Eiskalte Forschung: Warum Wissenschaftler den Winter in der Arktis verbringen

Klirrende Kälte und monatelange Dunkelheit, nur das Licht der Stirnlampe erhellt – sonst nichts. Stefanie Arndt ahnt, was auf sie zukommt. Doch das nimmt die Forscherin des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Bremerhaven genauso wie eine ganze Reihe von Kolleginnen und Kollegen anderer Institute gern in Kauf. Denn die internationale Expedition „Mosaic“ (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) soll herauszufinden, wie das Nordpolargebiet im arktischen Winter funktioniert. Denn trotz aufwendiger Satellitentechnik und unbemannter Tauchgeräte gibt es noch große Wissenslücken. Und die können nur vor Ort geschlossen werden.

Arndt will etwa herausfinden, wie gut Eis und Schnee Wärme leiten, die zwischen dem Meerwasser und der Lufthülle ausgetauscht wird. Diese Daten sollen die Prognosen von Klimamodellen schärfer und robuster machen – gerade auch für Europa, dessen Wetter durch die Arktis beeinflusst wird. Die Forscherin wird dafür Löcher in den Schnee graben, Korngrößen der Kristalle bestimmen, Temperaturen messen. Alles im Schein der Stirnlampe. „Es ist ein seltsames Gefühl“, erinnert sie sich an eine frühere Expedition während der Polarnacht in der Antarktis. „Es ist so still, man ist voll konzentriert – und erschrickt wahnsinnig, wenn da plötzlich ein Pinguin steht.“

In der Arktis gibt es keine Pinguine, stattdessen Eisbären. Sie gelten als eine der Hauptgefahren bei der bislang größten Arktisexpedition, die am 20. September beginnen soll. Der Plan: Das Forschungsschiff „Polarstern“ fährt von Tromsö (Norwegen) zunächst in Richtung Sibirien, um von dort aus bei rund 120 Grad Ost in das immer dichter werdende Meereis nach Norden vorzustoßen. Bis nichts mehr geht und die Polarstern im Eis eingeschlossen ist. Nun wird sie das Basislager, um das herum zahlreiche Messgeräte auf dem Eis aufgebaut werden. Sogar eine Landebahn für Versorgungsflüge wird angelegt.

Eine „unmögliche“ Idee, die dann doch Realität wurde

Bis in 50 Kilometer Entfernung werden die Wissenschaftler arbeiten: Veränderungen des Eises studieren, den Wärmefluss messen, die Zusammensetzung der Atmosphäre untersuchen, die biologische Aktivität erfassen – mit Fesselballons, Tauchrobotern und Mikroskopen. Es werden Daten während der Dämmerung erhoben, die noch bis Mitte Oktober geht, während der Polarnacht und bei der Rückkehr des Lichts ab März. Während der gesamten Zeit wird das Schiff samt Eis, angetrieben vom Wind, am Nordpol vorbeidriften und im kommenden Jahr irgendwo zwischen Grönland und Spitzbergen wieder ins freie Wasser fahren: in die Framstraße, benannt nach dem Schiff des norwegischen Polarforschers Fridtjof Nansen, der bereits 1893 zu einer ähnlichen Expedition aufgebrochen war und drei Jahre im Eis verbrachte.

Die Idee, es dem Norweger nachzutun und mit einem eingefrorenen Schiff am Pol entlangzudriften, hatte Klaus Dethloff vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) erstmals vor neun Jahren aufgebracht, erinnert sich sein Kollege Markus Rex. „Wir haben sie damals rasch verworfen, das erschien uns unmöglich. Aber sie hat uns nicht mehr losgelassen und jetzt machen wir es.“

Wenn Rex, Leiter der Expedition, von den Vorbereitungen erzählt, kann man tatsächlich den Eindruck gewinnen, dass er und sein Team fast Unmögliches geschafft haben. Der Treibstoff der Polarstern reicht nicht, um die gesamte Zeit Strom und Wärme zu erzeugen. Also muss alle zwei Monate neuer herangeschafft werden, ebenso Versorgungsgüter und auch die Besatzungs- und Forscherteams müssen gewechselt werden. Dafür sind vier Eisbrecher eingeplant, dazu Flugzeuge und Helikopter.

Die Polarstern wird schwerer zu erreichen sein als die ISS

Aber mitten in der Polarnacht, wenn die Polarstern irgendwo am Pol festhängt, wird sie für Eisbrecher unerreichbar sein. Was, wenn ein medizinischer Notfall eintritt, den der mitfahrende Chirurg und die Krankenschwester allein nicht bewältigen? „Von der Internationalen Raumstation ist man binnen weniger Stunden zurück in der Zivilisation, bei uns wird das Wochen dauern“, sagt Rex. „Die Langstreckenhubschrauber schaffen 800 Kilometer, das reicht nicht. Also fliegen sie los, legen Treibstoffvorräte an, kommen zurück, arbeiten sich weiter voran – bis die schwimmende Polarstation erreicht ist. Aber das erfordert perfektes Wetter, und das ist eher die Ausnahme.“

Ein Land allein könnte ein solches Vorhaben wie Mosaic nicht bewältigen, das war schnell klar. Also suchte das AWI nach Partnern, die Eisbrecher, Flugzeuge, Hubschrauber, Forschungsgeräte und erfahrene Leute beisteuern können. 19 Nationen sind nun beisammen, darunter auch solche wie Russland, China und die USA, die sich normalerweise gerade beim Thema Arktis nicht über den Weg trauen.

Jedoch, wer in der Arktis Häfen, Siedlungen oder Minen ausbauen will – allein Russland plant bis 2024 Investitionen in Infrastruktur in Höhe von 85 Milliarden Dollar –, der will wissen, was ihn vom Klima her künftig erwartet, sagt Rex. Das gelte ebenso für die Länder selbst. China zum Beispiel werde immer wieder von polaren Kaltlufteinbrüchen getroffen, die der Landwirtschaft erhebliche Verluste bringen. „Allen ist klar, dass sie so eine Expedition nicht alleine schaffen und zusammenarbeiten müssen, wenn sie mehr wissen wollen.“

So umfangreich wie das Vorhaben mit einem 140-Millionen-Euro-Budget ist, so groß sind die Erwartungen: Die Messungen auf, in und unter dem Eis sowie bis vier Kilometer tief auf den Meeresboden und 35 Kilometer hoch in die Atmosphäre sollen verstehen helfen, wie Wärme transportiert wird, welche Rolle die Wolken spielen und das schwache Sonnenlicht in der Dämmerung. Die Daten ergänzen Klimamodelle, die den Wandel in der Arktis besser abbilden und damit auch die Abschätzungen für das globale Klima verbessern.

Im Überlebensanzug an der Eiskante hantieren

All diese Messungen müssen trotz widrigster Bedingungen klappen. Daher sind viele Forscher dabei, die bereits auf anderen Expeditionen Erfahrungen in der Kälte sammeln konnten. Wie Sebastian Zeppenfeld, Doktorand am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig. Er will organische Substanzen und Mikroorganismen analysieren, die gewöhnlich in einem hauchdünnen Film auf dem Ozeanwasser dümpeln bis sie vom Wind in die Luft gerissen werden, wo sie an der Bildung von Wassertropfen und schließlich Wolken beteiligt sind.

Dazu muss er bis an die Eiskante gehen und mehrfach eine Glasplatte ins Wasser tauchen, um an den Film zu gelangen. „Man ist zwar über ein Seil gesichert und trägt einen Überlebensanzug, der vor Kälte schützt, aber aufregend ist es trotzdem“, erzählt er von früheren Reisen in die Antarktis und nach Spitzbergen. Dort hat er auch erlebt, wie es ist, für längere Zeit mit den immergleichen Menschen zusammen zu sein. „Man wächst als Gemeinschaft zusammen“, aber Reibungen seien nicht auszuschließen. Da sei er aus seiner Zeit bei der Marine, wo zwölf Mann auf einem Deck schliefen, einiges gewöhnt, so Zeppenfeld: „Die Polarstern hat Zweierkabinen, das ist entspannter.“

Aber nicht immer, wie Stephanie Arndt vom AWI erlebt hat. Mitunter seien es Kleinigkeiten, etwa nicht geputzte Kammern, an denen sich Streit entzünde. „Das klärt sich aber schnell wieder“, sagt Arndt und verweist auf die vertrauensvollen Beziehungen, die auf den Expeditionen entstehen und oft auch daheim am Institut bestehen bleiben.

Am wichtigsten ist Vertrauen und Verantwortung wohl beim Thema Eisbär. Die Wahrscheinlichkeit, dass welche auftauchen, betrage 100 Prozent, sagt Hans Honold. Er ist ausgebildeter Gebirgsjäger, Bergführer und war Expeditionsleiter auf mehreren Kontinenten. Seit Jahren bereitet er AWI-Forscher für alle Einsätze in Arktis und Antarktis vor und hat das Eisbären-Sicherheitskonzept für Mosaic mit entwickelt. Es besteht aus einer Infrarotkamera, die am höchsten Punkt der Polarstern in alle Richtungen blickt, dazu ein Zaun, der bei Berührung Leuchtraketen auslöst. Sobald ein solches Raubtier auftaucht, müssen alle an Bord des Schiffes.

Zusätzlich gibt es bewaffnete Wachen wie Honold. Das Wort Angst scheint er nicht zu kennen. „Ich vertraue auf meine Ausrüstung“, sagt er. Expeditionsdaunenjacke, Schuhe, die er schon am Südpol trug, Nachtsichtgerät, die hellste Stirnlampe der Welt mit 5000 Lumen und das eigene Gewehr, das ein wenig optimiert wurde und mit einem Spezialöl für diese Temperaturen gepflegt wird. „Ich hoffe, dass ich nicht gezwungen bin, ein so faszinierendes Tier wie den vom Aussterben bedrohten Polarbären erschießen zu müssen“, sagt Honold. „Der Schutz der Forscher steht allerdings darüber.“