Geowissenschaften in der Antarktis

Die Wissenschaft in der Antarktis befasst sich insbesondere mit den Geowissenschaften. Dabei geht es um wissenschaftliche Forschungen über die Zusammensetzung der Erde und ihrer atmosphärischen Hülle. Die Antarktis ist der ideale Standort, diese Wissenschaften auszuüben, weil die störenden Umwelteinflüsse wegen der Abgeschiedenheit und der dünnen Besiedelung ideal sind. Eine eigentliche Bevölkerung gibt es nämlich in der Antarktis nicht - alle leben dort nur vorübergehend und diese Bewohner sind entweder Forscher oder haben mit der Logistik für diese Forscher und sich zu tun, d.h. sie unterstützen bei der Arbeit, beim Transport, bei der ganz normalen Infrastruktur des täglichen Lebens.

In der Antarktis wird u.a. in folgenden Disziplinen geforscht

Anmerkungen: fettgedruckt= eigene Seite, 1) techn. Hilfswissenschaft der Geologie und Geographie  2) Teil der Geologie  3) Teil der Geophysik

Die Geowissenschaften sind untereinander eng verbunden, viele überschneiden sich auch thematisch. Einige der aufgeführten Wissenschaften kann man als Hilfswissenschaften (z.B. Geodäsie) anderer Geowissenschaften bezeichnen - wieder andere sind nur ein Zweig einer anderen Geowissenschaft (z.B. Gravitation ist ein Zweig der Geophysik).

Physikalische Geographie

Die Forschungen betreffen insbesondere die physikalische Geographie : die Struktur der Erdoberfläche, das Klima mit den wechselseitigen Beziehungen zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre und gerade im Falle der Antarktis die verschiedenen Erscheinungsformen des Wassers. Ebenso gehört dazu das Meer mit all ihren Erscheinungen wie Gezeiten und Meeresströmungen.

Das Ziel der Geographie ist die Beschreibung der Umwelt des Menschen auf der Erde und ihre Beziehung zum Menschen. Dazu braucht es Daten und diese werden auf vielfältige Arten gesammelt und ausgewertet. Früher wurden die Daten fast ausschliesslich im Rahmen von Geländearbeiten gesammelt - heute stammen viele Daten aus Luft- und Satellitenbildern und werden mit früheren Daten und Statistiken verglichen.

Wegen ihrer Abgeschiedenheit war die Antarktis auch eines der letzten Ziele für die Erforschung. Mit Unterstützung des Internationalen Geographischen Kongresses haben verschiedene Staaten Ende des 19. bis Anfang des 20. Jahrhunderts Expeditionen in die Antarktis ausgesandt.

Geomorphologie

Es handelt sich hier um ein Teilgebiet der physischen Geographie : es werden die Oberflächenformen - sowohl des Landes wie jene des Meeres - erforscht. Viele Faktoren bestimmen das Relief der Erde: Klima, Verwitterung, Vulkane, Gesteine usw.  Es wird dabei zwischen endogenen (von innen her wirkend) und exogenen (von aussen her wirkend) Vorgängen unterschieden. Endogene Vorgänge sind Vulkane oder Erdbeben und exogene Vorgänge sind Verwitterung, Vegetation - aber auch die Eingriffe des Menschen.

In der Antarktis sind es insbesondere das Klima, Gletscher wüstenartigen Oasen und Gebirge - die störenden menschlichen Eingriffe sind hier auf ein Minimum beschränkt.

Hydrologie

Die Hydrologie befasst sich mit der Verteilung des Wassers, seiner Umwandlung in die verschiedenen Aggregatszustände. Es kommt in fester, flüssiger und gasförmigen Zustand vor. Der ständige Wechsel zwischen Erde und Atmosphäre nennt man Wasserkreislauf. In der Antarktis sind die grössten Süsswasservorrate der Erde in Form von Eis gebunden. Der Zuwachs im Innern des Kontinents ist äusserst gering, da dort wüstenartige Bedingungen herrschen. Die riesigen Eismengen sind in Jahrmillionen entstanden.  

Glaziologie

Die Glaziologie befasst sich mit sämtlichen Erscheinungs- formen von gefrorenem Wasser: Schneefall, Schneedecke, Eisschelf, Meer-Eis, Eispanzer und Gletscher. Die Forschung ist vielfältig und erstreckt sich auf Entstehung, Verbreitung, Bewegung und Formen des Eises. 
Die Eisbildung hatte einen starken Einfluss auf die Gestaltung der Landschaft und deren Oberflächenformen. Das globale Klima wechselte zwischen Kälte- und Wärmeperioden hin und her. Dieser Kreislauf wurde im Verlauf der Jahrmillionen auch mehrere Male durchlaufen.

Inlandeis: Damit sind riesige, flach gewölbte Eisschilde gemeint - in der Antarktis hat er eine Fläche von 13 Millionen Quatratkilometern und einer Dicke von bis zu 4000 Metern . Der Eisschild fliesst langsam gegen aussen Richtung Polarmeer.

Geologie

Die Geologie befasst sich insbesondere mit Gesteinen. Dabei wird unterschieden zwischen Kräften, die von aussen einwirken (Sonneneinstrahlung, Wasser, Wind... ) und solchen die von innen einwirken ( Erdwärme). Dadurch wird die Erdkruste ständig umgestaltet.

In der Geologie kennt man eine Zeitrechnung, in die Ereignisse der Erdgeschichte eingeordnet werden. Die Geologen erforschen diese Erdgeschichte und ordnen die Ereignisse in einer Zeitskala ein. Es betrifft dies die Gesteine, Wasser und Eis, die Lufthülle und das Leben. Ein Beispiel der geologischen Zeitskala ist unter Geographie / Entstehung der Antarktis zu sehen.

Die ältesten Spuren auf den Erde sind in Gesteinen der Erde und Meteoriten von andern Planeten zu finden. Erst viel später kommen erste Fossilien (Reste und Spuren vorzeitlicher Pflanzen und Tiere in Gesteinen) dazu. Bei der Lufthülle veränderte sich deren Zusammensetzung. Es entstanden die Kontinente, die Gebirge Vulkane und Ozeane.

Geochemie

Die Geochemie untersucht die chemische Zusammensetzung Erde, Wasser und Lufthülle. Systematisch gesammelte Gesteinsproben geben Hinweise auf Lage, Umfang und Art der Zusammensetzung der Lagerstätten.  Die Geochemie wurde in den letzten Jahren besonders bei der Erforschung der Luftverschmutzung eingesetzt.

Mineralogie

Vulkanologie

Die Vulkanologie beschäftigt sich mit Oberflächen- und Tiefenvulkanismus und allen Vorgängen mit dem Auftreten von Lava und Schwefelgasen an der Erdoberfläche. Es wird nach den Ursachen, und nach Art und Form der vulkanischen Ablagerungen geforscht.

Der Mount Erebus ist der einzige noch tätige Vulkan der Antarktis. Er befindet sich auf der Ross-Insel, ganz in der Nähe der amerikanischen Hauptstation Mc Murdo und der neuseeländischen Scott Base. Bereits Ernest Shackleton und Robert Scott befassten sich mit ihm und man kann daher gehört dieser Vulkan zu den am besten erforschten Gebiete der Antarktis.

Paläontologie

n der Paläontologie werden Spuren und Reste von vorzeitlichen Pflanzen und Tieren - abgelagert in Gesteinen (Versteinerung) - untersucht. Damit wird die Entwicklungsgeschichte der Erde rekonstruiert - man nennt diese Methode auch geologische Zeitrechnung. Mit dieser verfügbaren Methode konnte eine relative Zeitskala (im Vergleich zu Zeitabschnitten davor und danach) aufgestellt werden. Erst mit der Entdeckung der Radioaktivität (natürliche Radioaktivität) konnte man die geologische Zeiteinteilung absolut datieren.

Geodäsie

n der Geodäsie - der Vermessungskunde - wird Form und Grösse der Erde bestimmt. In der Antarktis geht es in erster Linie um Erdvermessung, d.h. die äussere Gestalt der Antarktis zu erfassen. Bei der Erdvermessung müssen auch Krümmung und das Schwerefeld der Erde berücksichtigt werden. Dabei kommen neben den klassischen Vermessungsverfahren immer mehr die Satelliten (Global Positioning Systems) zum Einsatz. Aber auch beim klassischen Triangulierungsverfahren findet eine Ablösung zu den exakteren Laserstrahlmessungen statt.

Die Vermessung der Antarktis ist wegen ihrer Abgeschiedenheit und Unwirtlichkeit relativ neu. Neben den klassischen Methoden der Einzelvermessung finden gerade auch hier moderne Vermessungsverfahren mit Hilfe von GPS-Satelliten (Global Positioning Systems) Einzug. 

Geophysik

Die Geophysik nutzt die Erkenntnisse und Methoden der Physik für die Erforschung der Erde, Ozeane und der Atmosphäre. Dazu gehören insbesondere Untersuchungen des Magnetfeldes, des Schwerefeldes, der Erdbeben, der Erdwärme, der natürlichen radioaktiven Strahlung und der Gezeitenwirkung des Mondes. Wichtige Aufgaben sind die Vorhersage von Erdbeben und Vulkanausbrüchen.

Durch die Forschungsergebnisse können auch Theorien in der Physik aufgestellt und bestätigt werden. Auch in der Antarktis werden Lagerstätten von Rohstoffen erkundet - nur dürfen diese bis Mitte des 21. Jahrhunderts nicht abgebaut werden. 

Gravitation

Die Gravitationslehre ist ein Teilgebiet der Geophysik. Unter Gravitation versteht man die gegenseitige Anziehung von Massen. Die Gravitationskraft wird auch als Schwerkraft bezeichnet. Die gemessene Schwerkraft ist nicht an allen Stellen der Erdoberfläche gleich - Schuld daran ist die Rotation der Erde. Die gemessene Erdanziehungskraft besteht aus der Gravitationskraft, die aufgrund der Erdanziehung auf den Körper einwirkt und der ihr entgegengesetzten Zentrifugalkraft. Im Gegensatz zum Aequator ist an den Polen diese Zentrifugalkraft gleich null, wodurch die Gravitationskraft relativ gross ist.

Ozeanographie

Die Ozeanographie ist ein Teilgebiet der Geophysik und befasst sich mit den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Meerwassers, den Bewegungsvorgängen (Meeresströmungen, Gezeiten), dem Wasser- und Wärmehaushalt und den im Meer lebenden tierischen und pflanzlichen Organismen. Einflussfaktoren sind die Atmosphäre (Klima), aber auch der Meeresboden mit den angrenzenden Küsten und Eisschelfen.

Seismologie

Die Seismologie ist ein Teilgebiet der Geophysik und befasst sich mit Erdbeben : von ihrer Entstehung, Ausbreitung, ihrer Messung und Auswirkung. Durch diese Forschung lassen sich Schlüsse auf den Aufbau des Erdinnern ziehen.

Eine wichtige Arbeit ist die Erdbebenvorhersage. Durch das Fehlen von störenden Umwelteinflüssen in der Antarktis können auch mit künstlich ausgelösten seismischen Wellen (Sprengungen) gearbeitet werden. Diese werden reflektiert und liefern Daten über die Erdkruste. Auf diese Art können auch geologische Lagerstätten erkundet werden. 

Physik der Atmosphäre

Als Atmosphäre bezeichnet man das Gemisch von Gasen um die Erde - die Erdanziehungskraft (Gravitation) verhindert ein Entweichen ins Weltall. Es ist insbesondere die Lufthülle der Erde damit gemeint . Diese setzt sich aus 78% Stickstoff und 21% Sauerstoff zusammen. Der Rest besteht aus  verschiedenen Gasen, so auch aus Ozon.

Dieses Gasgemisch hatte nicht immer die gleiche Zusammensetzung wie heute und in Zukunft wird die Zusammensetzung durch Umweltzerstörung auch wieder anders sein. Die Verbrennung grosser Mengen fossiler Brennstoffe (Öl, Benzin, Kohle) verändert das globale Klima - es kommt zum so genannten Treibhauseffekt. Die Wärmestrahlung kann nicht mehr ins vollständig ins Weltall abgestrahlt werden und dies führt zu einer globalen Erwärmung. Diese Zunahme könnte in den nächsten 100 Jahren 2° bis 6° betragen, was eine sehr grosse Veränderung des Klimas auf der ganzen Erde bedeuten würde mit nicht abschätzbaren Folgen wie Flutkatastrophen, Ansteigen des Meeresspiegels und letztendlich Missernten.

Der untere Teil der Teil der Atmosphäre wird Troposphäre genannt, nach dieser folgt die Stratosphäre. Die Grenze zur nachfolgenden Mesosphäre bildet die Ozonschicht. Der obere Teil der Atmosphäre ist die Thermosphäre, auch Ionosphäre genannt und gefolgt von der Exosphäre ; sie ist die äusserste Grenze der Atmosphäre.  

Ozonforschung

Etwa 20-30km über der Erde befindet sich die nur 3-5mm dicke Ozonschicht. Das Ozon entsteht dort durch die Einwirkung der Sonnenstrahlen auf den Sauerstoff der Erde. Diese Ozonschicht schützt das Leben auf der Erde vor der krebserregenden ultravioletten Sonnenstrahlung. Chemische Gase , darunter besonders Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) - lange als Kühlmittel und Treibgas in Spraydosen benutzt -  stellen eine grosse Bedrohung für die Ozonschicht dar. 

Ab Mitte der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts stellten Forscher einen markanten Rückgang von Ozon in der Atmosphäre fest und über der Antarktis wurde ein sog. Ozonloch geortet. Dieses entsteht jeweils im antarktischen Frühling und bleibt dann für mehrere Monate bestehen. Mit Hilfe von Höhenballons und Wettersatelliten wird die Ozonschicht - nicht nur in der Antarktis - ganzjährig überprüft.

Physik der Ionosphäre

Der obere Teil der Atmosphäre über der Ozonschicht wird Ionosphäre oder Thermosphäre genannt. Diese befindet sich 80 bis 600km über der Erde. Die Luft ist in dieser Höhe äusserst dünn mit einer geringen Dichte. 

Für die Ausbreitung von Funkwellen ist die Ionosphäre sehr wichtig. Die Stärke der Reflexion mir der Höhe der Frequenz aber ab. Fernsehen und Radio benutzen Hochfrequenzwellen und die Übertragung erfolgt über eine direkte Linie, z.B. einen Kommunikationssatelliten.

Aurora Australis - Südlicht

Die Leuchterscheinungen in grosser Hohe in Polnähe nennt man Polarlicht. Sie treten in der Arktis und Antarktis jenseits des 60-ten Breitengrades auf:
In der Arktis spricht man vom Nordlicht oder Aurora Borealis
In der Antarktis spricht man vom Südlicht oder Aurora Australis

Die Polarlichterscheinungen treten in vielen Farben und Formen auf : als Flammen, Wolken, Bogen, Bänder usw. und sie wechseln diese Formen sehr rasch. Polarlichterscheinungen haben einen Zusammenhang mit dem Sonnenfleckenzyklus und starken Schwankungen des Erdmagnetfeldes. 

Geomagnetik

Jeder kennt das Experiment vom magnetisierten Metallstück und den darum verstreuten Eisenfeilspänen. Die Späne werden magnetisiert und die Bogen vom Nordpol zum Südpol werden sichtbar - die Linien verlaufen im Innern des Magneten weiter vom Südpol zum Nordpol. 

Die Erde verhält sich gleich wie ein gigantischer Magnet : ein Kompass zeigt ungefähr nach Norden. Ein guter Magnetkompass korrigiert natürlich diese Differenz.

Der magnetische Südpol liegt etwa 2600 km vom geographischen Südpol entfernt. Er ändert im Verlaufe der Jahre seine Lage und liegt zur Zeit in der Nähe der Adélieküste. in der Antarktis. 

Meteorologie

Die Meteorologie betrifft die Erdatmosphäre und ist eine Disziplin der Geophysik. Die Beobachtungen erfolgen in Bodennähe, aber auch in der höheren Atmosphäre.Die Bodenbeobachtung betreffen Messungen von Temperatur, Feuchtigkeit, Niederschlagsmenge, Luftdruck, Windrichtung und -geschwindigkeit, Grad der Bewölkung und Wolkenart sowie die Sichtweite.Die Beobachtungen in der höheren Atmosphäre erfolgen mit Wetterballons, Wettererkundungsflugzeugen und Wettersatelliten. Zweck der Meteorologie ist es nun, brauchbare Wettervorhersagen zu bringen. Mit Hilfe des Computers werden die Daten gesammelt, ausgewertet und interpretiert. 

Katabatische Winde

als katabatische Winde bezeichnet man kalte Fallwinde. Diese entstehen, weil sich ständig kalte Luftmassen vom hohen Polarplateau Richtung Meer hinunterwälzen.

Klimatologie

Die Klimatologie ist ein Teilgebiet der Meteorologie und die Wetterbedingungen über lange Zeiträume auf. Sie ist eher eine Disziplin der Geographie. Als Klima wird die Gesamtheit von meteorologischen Erscheinungen über einen längeren Zeitraum (z.B. 1 Jahr) bezeichnet.  

Klimaänderung

Wir unterscheiden zwischen Klimaschwankungen über wenige Jahrzehnte bis maximal ein, zwei Jahrhunderte und einer eigentlichen Klimaänderung. Für die Ursachen von Klimaänderungen hat man bis
heute keine befriedigende Erklärung gefunden. Es sind viele Faktoren einzubeziehen Die Lage und Besonderheit der Antarktis hat sicher einen grossen Einfluss - aber es gibt noch viele weitere Faktoren wie neue Meeresströmungen, Eruptionen der Sonne oder die Bewegung des Sonnensystems in der Milchstrasse. Ein Schlagwort ist die "globale Erwärmung", die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu einer Erhöhung der Treibhausgaskonzentration führen. In den Beispielen links forschten Wissenschafter aus den USA und Belgien zu diesem Thema

Biologie

mit den Teilgebieten:

Meeresbiologie:

Ökologie

Ornithologie

Physiologie

Botanik

Astronomie

Meteoritenforschung - Meteoritensuche in der Antarktis: Der erste Meteorit in der Antarktis wurde vom australischen Polarforcher Mawson 1912 in der Antarktis entdeckt. Danach hörte man nichts mehr von Meteoritenfunden bis 1969 japanische Wissenschaftler 9 schwarze Meteoriten im Königin Fabiola Fell fanden. Nachdem festgestellt wurde, dass die Meteoriten zu verschiedenen Klassen gehörten, war auch anzunehmen, dass diese nicht alle dort aufschlugen, sondern durch das Eis dorthin befördert wurden. Dies war auch ein Aufbruch zu einer intensiveren Meteoritensuche, denn man konnte ausgehen, Meteoriten zu finden, die vor Tausenden Jahren oder gar Millionen von Jahren auf den Eisschild der Antarktis fielen. Durch die Bewegung des Eises erreichen die Meteoriten deshalb eines Tages die Küste, sie brechen mit einem Eisberg ab und verschwinden im Ozean. An manchen Stellen gibt es aber auch natürliche Barrieren, wo sie aufgehalten werden. Das Eis gibt dann irgendwann durch Erosion diese Meteoriten frei - diese Situation tritt besonders im Bereich der Trockentäler auf. Bis 1982 wurden so über 5000 Meteoriten gefunden, was 25% der weltweiten Funde entspricht.