Mai 27, 2024

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2,5 Kilometer unter dem Meeresspiegel entsteht ein abgelegenes Labor – Ars Technica

2,5 Kilometer unter dem Meeresspiegel entsteht ein abgelegenes Labor – Ars Technica
Hineinzoomen / Bereitstellung der LSPM-Anschlussbox 1.

IN2P3/CNRS

1962 wurde vor der Küste von Marseille, Frankreich, in einer Tiefe von 10 Metern eines der weltweit ersten Forschungslabors für Unterwasser und menschliche Lebensräume eingerichtet. Projekt Conshelf 1 bestand aus einer Stahlkonstruktion, in der zwei Männer eine Woche lang untergebracht waren.

Jetzt, mehr als 60 Jahre später, wird unweit von Marseille ein weiteres Unterwasserlabor eingerichtet, diesmal zur Erforschung von Meer und Himmel. Im Gegensatz zum Conshelf forte ist der Mediterranes Labor Souss-Marine Provence (LSPM) wird nicht von Menschen bewohnt. 40 Kilometer vor der Küste von Toulon in 2.450 Metern Tiefe gelegen, ist es Europas erstes ferngesteuertes Unterwasserlabor.

Unterwasserphysik

Derzeit bilden drei Anschlussboxen, die mehrere Tools ausführen und Daten abrufen können, das Herzstück von LSPM. Die jeweils 6 Meter langen und 2 Meter hohen Boxen sind über ein 42 Kilometer langes Photovoltaikkabel mit einem Stromnetz auf der Erde verbunden. Der optische Teil dieses Kabels wird verwendet, um Daten von Anschlussdosen zu sammeln.

Zwei der Anschlusskästen sind der Abteilung ORCA des Kilometer Cube Neutrino Telescope (KM3NeT) zugeordnet. ORCA umfasst eine dreidimensionale Anordnung von 2.070 Kugeln, die jeweils 31 Detektoren enthalten, die Photomultiplier-Röhren genannt werden. Diese Kugeln werden auf 115 Linien angeordnet, die am Meeresboden verankert und durch untergetauchte Bojen verankert werden. Derzeit sind 15 Schriftarten installiert.

Optische Detektionseinheit des Neutrinodetektors KM3NeT.

Optische Detektionseinheit des Neutrinodetektors KM3NeT.

Patrick Dumas/CNRS

Der Zwillingsstandort von ORCA, ARCA, liegt vor der Küste Siziliens in einer Tiefe von 3.400 Metern. Zusammen nehmen die Standorte ORCA und ARCA mehr als 1 Kubikkilometer Wasser ein.

„Diese riesigen Anordnungen von Detektoren können Neutrinos nachweisen, die vom Himmel der südlichen Hemisphäre emittiert werden – in seltenen Fällen [the neutrinos] Sie interagieren mit Wassermolekülen und erzeugen einen bläulichen Lichtblitz in der Dunkelheit des ozeanischen Abgrunds“, sagte Paschal Coel, Forschungsdirektor am Centre de Physique des Particules de Marseille und Direktor des LSPM für Ars Technica. „Der Nachweis dieses Lichts ermöglicht es uns, die Richtungen und Energien von Neutrinos zu messen.“

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Schallsensor

Die dritte Anschlussbox widmet sich Studien der Meereswissenschaften, darunter die sogenannte Albatross-Leitung, die aus zwei am Meeresboden befestigten Induktionskabeln mit einer Länge von einem Kilometer besteht. Diese Kabel tragen Sensoren, um Wassertemperatur und Meeresströmungen sowie Sauerstoff- und pH-Werte zu messen.

Die Geoazur-Labor, ein Institut für Geowissenschaften in der Nähe von Cannes, hat einen Breitband-Seismographen entwickelt, der in Sedimente auf dem Meeresboden eingebettet ist und es ermöglicht, seismische Daten in Echtzeit zu erhalten. Zusammen mit einem Seismographen haben die Geoazur-Forscher eine der optischen Fasern des 42 Kilometer langen Photovoltaik-Hauptkabels in eine riesige Anordnung von Seismo-Akustik-Sensoren umgewandelt.

Eine künstlerische Ansicht der Unterwasserplattform LSPM, die in einer Tiefe von 2.450 Metern verankert ist.

Eine künstlerische Ansicht der Unterwasserplattform LSPM, die in einer Tiefe von 2.450 Metern verankert ist.

Camille Combs, Agentur Overpoit

Dabei handelt es sich nicht um herkömmliche Sensoren, sondern um Glasfehler, die bei der Herstellung optischer Fasern auftreten. Diese Defekte werden im Glasfasernetz gefunden. Dies liegt an den Erwärmungs- und Ziehprozessen des Glases. Infolge dieser Defekte wird ein Teil des Lichts zurück zum Sender gesendet“, sagte Anthony Sladen vom Geoazur Lab. Er fügte hinzu, dass eine seismische oder Schallwelle die Glasfaser entweder dehnt oder zusammenzieht und so den Weg des Lichts ändert „Indem wir diese Veränderung messen, können wir sowohl seismische als auch Schallwellen messen.“

Sladin und sein Team haben die Risse im Glasgitter in 6.000 virtuelle Sensoren verwandelt, die in Echtzeit Daten zu Erdbeben, Unterwasserlärm von Schiffen und Wellen liefern können.

Andere Geräte bestehen aus einer Gruppe von Hydrophonen, die die Geräusche von Walen und Delfinen mit unterschiedlichen Frequenzen erkennen und aufzeichnen können. Die Daten werden den Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie oft diese Wale ihren Standort wiederholen, sowie ihr Stimmverhalten.

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Mehr kommt

Während die oben genannten Geräte in Betrieb sind, sollen bis zum Sommer weitere Laborgeräte, die bereits auf dem Meeresboden installiert sind, in Betrieb gehen.

Am bemerkenswertesten unter ihnen ist ein Roboter namens BathyBot, der vom Mediterranean Institute of Oceanography entwickelt wurde und sich dank Raupenketten auf dem Meeresboden bewegen kann. Der BathyBot ist mit Sensoren zur Messung von Temperatur, Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration, Strömungsgeschwindigkeit und -richtung sowie Salzgehalt und Partikelkonzentration ausgestattet.

BathyBot auf BathyReef bei Tanktests.

BathyBot auf BathyReef bei Tanktests.

Dorian Gilliman, Ohio State University Pythias

Vom Ufer aus gesteuert und von einer eingebauten Kamera gesteuert, wird der Roboter auch in der Lage sein, ein zwei Meter hohes künstliches Riff zu erklimmen und die Wassereigenschaften von Sedimenten am Meeresboden zu messen.

Andere Instrumente wie ein Gamma-Spektrometer zur Überwachung der Radioaktivität und eine Einzelphotonen-Stereokamera zur Messung der Biolumineszenz von Tiefseeorganismen werden voraussichtlich im gleichen Zeitraum in Betrieb gehen.

Laut Coyle können Einrichtungen wie das LSPM unser Verständnis vieler verschiedener Phänomene verbessern, da die Tiefsee nicht gut verstanden wird.

„Das Wichtigste, was es zu untersuchen gilt, sind die langfristigen Auswirkungen der globalen Erwärmung.“ Die LSPM-Beobachtungen weisen bereits in diesen Tiefen auf einen Anstieg der Meerestemperatur und einen niedrigeren Sauerstoffgehalt hin.

Dhananjay Khadilkar ist ein in Paris lebender Journalist.