologie verstehen, die völlig anders ist. Und es gibt verschiedene Regeln und Vorschriften, die manchmal eine fachkundige Interpretation erfordern.“
Arbeiten auf den Wellen
Die Ausrüstung für das Labor musste sorgfältig ausgewählt und mit Blick auf die Bewegung des Schiffes gesichert werden. „Einer der größten praktischen Überlegungen bei jeder Ausrüstung ist, dass man die Bewegung sowie die Vibration des Schiffes wirklich berücksichtigen muss“, erklärte Elaine. „Als Schiff ist es eine sehr stabile Plattform, aber es bewegt sich dennoch.“
Es gibt bestimmte Geräte, die an Bord eines Schiffes nicht verwendet werden können oder sich als sehr schwierig erweisen. Dinge wie Waagen sind nicht praktisch, da es nicht genug Stabilität für sie gibt. Alle Geräte im Labor müssen fest verankert werden. Und alle bei 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 alles haben, was sie auf der Expedition benötigen.“
Durch tiefgehende Überlegungen zu ihren Bedürfnissen und den Herausforderungen, denen sich ihre Wissenschaftler stellen müssen, sowie zu den Umweltfragen im Rahmen des Antarktis-Vertrags hat BAS Erfahrungen in nachhaltiger Wissenschaft gesammelt.
„Wir werden oft von anderen Wissenschaftlern angesprochen, die wissen möchten, was am besten in Bezug auf Verbrauchsmaterialien für Haltbarkeit und Umwelt zu kaufen ist“, 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 Planung von Wissenschaft.“
„Einer der größten praktischen Überlegungen bei jeder Ausrüstung ist, dass man die Bewegung sowie die Vibration des Schiffes wirklich berücksichtigen muss.“
Kompaktes Labordesign
Größe und Platz sind auf einem Schiff besonders begrenzt, ohne Möglichkeit, die Einrichtungen physisch zu erweitern. Obwohl die RRS Sir David Attenborough viel größer ist als die vorherigen Forschungsschiffe des British Antarctic Survey (RRS Ernest Shackleton und RRS James Clark Ross), ist der Platz dennoch begrenzt.
„Wir mussten sicherstellen, dass wir während der Entwicklung sowie im täglichen Gebrauch den bestmöglichen Nutzen aus dem zur Verfügung stehenden Platz ziehen, daher war die kompakte Ausstattung des Schiffslabors ein Problem“, sagte Elaine. „Zusätzlich haben wir bewusst zukunftssicher geplant. Dieses Schiff ist darauf ausgelegt, die Wissenschaft in den nächsten 25-30 Jahren zu dienen. Daher mussten wir sicherstellen, dass wir die richtigen Dinge für seine Zukunft einbeziehen.“
Wartung von Laborausrüstung in einer maritimen Umgebung
Die Wartung der Ausrüstung erfordert zusätzliche Überlegungen beim Betrieb eines meeresgestützten Labors.
„Man kann keinen Techniker zum Schiff bringen, wenn es auf einer Expedition ist, daher muss sichergestellt werden, dass die Wissenschaftler an Bord ausreichende Vorräte an Verbrauchsmaterialien, Ersatz- und Serviceteilen sowie vollständige Servicehandbücher haben“, sagte sie. „Es ist unerlässlich, dass wir wirklich gute Unterstützung von Lieferanten in Großbritannien haben, falls während der Expeditionen Reparaturen erforderlich werden. Die Besatzung des Schiffes ist hochqualifiziert, daher stehen ihre Fähigkeiten an Bord zur Verfügung, aber sie benötigen die Unterstützung der Lieferanten, um zu wissen, wie bestimmte Reparaturen durchzuführen sind. Und wenn ein Gerät ausfällt, könnten sie möglicherweise
eine ganze Wissenschaftssaison verlieren, was einen erheblichen Rückschlag darstellt. Sie müssen darauf vertrauen können, dass sie die Wissenschaft liefern können.“
„Zuverlässigkeit ist der Schlüssel. Wir benötigen zuverlässige Lieferanten. Wir müssen wissen, dass Dinge funktionieren werden. Dass die Dinge dort sind, wo sie sein müssen, wenn nötig. Wir müssen darauf vertrauen können, was wir an Bord senden“, fuhr sie fort. „Am Ende des Tages sind wir dafür verantwortlich, die Sicherheit der Menschen zu schützen, daher ist Zuverlässigkeit in allem grundlegend.“
Eingeschränkter Zugang
Die größte Herausforderung für Elaine und ihr Team ist die Notwendigkeit, aus der Ferne zu arbeiten - die Wissenschaft von Cambridge, Großbritannien, aus mit begrenztem Zugang zum eigentlichen Schiff zu verwalten.
„Wir haben zweimal im Jahr Zugang zum Schiff, wenn es im Vereinigten Königreich ist“, erklärte Elaine. „Wir müssen sicherstellen, dass wir alles geplant und vorbereitet haben für diesen Zugang. Darüber hinaus bieten wir kontinuierliche Unterstützung für die Menschen auf dem Schiff und den Stationen, aber die Entfernung ist eine Herausforderung. Es macht es interessant, aber es ist dennoch eine Herausforderung. Und wir stehen auch vor Einschränkungen durch das Wetter, das manchmal kurzfristige Änderungen unserer Pläne erfordern kann.“
„Darüber hinaus war COVID-19 eine besondere Herausforderung in Bezug auf die Verlagerung von Menschen von einer Seite des Planeten zur anderen“, fügte sie hinzu. „Wir erleben immer noch die Auswirkungen der Pandemie und müssen überlegen, wie wir Menschen sicher hin- und herbewegen und sie COVID-sicher halten können.“
Testen der Ausrüstung an Bord
Die RRS Sir David Attenborough hat im Februar und März Polarwissenschaftstests durchgeführt, um die wissenschaftlichen Fähigkeiten des Schiffes zu testen.
„Das Schiff führte in diesem Jahr Polartests durch, was bedeutet, dass die Wissenschaftler an Bord die Fähigkeiten 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 tiefbenthische Biologie, die das Leben in der Wassersäule sowie das Leben am Meeresboden untersuchen. Andere werden das „blaue Kohlenstoff“ erforschen - Kohlenstoff, der im Ozean gespeichert ist. Eine weitere Gruppe auf dem Schiff wird die Auswirkungen von Spurenelementen wie Eisen auf die Polarforschung untersuchen. Darüber hinaus werden während der gesamten antarktischen Forschungssaison ozeanographische Daten gesammelt, damit BAS sehen kann, wie sich die Strömungen ändern und Veränderungen der Temperatur und des Salzgehalts überwachen kann.
„Es geht darum zu sehen, was in der Antarktis passiert, weil das Auswirkungen auf den Rest der Welt hat“, sagte Elaine. „Alles ist irgendwie mit dem Klimawandel verbunden, ob es darum geht zu überwachen, was passiert, oder zu untersuchen, wie sich Dinge verändert haben oder wie sich Dinge anpassen können.“
„Wir werden viele Proben sammeln - Meerwasser, Sedimentproben vom Meeresboden und alle wirbellosen Tiere im Wasser. Gelegentlich bekommen wir einige Fische, aber meistens sind es marine Wirbellose. Wir müssen wissen, was wir haben, um das aktuelle Ökosystem zu verstehen“, sagte Elaine. „Wir werden auch alles, was das ganze Jahr über an den Stationen gesammelt wurde, zurückbringen - Pflanzen, mehr Sediment, Material wie Federn von Seevögeln, Proben von Robben wie Kot und Pinguinkot. Und natürlich auch Eis dieses Mal.“
Zwei Jahrzehnte Material, das in -80°C Gefrierschränken gelagert wird.
Proben konservieren
Für komplexere Analysen müssen viele Proben konserviert und zurück ins Vereinigte Königreich oder anderswo für weitere internationale Zusammenarbeit gebracht werden.
„Wir müssen Proben bei -80°C zurückbringen, da antarktische Organismen stark an das Leben in der Kälte angepasst sind. Die Lagerung bei -20°C deaktiviert ihre Enzyme nicht und das Probenmaterial wird sich zersetzen“, erklärte Elaine. „Einige der Organismen könnten bei -20°C noch am Leben sein (im Ruhezustand). Daher ist es für uns entscheidend, die Konservierung bei -80°C als Fähigkeit zu haben, insbesondere da jetzt fortgeschrittenere Analysen erforderlich sind.“
„Da wir viel Zeit und Geld investiert haben, um diese Proben zu sammeln, müssen wir sicherstellen, dass wir die besten Bedingungen bieten können, um sie ins Vereinigte Königreich zurückzubringen“, fügte sie hinzu. „Wir brauchen ultimative Zuverlässigkeit. Als wir -80°C Gefrierschränke für das Schifflabor auswählten, suchten wir nach Energieeffizienz und Doppelkompressoren für höchste Zuverlässigkeit, da wir bei einem Problem nur begrenzte Möglichkeiten haben. Wir mussten also diese beiden gegeneinander abwägen - Energieeffizienz ist für uns entscheidend und das Doppelkompressorsystem bietet zusätzliche Sicherheit.“
BAS hat mindestens zwei Jahrzehnte Material, das in -80°C Gefrierschränken gelagert wird.
„Ich denke, das älteste Material, das wir haben, ist ungefähr 20 Jahre alt“, sagte Elaine. „Das ist also viel Wissenschaft, die wir aufbewahren! Es ist ein bedeutendes Archiv. Es spiegelt den Wert dessen wider, was Menschen in Bezug auf Langzeitüberwachungsstudien tun, um wirklich zu verstehen, wie Organismen in der Antarktis insbesondere von Temperaturveränderungen und Veränderungen der CO2-Werte beeinflusst werden, ihre Auswirkungen auf den Stoffwechsel zu untersuchen und ihre Genetik zu erforschen, um die Auswirkungen auf Schlüsselarten wie Krill zu verstehen.“
„Krill ist die fundamentale Grundlage der Nahrungskette für alle höheren Raubtiere, und es ist ein wichtiges Gebiet, in dem wir viele Langzeitforschungen betreiben“, fuhr sie fort. „Die Proben müssen bei -80°C zurückgebracht werden, sonst werden sie sich zersetzen. Sie zersetzen sich in dem Moment, in dem man sie aus dem Gefrierschrank nimmt. Dass wir Material zurückbringen und bei -80°C lagern können, hat es uns ermöglicht, Wissenschaft zu betreiben, die wir sonst nicht hätten durchführen können, aufgrund der Organismen, mit denen wir arbeiten.“
Lagerung für maximalen wissenschaftlichen Wert
Die RRS Sir David Attenborough hat Meeresingenieure, Datenmanager und IT-Spezialisten an Bord, um sicherzustellen, dass das Schiff sein Bestes leistet. Und dass alles, was gesammelt wird ... von Proben bis zu Daten ... ordnungsgemäß gespeichert wird, sodass es den höchsten wissenschaftlichen Wert hat.
„Um etwas in diesem Umfang zu betreiben, braucht man ein komplettes und vielfältiges Team, um sicherzustellen, dass man den besten Gegenwert für das bekommt, was man tut“, sagte Elaine. „Wir müssen sicherstellen, dass wir uns gut mit den verschiedenen Teams und Lieferanten integrieren, aber es ist eine sehr, sehr spannende Zeit für uns, tatsächlich das Schiff und das Team ihr Potenzial erfüllen zu sehen.“
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