27.04.2016, 10:52 Uhr | 0 |

Wie auf dem Mars Laserlicht stöbert in der Tiefsee nach Bodenschätzen

Der Meeresboden liegt voller Bodenschätze: Kupfer, Mangan, Gold und Silber, aber auch Selen, Tellur oder Indium finden sich dort. Allerdings ist es sehr aufwendig, diese zu bergen. Ein laserbasiertes autonomes System soll künftig Proben wie Manganknollen detektieren und direkt auf dem Grund der Tiefsee auf ihre Zusammensetzung analysieren.

Schwarzer Raucher
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Schwarzer Raucher: Bei dem "Rauch" handelt es sich um schwarze, staubähnliche Partikel, die im Wasser gelöst sind. 

Foto: DLR

Die Tiefsee auf der Erde ist noch weitgehend unerforscht. Dabei liegen dort vielfältige Schätze verborgen. Aber eben in mehreren tausend Metern Tiefe, wo ein extremer Wasserdruck herrscht. Keine guten Bedingungen also, um wissenschaftliche Forschung zu betreiben. Eines aber ist klar: Die Tiefsee ist ein wichtiger Rohstofflieferant der Zukunft. Zu finden sind die wertvollen Metalle als Ablagerungen an hydrothermalen Schloten. Das sind die sogenannten schwarzen Raucher, die eine direkte Verbindung zum Inneren des Planeten aufweisen. Sie können aber auch als dicke Sulfidkrusten auftreten oder als Manganknollen am Grund der Tiefsee verstreut sein. 

Bisher mühseliges Stochern im Nebel der Tiefsee 

Es ist bisher ein mühseliges Abtauchen in die Tiefe mit ferngesteuerten oder autonomen Tauchrobotern, die dann mit Greifarmen Proben vom Meeresboden entnehmen.

Diese bringen sie zurück an die Wasseroberfläche zum Forschungsschiff, in dessen Laboren die Proben dann untersucht werden. Oft findet sich nichts Verwertbares und der ganze teure Tauchgang war umsonst.

Analyse direkt am Meeresboden

Abhilfe schaffen soll bald ein laserbasiertes, autonomes System, welches jetzt vom Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) in den nächsten vier Jahren gemeinsam mit acht weiteren europäischen Partnern entwickelt wird. Koordiniert wird das Projekt vom Welding Institute (TWI Ltd.) in Großbritannien. Es ist eine Kombination aus einem Tauchroboter und einer an Bord installierten Element-Analyse-Einheit. Dieser kombinierte Tauchroboter sinkt hinab auf den Meeresboden und kartografiert dort den Untergrund.

Er vermittelt den Forschern an der Oberfläche mittels Kameras und Vermessungssystemen ein erstes Bild der Lage. Vielversprechende Stellen oder auch Objekte wie Manganknollen kann der Tauchroboter detektieren und mit seiner Analyseeinheit direkt vor Ort am Meeresboden ihre Zusammensetzung bestimmen.

Zum Einsatz soll laserinduzierte Plasmaspektroskopie kommen

Dafür beschießt der Tauchroboter die Probe mit Laserpulsen. Bei dieser laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) wird die Probe so stark erhitzt, dass sich an der Auftreffstelle des Laserstrahls ein Plasma bildet. Dieses sendet Licht aus, aus dessen Spektrum das Gerät an Bord des Tauchroboters auf die enthaltenen Elemente schließen kann. Das ist alles andere als trivial. Denn das System muss auch unter den extremen Bedingungen der Tiefsee funktionieren. Es muss also sehr robust sein und gleichzeitig einen Laserstrahl mit hoher Intensität und Energie erzeugen können.

Tiefseeforschung ist gut vergleichbar mit Weltraumforschung

Und: Das ganze Instrument muss superklein und superleicht sein. Tiefseeforschung ist gut vergleichbar mit Einsätzen im Weltraum – auch dort ist Platz und Gewicht ein Riesending im Alltag. Die Abteilung Laserentwicklung sowie Werkstoff- und Prozesstechnik des LZH nutzen für die Entwicklung des Systems deshalb das geballte Wissen aus dem ExoMars-Projekt des LZH.

Dieses ultraleichte Lasersystem soll LIBS-basierte Analysen auf dem Mars ermöglichen. Nun soll es für den Einsatz in der Tiefsee angepasst werden. ROBotic sUbSea exploration Technologies heißt dieses ambitionierte Projekt, mit dem im Jahr 2020 die Rohstoffe vom Meeresboden einfacher, günstiger und schneller aufzuspüren und auch zu heben sein sollen. Abgekürzt heißt das Projekt ROBUST und das sollte es auch sein in einer Tiefe von 3000 Metern unter dem Meeresspiegel.

Fraunhofer Forscher wollen kleines U-Boot in Serie produzieren

Die Tiefseeforschung vorantreiben wollen auch Fraunhofer Forscher. Sie haben dafür ein kleines U-Boot namens Dedave entwickelt, das nicht nur in bis zu 6000 m Tiefe autonom agiert. Es soll sogar in Serie gehen. 

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Von Detlef Stoller
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