In die Abgründe der Weltmeere: Zwei Sternstunden der Ozeanografie mit Zürcher Beteiligung

Stefan Ungricht

Vor 200 Jahren erblickten unabhängig voneinander und beinahe gleichzeitig drei Schiffsbesatzungen aus drei verschiedenen Ländern erstmals den antarktischen Kontinent. Der russische Kapitän Fabian Gottlieb von Bellingshausen, der irisch-britische Kapitän Edward Bransfield und der amerikanische Robbenjäger Nathaniel Palmer wurden so im Frühjahr 1820 zu den Entdeckern der sagenumwobenen Terra Australis. Und spätestens Mitte des 19. Jahrhunderts waren dann alle grösseren Landmassen der Erde entdeckt. Die romantische, abenteuerliche Zeit der marinen Forschungsreisen schien endgültig vorüber, die Umrisse der Kontinente und Inseln vermessen und kartiert. Zwar war die Welt unter den Wellen noch weitgehend unbekannt, man ging aber allgemein davon aus, dass die Tiefen des Meeres nicht weiter von Interesse sind—bloss dunkel, kalt und leblos. So ahnte man noch nichts von einer ganz neuen Phase der Erkundung unseres Blauen Planeten, einer Epoche die bis heute andauert. Sie begann mit der Fahrt eines umgebauten Segelschiffs rund um die Erde.

Das Verlegen der ersten transatlantischen Telegrafenkabel um 1866 machte klar, dass Kenntnisse über die Tiefsee durchaus von ökonomischem Wert – ja sogar von strategischem Interesse – waren. Und so baute die britische Royal Navy in Zusammenarbeit mit der Royal Society schliesslich ein dreimastiges Kriegsschiff (mit 21 Kanonen, einer zweizylindrigen Hilfsdampfmaschine und einer Schraube) zu einem Forschungsschiff um, welches am 21. Dezember 1872 in Portsmouth in See stach. Am 21. Mai 1876 kehrte die Korvette dann in die Heimat zurück, nach einer Reise auf der sie 68’890 Seemeilen zurückgelegt hatte. Die Expedition der «Challenger» – so der Name des Schiffs – ist heute gleichbedeutend mit der Geburt der modernen Ozeanografie.

Wissenschaftler übernehmen das Ruder

Die heldenhaften Entdecker und berühmten Kapitäne wichen also neugierigen Wissenschaftlern, die erfahren wollten, wie das Meerwasser zusammengesetzt ist, wie tief die Ozeane sind, wie der Untergrund der Weltmeere beschaffen ist, welche Temperaturen in der Tiefe herrschen, welche Strömungen die Wassermassen bewegen und welche Organismen im gigantischen Wasservolumen leben. Im Gegensatz zu anderen Forschungsgebieten, wo ein einzelner Wissenschaftler einen Durchbruch erzielen kann, brauchte man für die Meereserkundung zwangsläufig eine grössere Infrastruktur. Ozeanografie war von Beginn weg Big Science. Allerdings begann die Geschichte der Meereskunde mit – nach heutigen Massstäben – bescheiden anmutenden Mitteln. Es waren bloss sechs zivile Wissenschaftler, die an Bord der «HMS Challenger» zusammen mit der Besatzung der englischen Marine zu einer Weltumsegelung aufbrachen und dabei sowohl physikalische, chemische, geologische und biologische Beobachtungen anstellten, Messungen vornahmen und Proben sammelten. Das Budget der Expedition belief sich auf £170’000. Einer der Zivilisten an Bord war Jean Jacques Wild aus Zürich mit einem Jahresgehalt von £400.

Geboren 1824 war Wild eigentlich Linguist und Sprachlehrer, aber seine breiten naturwissenschaftlichen Interessen und seine hervorragenden, weitgehend autodidaktisch angeeigneten Fähigkeiten als Zeichner und Maler verhalfen ihm zu einem zentralen Posten innerhalb der Besatzung: Er diente sowohl als Sekretär als auch als wissenschaftlicher Illustrator. Die Forschungsreise unterschied sich nicht bloss durch den Fokus auf die Unterwasserwelt von früheren Forschungsreisen, wie etwa den drei Weltumrundungen von James Cook hundert Jahre zuvor. Revolutionär war vor allem, dass man an möglichst vielen Stellen nach einem streng vorgeschriebenen Standardprogramm vorzugehen gedachte, um vergleichbare Datensätze zu gewinnen. Zum Einsatz kamen dabei zum Beispiel jeweils mehrere Schleppnetze und Dredschen zur Probenahme. Im Verlaufe der Expedition wurden schlussendlich an 362 Probestationen Tiefen-, Strömungs- und Temperaturmessungen durchgeführt und Wasser-, Sediment- und Planktonproben entnommen. Über 4000 neue Arten konnten nach der Expedition aufgrund der gesammelten Belege wissenschaftlich beschrieben werden.

Vorstoss in ungeahnte Tiefen

Die gesammelten Wasserproben erlaubten auch die Bestätigung der Hypothese der konstanten Proportionen, wonach die Ionen-Verhältnisse im offenen Ozean unabhängig vom Salzgehalt des Wassers sind, was der Genfer Chemiker und Arzt Alexandre Marcet bereits 1819 postuliert hatte. Am berühmtesten ist aber wohl die Entdeckung des tiefsten Gebietes der Erdkruste in einem Graben entlang der mikronesischen Inselkette der Marianen im westlichen Pazifik. Dass dies in den Weiten des Ozeans mit einer Lotung, welche jeweils mit einem Gewicht von 200 Pfund an einem Hanfseil mittels Handwinde durchführt wurde, überhaupt gelang, mutet heute fast unglaublich an. Die tiefste Region dieses Grabens, wohin 1960 Jacques Piccard und Don Walsh mit dem U-Boot «Trieste» vorstiessen, heisst noch heute Challenger Deep. Für seine Teilnahme an der Expedition sowie seine beiden danach veröffentlichten Bücher (siehe unten) erhielt Wild ein Ehrendoktorat der Universität Zürich. 1881 wanderte er nach Australien aus und starb dort im Jahr 1900.

Im Vergleich zu den wissenschaftlichen Illustratoren früherer Seereisen, die das visuelle Vermächtnis für die Nachwelt stark geprägt haben – man denke an Sydney Parkinson an Bord der «HMS Endeavour», Georg Forster an Bord der «HMS Resolution» und Ferdinand Bauer an Bord der «HMS Investigator» – blieb Wild verhältnismässig unbekannt und ist heute weitestgehend vergessen. Grund dafür war namentlich auch der Beginn des Siegeszugs der Fotografie, die auf der «HMS Challenger» erstmals in grösserem Umfang eingesetzt werden konnte. Der vielleicht nachhaltigste Einfluss der Expedition mit bloss einem halben Dutzend Wissenschaftlern an Bord war aber die bahnbrechende Art der internationalen Zusammenarbeit bei der Auswertung der gesammelten Daten und Proben—und schliesslich bei der lückenlosen Publikation der Resultate in 50 Bänden auf 29’552 Seiten. Die beiden letzten Bände erschienen 1895, etwa 19 Jahre nach Ende der Expedition.

Auferstehung mit Bohrturm

Die «HMS Challenger» war auf ihrer langen Fahrt nie ins Mittelmeer abgezweigt. Etwa hundert Jahre später sollte dies 1970 ein anderes Forschungsschiff nachholen und dort eine der erstaunlichsten Entdeckungen in der Geschichte der Ozeanografie machen. Mit an Bord als leitender Wissenschaftler war der Sedimentologe und Geologie-Professor Ken Hsü von der ETH Zürich. Kenneth Jinghwa Hsü – 1929 in Nanjing im östlichen China geboren – hatte vor, mehrere Gebiete mit der neuen Technologie des Deep Sea Drilling zu beproben. Das Schiff, die US-amerikanische «Glomar Challenger» war zu diesem Zweck mit einem 43 Meter hohen Bohrturm und mit vier stabilisierenden Heck- und Bug-Thrustern ausgerüstet worden. Was die Bohrleute nach zahlreichen Fehlbohrungen schliesslich am 29. August 1970 an den Tag brachten, sollte die Expedition in die Meldungen der Weltmedien katapultieren und machte den Professor aus Zürich über Nacht berühmt—und umstritten.

Zum Erstaunen aller fand man Salzablagerungen – sogenannte Evaporite, aus dem Mineral Anhydrit (wasserfreies Kalziumsulfat) – wie sie sich nur in heiss-ariden Küstenebenen gebildet haben konnten, nicht wie Gips (wasserhaltiges Kalziumsulfat), der sich in tieferen Wasserkörpern, wie etwa dem Toten Meer, ausscheidet. Für Hsü gab es nur eine Erklärungsmöglichkeit: Die Meerenge von Gibraltar war lange geschlossen und führte zu einer messinische Salinitätskrise vor etwa sechs Millionen Jahren. Das Messinium – benannt nach der sizilianischen Stadt Messina – war 1867 durch den Privatdozenten Karl Mayer am damaligen Polytechnikum in Zürich beschrieben worden. Es handelt sich dabei um die oberste (jüngste) Stufe des Miozäns und umfasst nach heutigem Wissen den Zeitabschnitt vor 5’333’000 bis 7’246’000 Jahren. Kurzum: Das Mittelmeer war laut Professor Hsü und seinen engsten Mitstreitern im ausgehenden Miozän eine flache, ausgetrocknete Pfanne—eine bis zu etwa 3000 Meter unter dem Meeresspiegel gelegene, heisse Salzwüste.

Der Preis der Entdeckungen

In seinem Erlebnisbericht «Das Mittelmeer war eine Wüste» schrieb Hsü: «Da Gefühle im Spiel waren, wurde aus sachlichen Auseinandersetzungen, aus rein intellektuellen Meinungsverschiedenheiten, nicht selten echter Streit. […] Unsere Deutung rief in der Fachwelt unterschiedliche Reaktionen hervor. Günstige Stellungnahmen waren nicht selten, manche Kritiker blieben jedoch skeptisch oder waren gar feindselig.» Die englische Originalausgabe des Buchs erschien 1983. Und 1984 erhielt Ken Hsü dann mit der Wollaston-Medaille von seiner Geologenzunft die höchste Weihe. Seine Deutung hatte sich in der Fachwelt durchgesetzt und laut Professor Hsü haben die Fahrten der «Glomar Challenger» eine Revolution in den Geowissenschaften beendet: Die Ergebnisse der Bohrungen bestätigten die Theorie des Seafloor Spreading und begründeten damit die Prinzipien der Plattentektonik.

Das Forschungsschiff, welches diese Erkenntnisse überhaupt erst möglich gemacht hatte, existierte zu diesem Zeitpunkt schon nicht mehr: 1983 wurde die «Glomar Challenger» nach 624 bearbeiteten Probestationen und 19’119 geborgenen Bohrkernen ausser Dienst gestellt und abgewrackt. Die grösste Penetration in den Meeresgrund war 1741 Meter tief gewesen, die grösste Wassertiefe über einer Bohrstelle 7044 Meter. Doch für eine kurze Zeite sollte der Name «Challenger» noch während zehn Fahrten um den Globus weiterleben. Im Andenken an den Entdeckergeist der Besatzungen der beiden Forschungsschiffe erhielt die NASA-Raumfähre, die im April 1983 zu ihrem Jungfernflug startete, den Namen «Challenger»—und trug diesen bis zu ihrer tragischen Explosion im strahlend blauen Himmel über dem Atlantik zu neuen Horizonten weit über der Erde.

Weiterführende Bücher

– Corfield, Richard (2003) The silent landscape: The scientific voyage of HMS Challenger. The Joseph Henry Press. 285 Seiten. [Zentralbibliothek Zürich]

– Hsü, Kenneth J. (1983) The Mediterranean was a desert: A voyage of the Glomar Challenger. Princeton University Press. 198 Seiten. [Bibliothek Erdwissenschaften, ETH Zürich]

– Hsü, Kenneth J. (1992) Challenger at sea: The ship that revolutionized earth science. Princeton University Press. 417 Seiten. [Bibliothek Erdwissenschaften, ETH Zürich]

– Linklater, Eric (1972) The voyage of the Challenger. Doubleday and Company. 288 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Macdougall, Doug (2019) Endless novelties of extraordinary interest: The voyage of H.M.S. Challenger and the birth of modern oceanography. Yale University Press. 257 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Rice, Anthony (2019) Entdeckungsreisen: Magische Bilder exotischer Welten. wbg Edition. 335 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Spry, William J. J. (1877) Die Expedition des Challenger: Eine wissenschaftliche Reise um die Welt, die erste in grossartigem Massstabe ausgeführte Erforschung der Tiefen der Oceane in populärer Darstellung. Ferdinand Hirt & Sohn. 352 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– von Willemoes-Suhms, Rudolf (1984) Zum tiefsten Punkt der Weltmeere: Die Challenger Expedition 1872–1876. Thienemann Edition Erdmann. 328 Seiten. [Zentralbibliothek Zürich]

– Wild, John James (1877) Thalassa: An essay on the depth, temperature, and currents of the ocean. Marcus Ward & Co. 140 Seiten. [Siehe unten]

– Wild, John James (1878) At anchor: A narrative of experiences afloat and ashore during the voyage of H.M.S. Challenger, from 1872 to 1876. Marcus Ward & Co. 196 Seiten, 13 Farbtafeln, 1 Faltkarte. [Siehe unten]

Aktuelle ozeanografische Forschung an der ETH Zürich

Institute of Biogeochemistry and Pollutant Dynamics—Environmental Physics

Institute of Microbiology—Microbiome Research

Links und Downloads

Hsü, K. J. et al. (1973) Late Miocene Desiccation of the Mediterranean.

Hsü, K. J. et al. (1977) History of the Mediterranean salinity crisis.

Wild, J. J. (1877) Thalassa: An essay on the depth, temperature, and currents of the ocean.

Wild, J. J. (1878) At anchor: A narrative of experiences afloat and ashore during the voyage of H.M.S. Challenger, from 1872 to 1876.