Segeln ins Unbekannte

Im Dezember 1872 verließ eine 2,306-Tonnen-Korvette namens HMS Challenger von Portsmouth, England, auf einer Mission, die das Verständnis der Menschheit vom Planeten grundlegend umgestalten würde. In den nächsten dreieinhalb Jahren durchquerten das Schiff und seine Besatzung fast 69.000 nautische Meilen über den Atlantik, den Pazifik und den Südlichen Ozean. Die Expedition ist weithin als Gründungsereignis der modernen Ozeanographie anerkannt. Vor dieser Reise war die Tiefsee weitgehend terra incognita – ein dunkler, vermeintlich leerer Abgrund. Die Challenger Expedition bewies, dass die Ozeane dynamisch waren, voller Leben und von Kräften strukturiert, die die Wissenschaft kaum zu erfassen begonnen hatte.

Die Expedition war kein spontanes Unterfangen. Sie war das Ergebnis sorgfältiger Planung durch die Royal Society of London und die britische Admiralität. Charles Wyville Thomson, ein schottischer Naturforscher, leitete das wissenschaftliche Team. Das Schiff selbst war mit hochmodernen Laboratorien, Baggerausrüstung und Sondierungsausrüstung ausgestattet. Die Besatzung bestand aus Marineoffizieren, Matrosen und einem engagierten Team von Wissenschaftlern, die Jahre auf See verbrachten, um Exemplare aus Tiefen zu sammeln und zu katalogisieren, die noch nie systematisch beprobt worden waren.

Was die Challenger in diesen mehr als 1.000 Tagen auf See erreicht hat, bleibt ein Maßstab für die groß angelegte wissenschaftliche Erforschung. Die veröffentlichten Berichte der Expedition umfassten 50 Bände, die 19 Jahre dauerten. Diese Bände legten den Grundstein für fast jeden Zweig der Ozeanwissenschaft, der folgte.

Der Zustand der Ozeanwissenschaft vor der Expedition

Mitte des 19. Jahrhunderts wurde der Ozean vor allem durch die Sicht der Navigation und Meeresbiologie verstanden, die auf seichte Gewässer beschränkt war. Seeleute kannten die Oberflächenströmungen und Windmuster, die ihre Schiffe trugen, aber die Tiefen waren eine andere Sache. Die vorherrschende wissenschaftliche Überzeugung hielt den tiefen Ozean unter 300 Ergründen – etwa 550 Meter – für eine stagnierende, leblose Zone. Diese Hypothese, bekannt als die azoische Theorie, argumentierte, dass Kälte, Dunkelheit und immenser Druck den Abgrund unbewohnbar machten.

Mehrere frühe Expeditionen hatten begonnen, diese Idee in Frage zu stellen. Die HMS Lightning und HMS Porcupine-Umfragen in den 1860er Jahren, ebenfalls unter der Leitung von Wyville Thomson, haben lebende Organismen aus Tiefen von mehr als 600 Metern ausgebaggert. Diese Ergebnisse waren umstritten. Sie legten nahe, dass das Leben viel tiefer existierte, als die meisten Wissenschaftler es für möglich hielten. Die Challenger-Expedition wurde entwickelt, um die Debatte ein für alle Mal zu regeln – und um weit mehr zu tun.

Die britische Regierung finanzierte die Expedition teilweise aus praktischen Gründen. Das globale Telegrafennetz expandierte und Unterwasserkabel waren zu einer kritischen Infrastruktur geworden. Kabelunternehmen benötigten zuverlässige Daten über die Meeresbodentopographie, Sedimenttypen und Wassertemperaturen. Der Challenger würde diese Daten zusammen mit einer systematischen Untersuchung der Ozeanbedingungen weltweit liefern.

Die Reise im Detail

Route und Dauer

HMS Challenger verließ Portsmouth am 21. Dezember 1872. Das Schiff segelte südlich entlang der Atlantikküste Afrikas, umrundete das Kap der Guten Hoffnung und überquerte den Südlichen Ozean. Von dort aus besuchte die Expedition die Antarktisregion, Australien, Neuseeland und die vielen Inseln des Pazifiks. Das Schiff umrundete dann Kap Horn, überquerte erneut den Atlantik und kehrte am 24. Mai 1876 nach England zurück.

Die Reise erstreckte sich über alle großen Ozeanbecken außer der Arktis. Während 365 Stationen — bestimmte Orte, an denen Wissenschaftler anhielten, um Beobachtungen zu machen und Proben zu sammeln — maß die Besatzung Tiefe, Temperatur und Wasserchemie. Sie bohrten auch den Meeresboden aus und schleppten die Wassersäule nach biologischen Proben.

Leben an Bord der Herausforderung

Das wissenschaftliche Team stand vor zermürbenden Bedingungen. Das Schiff war eng und die Arbeit war konstant. Als die Challenger an einer Probenahmestation ankam, setzte die Besatzung Sondierungslinien und Dredgen ein – Operationen, die Stunden dauern konnten. Die Wissenschaftler arbeiteten dann bis spät in die Nacht, konservierten Proben, zeichneten Beobachtungen auf und bereiteten Proben für den Transport nach Hause vor. Sie kämpften gegen Seekrankheit, schlechtes Wetter und die Monotonie von langen Strecken auf See. Doch ihr Engagement erzeugte eine beispiellose Datenmenge.

An Bord waren ein Chemielabor, ein biologisches Labor und eine Dunkelkammer für fotografische Platten. Das Schiff trug Meilen von Seil und Draht zum Ausloten und Baggern, sowie Hunderte von Glasprobengläsern, Alkohol zum Konservieren und die speziellen Werkzeuge, die für Tiefseearbeiten benötigt wurden. Eine der wichtigsten Innovationen des Herausforderers war die Verwendung eines Stahlrauslösedrahtes anstelle des traditionellen Hanfseils. Dies ermöglichte es der Besatzung, Tiefen von mehr als 8.000 Metern mit weitaus größerer Genauigkeit zu messen.

Die wichtigsten Entdeckungen der Expedition

Die Entdeckung des Marianengrabens

Die Challenger Expedition machte die erste genaue Ertönen von dem, was jetzt als Marianengraben bekannt ist, dem tiefsten Teil der Weltmeere. An der Station 225, südwestlich von Guam, maß die Besatzung eine Tiefe von 8184 Metern - ein Rekord, der jahrzehntelang nicht gebrochen werden würde. Diese Erkenntnis allein veränderte die wissenschaftliche Sicht des Meeresbodens. Der Meeresboden war nicht, wie viele angenommen hatten, eine sanft abfallende Ebene, die sich in moderater Tiefe einpendelte. Es war robust, abwechslungsreich und an einigen Stellen fast unmöglich tief.

Marine Biodiversität im Abgrund

Die Expedition sammelte über 4.700 neue Arten von Meereslebewesen. Vor der Challenger wussten die Wissenschaftler vielleicht 10 Prozent der Arten, die schließlich von der Expedition katalogisiert werden würden. Zu den wichtigsten Funden gehörten Tiefseekrebstiere, Stachelhäuter und Fische, die sich in der kalten, dunklen Hochdruckumgebung des Abgrunds entwickelt hatten. Die Existenz dieser Arten widerlegte dauerhaft die Azoic-Theorie. Es stellte sich heraus, dass das Leben in jeder Tiefe existierte, in der die Challenger Proben nehmen konnte.

Die biologischen Proben, die während der Reise gesammelt wurden, füllten ganze Museen. Sie werden noch heute untersucht. Fortschritte in der DNA-Sequenzierung und vergleichenden Morphologie haben es modernen Forschern ermöglicht, Proben von Herausforderungen zu überprüfen und evolutionäre Beziehungen aufzudecken, die für Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts unsichtbar waren.

Ozeanchemie und Temperaturprofile

Das Team von Challenger nahm systematische Messungen der Meerestemperatur in verschiedenen Tiefen vor. Sie entdeckten, dass der Ozean geschichtet ist – wärmer an der Oberfläche, kälter darunter. Sie dokumentierten auch die globale Verteilung von Oberflächen- und Tiefenströmungen. Eines der wichtigsten Vermächtnisse dieser Arbeit war die Erkenntnis, dass die Ozeanzirkulation ein globales System ist, das von Unterschieden in Temperatur und Salzgehalt angetrieben wird. Diese Erkenntnis legte den Grundstein für die moderne physikalische Ozeanographie.

Die chemische Analyse von Meerwasserproben ergab, dass die Chemie der Ozeane mit der Tiefe und dem Ort variiert. Die Expedition dokumentierte das Vorhandensein von gelöstem Sauerstoff, Kohlendioxid und verschiedenen Salzen in verschiedenen Tiefen. Diese chemischen Profile waren unter den ersten, die zeigten, dass der Ozean kein einheitliches Gewässer ist, sondern ein geschichtetes System mit unterschiedlichen chemischen Zonen.

Meeresbodentopographie und Sedimente

Die Expedition erstellte detaillierte Karten des Meeresbodens, die die Existenz von mittelozeanischen Kämmen, Abgrundebenen und tiefen Gräben aufdeckten. Die Besatzung sammelte auch Sedimentproben vom Meeresboden, die nach Zusammensetzung und Herkunft klassifiziert wurden. Sie entdeckten, dass der Meeresboden mit einem feinen, tonähnlichen Sediment bedeckt ist, das aus den Überresten mikroskopisch kleiner Meeresorganismen gebildet wird. Diese Sedimente, die sogenannten Ooze, enthalten die Skelette von Foraminifera, Radiolaria und anderem Plankton. Die Untersuchung dieser Ablagerungen wurde zu einem Schlüsselinstrument für das Verständnis der vergangenen Ozeanbedingungen und der geologischen Geschichte.

Auswirkungen auf Wissenschaft und Gesellschaft

Die Geburt der modernen Ozeanographie

Die Challenger Expedition wird weithin als das Ereignis angesehen, das die Ozeanographie als eine formale wissenschaftliche Disziplin etabliert hat. Vor der Reise waren die Studien des Ozeans in Biologie, Geologie, Chemie und Physik fragmentiert. Die Challenger brachte alle diese Felder in einer einzigen, koordinierten Untersuchung zusammen. Die veröffentlichten Berichte - zusammen als Der Bericht der wissenschaftlichen Ergebnisse der Reise von HMS Challenger - wurden für Generationen zur Standardreferenz für Ozeanwissenschaftler.

Die Expedition stellte auch den Wert einer groß angelegten, staatlich finanzierten wissenschaftlichen Erkundung fest. Es zeigte, dass komplexe Fragen zur natürlichen Welt Ressourcen erfordern, die über das hinausgehen, was jede Person oder Institution bieten könnte. Dieses Modell würde später von ozeanographischen Institutionen, einschließlich der Scripps Institution of Oceanography und der Woods Hole Oceanographic Institution, gefolgt werden.

Klimawissenschaft und Ozeanzirkulation

Die Temperatur- und Salzgehaltsdaten, die von der Expedition Challenger gesammelt wurden, sind auch heute noch relevant für die Klimawissenschaft. Moderne Forscher nutzen die historischen Messungen als Grundlage, um die gegenwärtigen Ozeanbedingungen zu vergleichen. Der Challenger-Datensatz wurde in globale ozeanographische Datenbanken integriert, wo er eine der frühesten Momentaufnahmen der Ozeantemperatur und -chemie liefert. Der Vergleich der Beobachtungen des 19. Jahrhunderts mit modernen Daten hilft Wissenschaftlern, die Erwärmung der Tiefsee und die Versauerung des Meerwassers zu verfolgen - zwei kritische Indikatoren des Klimawandels.

Zum Beispiel verwendete eine 2012 in Geophysical Research Letters veröffentlichte Studie Herausforderungs- Temperaturdaten, um zu zeigen, dass sich der tiefe Ozean im vergangenen Jahrhundert messbar erwärmt hat.

Meeresschutz und Biodiversität

Die biologischen Sammlungen der Expedition liefern eine historische Aufzeichnung der marinen Biodiversität, die für die Erhaltungsbemühungen von unschätzbarem Wert ist. Moderne Wissenschaftler können die Arten, die von der Challenger gefunden wurden, mit Arten vergleichen, die heute an denselben Orten gefunden werden. Diese Vergleiche zeigen Veränderungen in der Artenverteilung, Fülle und Zusammensetzung der Gemeinschaft - Veränderungen, die oft mit Klimawandel, Überfischung und Zerstörung von Lebensräumen verbunden sind.

Organisationen wie die Internationale Union für Naturschutz (IUCN) und die Nationalen Zentren für Umweltinformationen (NCEI) verwenden historische Daten von Expeditionen wie die Herausforderung, um ihre Bewertungen von Meeresarten und Ökosystemen zu informieren.

Vermächtnis und moderne Ozeanographie

Technologische Fortschritte in der Ozeanforschung

Die Methoden der Challenger Expedition waren modern primitiv. Das Sounden erfolgte mit einem Bleigewicht an einem Seil oder Draht. Das Baggern war ein langsamer, mühsamer Prozess, der nur den Meeresboden direkt unter dem Schiff untersuchen konnte. Aber die Expedition bewies, dass eine systematische Erkundung des tiefen Ozeans möglich war, und inspirierte die Entwicklung besserer Werkzeuge.

Heute verwenden Ozeanographen Sonar, ferngesteuerte Fahrzeuge (ROVs), autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und Satellitenaltimetrie, um den Ozean zu untersuchen. Diese Technologien haben den Meeresboden in atemberaubenden Details enthüllt, neue hydrothermale Entlüftungsökosysteme entdeckt und es Wissenschaftlern ermöglicht, den globalen Ozean in Echtzeit zu überwachen. Doch die grundlegenden Fragen, die die moderne Ozeanographie antreiben - Fragen zur Rolle des Ozeans im Klima, zur Verteilung des Lebens und zur Struktur des Meeresbodens - sind die gleichen, die die Expedition der Herausforderungen beantworten wollte.

Institutionen wie die Woods Hole Oceanographic Institution und die Scripps Institution of Oceanography setzen die Tradition der groß angelegten Ozeanforschung fort. Sie betreiben Forschungsschiffe, die mit fortschrittlichen Laboratorien und hochmodernen Sensoren ausgestattet sind. Diese Schiffe, wie die Herausforderer, bevor sie sie nutzen, verbringen Monate auf See, um Daten zu sammeln, die die Grenzen des wissenschaftlichen Wissens erweitern.

Die Herausforderung Daten im 21. Jahrhundert

Die physischen Proben und Daten der Challenger Expedition werden immer noch aktiv in der Forschung genutzt. Das Natural History Museum in London beherbergt die Challenger Sammlungen, die Tausende von Arten und ein riesiges Archiv von Notizbüchern, Karten und Illustrationen umfassen. Forscher auf der ganzen Welt fordern Zugang zu diesen Materialien für Studien in Taxonomie, Evolutionsbiologie und Paläozeanographie.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler Challenger-Daten verwendet, um alles von der Evolution von Tiefseefischen bis zu den langfristigen Veränderungen in Ozean-Plankton-Gemeinschaften zu untersuchen. Die Plankton-Proben der Expedition, die seit über einem Jahrhundert in Formalin konserviert sind, wurden mit modernen Bildgebungs- und genetischen Techniken neu analysiert. Diese Studien haben gezeigt, dass einige Plankton-Arten ihre geografischen Gebiete als Reaktion auf die Erwärmung des Ozeans verschoben haben - ein Ergebnis, das nur durch den Vergleich moderner Proben mit der Challenger-Sammlung gemacht werden konnte.

Lektionen für moderne wissenschaftliche Exploration

Die Expedition Challenger bietet dauerhafte Lektionen für Wissenschaftler und politische Entscheidungsträger. Erstens zeigt sie den Wert der neugierigen Erkundung. Die Expedition war nicht dazu gedacht, ein spezifisches praktisches Problem zu lösen. Sie war darauf ausgelegt, grundlegende Fragen über die natürliche Welt zu beantworten. Diese Investition in Grundlagenforschung hat sich über ein Jahrhundert lang ausgezahlt und Wissen hervorgebracht, das in den 1870er Jahren nicht vorhergesehen werden konnte.

Zweitens unterstreicht die Expedition die Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit in der Wissenschaft. Während die Herausforderung ein britisches Schiff war, wurden die Ergebnisse mit Wissenschaftlern auf der ganzen Welt geteilt. Die veröffentlichten Berichte wurden an Bibliotheken und Institutionen auf der ganzen Welt verteilt, wodurch eine gemeinsame Grundlage für die ozeanographische Forschung geschaffen wurde. Dieser Geist der Offenheit bleibt ein zentraler Wert der modernen wissenschaftlichen Praxis. Organisationen wie die UN Dekade der Ozeanwissenschaft für nachhaltige Entwicklung fördern weiterhin die internationale Zusammenarbeit bei der Erforschung und Forschung der Ozeane.

Drittens zeigt die Expedition Challenger, dass gute Daten niemals verschwendet werden. Die sorgfältigen, systematischen Messungen, die die Crew vor über 150 Jahren durchgeführt hat, erzeugen auch heute noch Erkenntnisse. Diese Tatsache sollte moderne Wissenschaftler und Förderagenturen an den langfristigen Wert gut kuratierter Datenarchive erinnern. Die Challenger-Daten wurden bewahrt und veröffentlicht, um ihre Verfügbarkeit für zukünftige Generationen zu gewährleisten. Zeitgenössische ozeanographische Daten sollten mit der gleichen Sorgfalt behandelt werden.

Schlussfolgerung

Die Reise von HMS Challenger war ein Wendepunkt in der Geschichte der Wissenschaft. Sie verwandelte den tiefen Ozean von einem leeren Punkt auf der Karte in eine reiche, strukturierte, lebende Welt. Die Expedition etablierte die Ozeanographie als wissenschaftliche Disziplin, baute eine Grundlage für Daten auf, die heute noch nützlich sind, und setzte einen Standard für groß angelegte, interdisziplinäre Erkundungen, die Generationen von Forschern inspiriert haben.

Die Expedition zu Herausforderung erinnert uns auch daran, dass es noch viel gibt, was wir über die Ozeane nicht wissen. Rund 80 Prozent des globalen Ozeans bleiben unkartiert, unbeobachtet und unerforscht. Die gleiche Neugier, die die Wissenschaftler zu Herausforderung dazu brachte, den Südpazifik auf der Suche nach Tiefseeleben zu durchqueren, motiviert moderne Ozeanographen, ROVs in hydrothermale Quellen und AUVs unter das arktische Eis zu schicken. Die Arbeit, die 1872 begann, ist noch lange nicht vorbei.

Das Erbe der Expedition ist nicht nur die gesammelten Daten oder die entdeckten Arten. Es ist die Idee, dass der Ozean es wert ist, erforscht zu werden - dass er Antworten auf einige der wichtigsten Fragen unseres Planeten enthält. Angesichts der Herausforderungen des Klimawandels, des Verlusts der biologischen Vielfalt und des Ressourcenmanagements im 21. Jahrhundert ist diese Idee wichtiger denn je.