Dr. Jens Karstens
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MOLA – der Modulare Ozean Lander
Die Meere spielen eine entscheidende Rolle bei der Umstellung des Energiesektors von einer kohlenstoffbasierten auf eine kohlenstoffneutrale Gesellschaft. Dies erfordert den Ausbau von Offshore-Windparks sowie die Entfernung und Speicherung von Kohlendioxid im Meer bei gleichzeitigem Schutz der Meeresökosysteme. Diese Aufgaben erfordern detaillierte Informationen über die Vorgänge im Meer und am Meeresboden, idealerweise in Echtzeit. Die meisten der derzeitigen Unterwasser-Beobachtungsplattformen sind jedoch große und schwere Geräte, die einen erheblichen Infrastruktur- und Finanzaufwand erfordern, weshalb sie nur einem sehr begrenzten Nutzerkreis zugänglich sind. MOLA zielt darauf ab, dies zu ändern, indem Technologie zur Unterwasserbeobachtung einem wesentlich breiteren Nutzerkreis zugänglich gemacht wird. MOLA ist eine kompakte, modulare Sensorplattform für das Monitoring verschiedener geophysikalischer, ozeanographischer und chemischer Parameter am Meeresboden und kann je nach Einsatzgebiet mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren und Zubehörkomponenten ausgerüstet werden. Derzeit haben wir Seismometer, Hydrophone, Inklinometer, Druckmesser, Thermometer und CO2-Sensoren modular in das System integriert. Aufgrund seiner kompakten Größe kann MOLA von kleinen Booten aus eingesetzt und geborgen werden, was die Logistik- und Mobilisierungskosten des Systems erheblich senkt, und es kann innerhalb weniger Stunden mobilisiert werden, was es zu einem idealen Instrument für kurzfristige Rapid-Response-Einsätze macht.
Intelligentes Monitoring am Meeresboden
In Zusammenarbeit mit der Universität Kiel und der MarData Graduate School haben wir auf maschinellem Lernen basierende Datenanalyseverfahren entwickelt, die ressourcenschonend genug sind, um auf Mikrocontrollern zu laufen. LightEQ und SeismicSense zum Beispiel sind auf neuronalen Netzen basierende Datenanalyse-Pipelines, die eine Erdbebenerkennung auf dem Gerät ermöglichen. Darüber hinaus entwickeln wir derzeit automatisierte akustische Unterwasserüberwachungsanwendungen zur Erkennung von Meeressäugern und zur Bewertung des Zustands mariner Ökosysteme. Solche Anwendungen, kombiniert mit ressourcenoptimierter Netzwerkkommunikation und verteilten Systemanalyseschemata, ermöglichen den Entwurf und die Implementierung intelligenter Meeresbodenüberwachungs- und Frühwarnsysteme, die einen erheblichen Vorteil gegenüber den heutigen passiven und nicht vernetzten Meeresinstrumenten bieten, um den Anforderungen einer wachsenden nachhaltigen blauen Wirtschaft gerecht zu werden.
Entwicklung und Anwendungsbeispiel des MOLA-Systems
Anschließend an erste Konzeptstudien wird MOLA seit Mai 2023 durch das gleichnamige Helmholtz Validierungsprojekt gefördert. Das MOLA-System wurde in den Werkstätten und Testeinrichtungen des GEOMAR und während mehrerer Testfahrten an Bord der FK Littorina in der Kieler Bucht entwickelt und getestet. Darüber hinaus wurden einzelne MOLA-Geräte und kleine Netzwerke während der Forschungsfahrten M198 an Bord von RV METEOR vor Sizilien und MSM132 an Bord von RV MARA S. MERIAN vor Santorin getestet. Das MOLA-System wurde bereits mehrfach für verschiedene Unterwassermessungen eingesetzt:
Anwendungsbeispiel 1
- Messung der Geräuschkulisse im Kieler Hafen:
Im Juni 2023 wurden zwei MOLA-Lander für drei Wochen im Hafenbecken des Marinearsenals ausgesetzt, um die Geräuschkulisse des Kieler Hafens durch hydroakustische und seismische Messungen zu charakterisieren. Diese ersten, mehrwöchigen Messungen zeigten das Potenzial des Systems für passive akustische Langzeitmessungen.
Anwendungsbeispiel 2
- Seismische Überwachung von Unterwassersprengungen durch die deutsche Marine
September 2023 führte die Deutsche Bundesmarine eine Reihe von Unterwassersprengungen in der Ostsee durch. Ziel war es, die Lärmbelastung durch Unterwasserexplosionen, insbesondere bei der kontrollierten Sprengung von Munition, zu ermitteln. Dabei lieferten fünf MOLAs hydroakustische und seismische Aufzeichnungen von 20 Sprengungen und konnten zur Bestimmung der Schallausbreitung in der Wassersäule und im Meeresboden beitragen.
Anwendungsbeispiel 3
- Rapid-response-Mission während der Erdbebenkrise 2025 auf Santorini:
Im Rahmen des Projektes MULTI-MAREX wurden auf Anfrage der griechischen Partner MOLA-Lander in der Kaldera von Santorin installiert, um das bestehende seismologische Netzwerk von Unterwasserstationen zu ergänzen und die seismische Krise vom Februar 2025 genauer zu untersuchen. Die MOLA-Lander waren innerhalb weniger Tage einsatzbereit, während die anderen Unterwasserstationen erst über einen Monat später installiert werden konnten.
