Prof. Dr. Heidrun Kopp
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Dr. Jörg Bialas
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Ozeanbodenhydrophone (OBH) und -seismometer (OBS)
Seit 1991 hat die "MARINE GEODYNAMIK" Ozeanboden-Hydrophone (OBH) und Ozeanboden-Seismometer (OBS) entwickelt und auf See eingesetzt.
Auch das aktuelle Design, das vier-Kanal „OBS-2000“, wurde in Kooperation mit der Firma "Umwelt- und Meerestechnik GmbH, K.U.M." entwickelt. Die „Lobster“ Version kann für Langzeit Einsätze ein zusätzliches Druckrohr mit Batterien tragen. Heute werden alle Metallteile des tragenden Systems, genauso wie die Druckzylinder des akustischen Auslösers, des Data Loggers und des Seismometers, aus Titan hergestellt. Der Aufbau aus syntaktischem Schaum und Titanzylindern hat sich durch kurze Turn-a-Round Zeiten an Bord und hohe Zuverlässigkeit selbst unter harten Bedingungen bewiesen. Alle Systemkomponenten sind für Operationen in bis zu 6000 m Wassertiefe entwickelt. Einige OBS sind auch bis 8000 m Wassertiefe einsetzbar
Moderne, stromsparende Datenlogger, aus Eigenentwicklung (GEOLOG), bzw. Modelle der Firma K.U.M. (6D6) stehen zur Verfügung. Die Modularität der Systemkomponenten erlaubt es unterschiedliche Sensoren und Datenlogger für aktive und passive seismische Experimente zu nutzen.
Das Ozeanbodenhydrophon (OBH)
Für das OBH-System sind alle Komponenten um eine Mittelstange zentriert, an deren Spitze ein Bergegriff angebracht ist. An diesem Griff ist eine 2 m lange Flaggenstange montiert. Der Schwimmkörper besteht aus 2 Halbkugeln mit einem Durchmesser von 550 mm. Zwischen den beiden Halbkugeln können weitere Scheiben eingesetzt werden, welche jede zusätzlich 3,5 Kg Auftrieb liefert. Die fest angebrachte obere Halbkugel wird zum Befestigen eines Blitzers und eines Peilsenders benutzt.
Unterhalb des Schwimmkörpers sind der akustische Auslöser (iXblue oder K.U.M.) und der 0,8 m lange Druckzylinder mit dem Datenrecorder (Eigenbau GEOLOG oder K.U.M. 6D6) und den Batterien (bis zu 72 R20 oder Lithium Zellen) montiert. Das seismische Hydrophon (HTI-04 / HTI-90) ist zwischen dem akustischen Auslöser und dem Druckzylinder montiert. Der akustische Auslöser hat seine eigene Stromversorgung und einen zusätzlichen programmierbaren Zeitauslöser für Sicherheitszwecke.
Am unteren Ende des akustischen Auslösers befindet sich ein Auslösehaken, an dem über einen 2 m langen Draht ein Anker (ein 40-50 Kg schweres Stück Eisenbahnschiene) befestigt ist, der das ganze System fest am Meeresboden verankert. Der Draht soll verhindern, dass das System den Meeresboden berührt. Über einen Sender, der an einem Kabel unterhalb des Forschungsschiffes hängt, wird ein akustisches Signal von der Deckseinheit zum Auslöser gesendet, um den Anker zu lösen.
Das gesamte Gewicht des Systems beträgt ohne Anker ungefähr 125 Kg. Die Abwärts- und Aufwärtsgeschwindigkeiten betragen ungefähr 1 bis 1,2 m/s.
OBS Design 2002
Im Jahre 2002 wurde mit der Firma "Umwelt- und Meerestechnik GmbH, K.U.M." ein völlig überarbeiteter Entwurf für den vier Komponenten OBS-Systemträger entwickelt. Das Ziel der Weiterentwicklung war es, die Ausmaße des Instruments im Wasser zu verringern, die Inbetriebnahme von Standard- und Breitbandseismometer ohne komplizierte Auslegevorrichtung zu ermöglichen und die Anzahl der Instrumente, die in einem Container gelagert werden können, zu erhöhen.
Der Auftrieb wird nun von Zylindern bereitgestellt, welche wiederum aus syntaktischem Schaumstoff hergestellt werden. Der Druckzylinder mit dem Datenrekorder befindet sich auf dem überstehenden Rahmengestell neben dem Auftriebskörper. Unter diesem Teil des Rahmens können verschiedene Typen von Seismometern direkt auf dem Anker gespannt werden. Seismometer kleiner Baugröße (4.5 Hz) können wahlweise auch an einem Ausleger per Brenndraht direkt am Meeresboden abgelegt werden.
Als Standard werden 4.5 Hz Seismometer eingesetzt, es sind aber auch Trillium Breitbandsensoren verfügbar. Beide Komponenten werden von K.U.M. gefertigt. Als vierte Komponente ist immer ein Hydrophon (HTI-04 / HTI-90) angebracht.
Das Ankergewicht, befestigt mit einem akustischen Auslöser (KUMQuat) unter dem Systemträger, hält den Auftriebskörper mit Druckzylinder und Sensoren während des Sinkens und auf dem Meeresboden in horizontaler Lage.
Das Seismometer ist zwischen dem Rahmengestell und dem Anker angebracht. Diese Position vermeidet das Risiko, dass das Seismometer den Boden in einem zu geneigten Winkel berührt und spart außerdem teure Tragbügel-Mechanismen, sichert aber eine gute Ankopplung an den Boden. Testmessungen bestätigten, dass Frequenzen von 100 Hz und höher noch aufgenommen werden.
Bei der Bergung steigen die Instrumente mit dem Auftrieb zuerst zur Oberfläche, während der schwere Druckzylinder und das Seismometer vertikal darunter orientiert sind. Das garantiert, dass der akustische Auslöser, der im Zentrum befestigt ist, zu jeder Zeit unter Wasser gehalten wird. Daher ist die akustische Distanzmessung zu dem Gerät auch möglich, wenn das System auf der Oberfläche schwimmt. In der vertikalen Position werden Suchhilfen wie Flagge, Blitzer und Peilsender aus dem Wasser gehoben.
Außer dem Auftriebskörper sind alle Komponenten mit den OBH-Instrumenten kompatibel und können ausgewechselt werden. Alle OBS sind für 6000 m Einsatztiefe ausgelegt, einige wenige Geräte können bis 8000 m Wassertiefe eingesetzt werden. In der „LOBSTER“ Version kann ein zusätzliches Druckrohr mit weiteren Batterien für Langzeiteinsätze oder zusätzliche Sensoren (z.B. Paroscientifc Drucksensor) montiert werden.
