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Ortung von Wracks mit geophysikalischen Methoden

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Ortung von Wracks mit geophysikalischen Methoden

Die Geophysik beschäftigt sich vor allem mit jenen Bereichen der Erde, die für direkte Messungen nicht zugänglich sind, wie z. B. dem Erdinneren oder dem Ozean.

Im Projekt North Sea Wrecks setzen wir geophysikalische Fernerkundungsmethoden ein, um Wracks und Munition zu orten und um den Meeresboden und den flachen Untergrund abzubilden. Dies hilft uns, den Zustand der untersuchten Wracks zu bewerten und die Sedimentdynamik um die Wracks zu beurteilen.

Auf den Schiffsausfahrten zu den Wracks in der Nordsee setzen wir in der Regel drei sogenannte seismo-akustische Instrumente ein: das Fächerecholot, den Side-Scan-Sonar und den Sub-Bottom-Profiler.

Erfassung geophysikalischer Daten während der Ausfahrten im Projekt North Sea Wrecks / Das Fächerecholot und die Sub-Bottom-Profiler-Instrumente sind am Rumpf des Schiffes montiert, während das Side-Scan-Sonar hinter dem Schiff durch das Wasser gezogen wird. © Katrine Juul Andresen, Aarhus University

Alle Instrumente arbeiten, indem sie elektrisch erzeugte, hochfrequente Schallwellen aussenden, die sich durch das Wasser bewegen und an den Wracks, dem Meeresboden und Schichtgrenzen im Untergrund reflektiert werden. Das Fächerecholot tastet den Meeresboden ab und erstellt eine bathymetrische Karte des Meeresbodens (Topographie des Meeresbodens).

Fächerecholotdaten aus der Ostsee zeigen ein Steinriff. © Aarhus University.

Das Gerät ist in der Regel am Schiffsrumpf montiert und sendet ein Schallsignal (Ping) aus, das nach der Rückkehr in bis zu 1024 Schallstrahlen aufgeteilt wird, die zusammen eine Schallschwade bilden. Durch Aufzeichnung der Zeit, die die Strahlen benötigen, um zum Schiff zurückzukehren, können wir die Wassertiefe berechnen, wenn wir die wahre Schallgeschwindigkeit im Meerwasser kennen (ca. 1500 m/s), und so detaillierte Karten des Meeresbodens und der Wracks erstellen.

Das Seitensichtsonargerät an Deck des Forschungsschiffs RV Aurora © Katrine Juul Andresen, Aarhus University

Das Seitensichtsonar (side-scan sonar) wird hinter dem Schiff in einer Höhe von 5-10 m über dem Meeresboden geschleppt. Es sendet auf jeder Seite Schallwellen aus und misst die Intensität der reflektierten Schallwellen. Die Intensität hängt von der Beschaffenheit des Meeresbodens ab – so sendet ein zerklüfteter Meeresboden die reflektierten Wellen mit einer hohen Intensität zurück. Auf diese Weise erhalten wir Informationen über die Lithologie (Beschreibung der physikalischen Eigenschaften einer Gesteinseinheit), beispielsweise ob der Meeresboden aus Sand oder Ton besteht.

Side-Scan-Sonardaten aus der Nordsee zeigen große Sanddünen mit überlagerten kleineren Riffeln © Katrine Juul Andresen, Aarhus University

Das Side-Scan-Sonar liefert uns auch sehr detaillierte Bilder der Wracks – ähnlich wie ein Foto.

Side-Scan-Sonardaten vom Wrack der SMS ELBING zeigen viele Details des Wracks © Maria Hvidkjær Jensen, Aarhus University

Der Sub-Bottom-Profiler ist wie ein Einstrahl-Echolot und sendet jeweils nur einen Strahl aus. Er wird typischerweise am Schiffsrumpf montiert und ist so konzipiert, dass er unter den Meeresboden "schaut". Die vom Sub-Bottom-Profiler ausgesandten Schallwellen haben daher eine niedrigere Frequenz und eine größere Wellenlänge, das heißt, dass sie sich länger ausbreiten und in die Sedimente unter dem Meeresboden eindringen können. Dieses Instrument liefert uns Bilder oder vertikale Profile des Untergrunds unter dem Meeresboden, auf denen wir sehen können, wie die Sedimentschichten verteilt sind.

Unterwasser-Bodenprofil, das einen vertikalen Querschnitt an der SMS ELBING zeigt. Das Profil zeigt, wie sich in den letzten 100 Jahren Sediment um das Wrack abgelagert hat © Katrine Juul Andresen, Aarhus University

Daraus können wir etwas über die geologische Entwicklung im Bereich der Wracks erfahren und z. B. die Sedimentverschüttung und Sedimenterosion um die Wracks herum berechnen.

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