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Messsystem spürt Chemikalien und anderes auf dem Meeresgrund auf

09.02.2000 - (idw) Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

Unter Beteiligung von zwei Arbeitsgruppen der Universität Oldenburg wurde ein System entwickelt, mit dem man von Schiffen verlorengegangene und leckgeschlagene Container orten und die Inhaltsstoffe analysieren kann. Dieses System zeichnet ein detailliertes Bild von Art und Zustand, Verbleib und Gefahrenpotenzial verlorener Ladung. Das Messsystem kann aber auch für eine Kontrolle von Unterwasserkabeln und Pipelines oder die Bestimmung der Vegetation des Meeresbodens verwendet werden


Sonarmessgerät mit chemischem Analysegerät Ein Unglück wie es auf See häufiger vorkommt: Im Dezember 1993 verlor der Frachter "Sherbro" im Ärmelkanal Container die Pflanzenschutzmittel geladen hatten. Zwölf Tonnen der giftigen Chemikalie, in Plastikbeuteln verpackt, wurden an die gesamte südliche Nordseeküste verdriftet und gefährdeten die Umwelt und den Menschen. Die damals notwendige Beseitigung in diesem großen Gebiet kostete mehrere Millionen Mark. Dieser Aufwand wäre vermeidbar gewesen, hätte schon damals ein System vorgelegen, mit dem man den leckgeschlagenen Container hätte orten und die Chemikalie analysieren können. Ein solches System, das ein sehr detailliertes Bild von Art und Zustand verlorener Ladung, sowie vom Verbleib und dem Gefahrenpotenzial ausgelaufener Chemikalien zeichnet, wurde inzwischen in einem Verbundprojekt entwickelt. Dieses Projekt wurde vom Bundesforschungsministerium finanziert; an ihm waren verschiedene Universitäten, u.a. zwei Arbeitsgruppen der Universität Oldenburg (Dr. Rainer Reuter, Prof. Dr. Volker Mellert) beteiligt. In der aktuellen Ausgabe des Oldenburger Universitätsforschungsmagazins "Einblicke" wird das entwickelte Messsystem vorgestellt (Rainer Reuter: "Nachweis von Chemikalien im Meer", Einblicke Nr. 30, S.14-16).

Die auf See transportierten Chemikalien werden entweder in dafür besonders ausgelegten Chemikalientankern oder, bei kleineren Mengen, auf gängigen Frachtern in Containern oder Fässern transportiert. Obwohl solche Gefahrgut-transporte auf See, ebenso wie an Land, umfangreichen Sicherheitsbestimmungen unterliegen, kommt es immer wieder zu Situationen, in denen Chemikalien ins Meer gelangen. Kollisionen, das Sinken eines Schiffes sowie über Bord gegangene oder beschädigte Ladung sind solche kritischen Vorkommnisse. Um die mit der Bergung befassten Menschen so gut wie möglich zu schützen, ist es erforderlich, zunächst das Gefährdungspotenzial zu ermitteln. Für Chemikalien, die sich nicht mit Wasser mischen, jedoch aufgrund ihrer spezifischen Dichte an der Wasseroberfläche treiben, ist eine solche Abschätzung mittels Flugzeug möglich. Wasserlösliche Substanzen dagegen sind schon schwerer zu orten, jedoch verringert sich ihr Gefährdungs-potenzial meist sehr schnell durch Verdünnung. Besonders problematisch sind wasserunlösliche Stoffe, die aufgrund ihrer Dichte absinken. Am Meeresboden sammeln sie sich in Pfützen, dringen ins Sediment ein oder werden mit der Strömung verdriftet. Nur wenn diese Stoffe geortet und ihre Gefährlichkeit abgeschätzt werden können, ist eine sichere Bergung möglich.

An erster Stelle eines Sucheinsatzes nach havarierter Ladung am Meeresgrund steht die Eingrenzung des betroffenen Gebietes mittels Sonar. Dieses akustische Verfahren nutzt Schallwellen, die sich im Meer leicht ausbreiten. Mit Hilfe von "Bildern", die sich aus der Aufzeichnung der Rückstreuung von Schallwellen ergeben, kann man z.B. Wracks oder andere größere Objekte wie verlorene Ladung über Entfernungen von einigen hundert Metern ausfindig machen. Informationen über den Ort und Ausbreitung von ausgelaufenen Chemikalien am Meeresgrund liefert in dem kombinierten Messgerät eine so genannte akustische Impedanzmessung. Dabei werden akustische Wellen zur Überlagerung gebracht, die sich im freien Wasser anders ausbreiten als an der Sediment-Wasser-Grenzfläche. Ein Chemikalienfilm auf der Sedimentoberfläche beeinflusst das hervorgerufene Interferenzmuster sehr empfindlich. Sowohl die Dicke des Chemikalienfilms als auch die Dichte des Stoffes haben Einfluss auf die Interferenz, sodass bereits einige aufschlussreiche Hinweise über die Menge und Art der ausgelaufenen Chemikalien gewonnen werden.

Während das Sonar größere Objekte über weite Entfernungen orten kann, sind die Sonarbilder jedoch viel zu grob für genauere Informationen. Mögliche Beschädigungen in einem Behälter erkennt man mit einem Lidar (Light Detection and Ranging), einer ausgefeilten Kameratechnik, die auch in trüben Meeresgebieten Bilder über eine Entfernung von mehreren Metern liefert. Mit dem Lidar können auch Fluoreszenzspektren von Chemikalien am Meeresgrund aufgenommen werden. Die Fluoreszenz gibt wichtige Hinweise auf die Art eines Stoffes. Sehr nützlich ist ein Fluoreszenzspektrum auch bei transparenten Stoffen. Zum Aufspüren wasserlöslicher Chemikalien dienen zwei chemische Analyse-geräte: der Quarzmicrobalancesensor (QCM), ein Messgerät, das vom Einsatz für Luftanalytik für die Unterwasseranwendung modifiziert wurde, sowie der kombinierte Gaschromatograph/ Massenspektrometer (GC/MS), die an den Universitäten Magdeburg und Hamburg/Harburg entwickelt wurden. Während der QCM Chemikalien nach Art und Konzentration bis in den ppm-Bereich (parts per million) identifizieren kann, reicht die Empfindlichkeit des GC/MS in den Bereich der Spurenanalytik hinein.

Das Messsystem, das die Eingrenzung und Identifizierung verlorener Ladung und die Analyse der ausgetretenen Chemikalien sehr spezifisch löst, kann auch für andere Zwecke verwendet werden. So ist z.B. eine Kontrolle von Unterwasserkabeln und Pipelines möglich, aber auch die Bestimmung der Vegetation des Meeresbodens. Dem Verbundprojekt ist also ein flexibles System gelungen, das die Auffindung und Bergung von havarierten Behältern und ausgetretenen Chemikalien in Meer sehr viel einfacher und sicherer möglich macht.

Mareke Janssen

Kontakt: Dr. Rainer Reuter, Fachbereich 8 Physik, Tel.: 0441/798-3522, E-Mail: r.reuter@las.physik.uni-oldenburg.de

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