Der erste US-Mensch

Der Wasserdruck in der Tiefsee erschwert die Erforschung des Ozeans durch den Menschen. Um Menschen dabei zu helfen, dem Druck selbst in der durchschnittlichen Tiefe des Ozeans standzuhalten, ist spezielle Ausrüstung wie ein Atemregler erforderlich, der nach Angaben der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration 380-mal höher ist als an der Oberfläche.

Alvin, das erste von Menschen betriebene Schiff der USA, das der wissenschaftlichen Forschung gewidmet war, ermöglichte es Menschen, bis zu neun Stunden lang in 4.500 Metern Tiefe zu tauchen. Alvin wurde 1964 von einem Forschungsteam unter der Leitung des Geophysikers Allyn C. Vine am Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) in Falmouth, Massachusetts, entwickelt.

Dank Alvin konnten Wissenschaftler die Auswirkungen des Drucks auf Meeresbodenmikroben untersuchen und hydrothermale Quellen entdecken, die dabei helfen, die Chemie der Ozeane zu regulieren und Ökosysteme zu unterstützen.

Neben der wissenschaftlichen Forschung führte Alvin mehrere Expeditionen für die US Navy durch. Bei seinem ersten größeren Einsatz im Jahr 1966 wurde das Schiff auf die Suche nach einer Wasserstoffbombe geschickt, die versehentlich im Mittelmeer abgeworfen wurde, nachdem ein Bomber der US-Luftwaffe und ein Tanker über Spanien kollidierten. Alvin brauchte zwei Monate, um es zu finden.

Das noch heute im Einsatz befindliche Tauchboot wurde mit einem IEEE-Meilenstein geehrt. Die IEEE Providence (RI) Section hat die Nominierung gesponsert. Aufgrund der COVID-19-Pandemie befindet sich die Einweihungszeremonie noch in der Planung.

Das vom IEEE History Center verwaltete und von Spendern unterstützte Milestone-Programm würdigt herausragende technische Entwicklungen auf der ganzen Welt.

Der nötige Anstoß

Obwohl Alvin nicht das erste von Menschen gesteuerte Unterwasserfahrzeug war, waren seine Vorgänger groß und schwer zu manövrieren. In einem Interview mit dem WGBH Forum Network aus dem Jahr 2015 beschrieb Dudley Foster, ein Ingenieur, der an Alvin gearbeitet hat, die vorherigen Tauchboote als „Luftschiffe“.

Während eines Symposiums über Tiefseeforschung im Jahr 1956 in Washington, D.C. hielt das US Office of Naval Research einen Vortrag über eines der Tauchboote: Trieste. Nach der Konferenz schickte das Forschungsbüro eine Delegation, darunter auch Vine, nach Italien, um sich das 18 Meter lange und 45 Tonnen schwere Fahrzeug anzusehen. Die US-Marine kaufte Triest 1958, um dort Forschungszwecke zu betreiben. Als es 1960 eine Expedition zum Challenger Deep unternahm, dem untersten Punkt des Marianengrabens, war es das erste Mal, dass ein bemanntes oder unbemanntes Schiff den tiefsten bekannten Punkt der Ozeane der Erde erreichte. Laut einem Eos-Artikel aus dem Jahr 2014 erwies sich Trieste jedoch als „zu groß und unhandlich für Routineoperationen in den Ozeanen“.

Vine und sein Forschungsteam, die WHOI Deep Submergence Group, baten in Zusammenarbeit mit dem Forschungsbüro um Angebote für den Bau eines kleineren und wendigeren Tauchboots. Dem Eos-Artikel zufolge sicherte sich General Mills in Minneapolis den Auftrag mit einem Angebot von 498.500 US-Dollar.

REVOLUTIONÄRE TECHNIK

Alvin, das nach Vine benannt wurde, wurde vom General Mills-Ingenieur Harold „Bud“ Froelich entworfen. Der Rahmen des Schiffes bestand aus syntaktischem Schaumstoff, der schwimmfähig und stark genug war, um extremem Druck standzuhalten. Laut WHOI wog Alvin 15 Tonnen und war etwa 7 Meter lang. Das Schiff wurde 1964 fertiggestellt.

Im Heck des Fahrzeugs befanden sich Antriebsausrüstung sowie drei Blei-Säure-Batterien und fünf Auftriebskugeln, die seine vertikale Bewegung steuerten. Elektrische und faseroptische Steckverbinder und Kabel wurden in ölgefüllten Schläuchen und Kästen eingekapselt und somit wasserdicht gemacht. Damit Alvin dem hohen Druck standhalten konnte, war die Rückseite offen, sodass Meerwasser um die Ausrüstung fließen konnte.

Die Forscher und der Pilot saßen in einer Kugel vor dem Tauchboot. Die Stahlkugel mit einem Durchmesser von etwa zwei Metern und drei Plexiglasfenstern beherbergte lebenserhaltende Systeme. Im Notfall könnte sich die Kugel lösen und an die Oberfläche schwimmen. Alvin hatte auch Landekufen, damit es auf dem Meeresboden landen konnte.

Die Ausrüstung in der Kugel steuerte das Tauchboot sowie zwei Roboterarme und Kameras, die an der Vorderseite montiert waren. Die Arme könnten mit Sonden und Werkzeugen ausgestattet werden, um Proben von Sedimenten und Meereslebewesen zu entnehmen. Laut Dudley stellte eine speziell entwickelte Isolierbox sicher, dass die gesammelten Proben nicht durch Änderungen der Wassertemperatur oder des Wasserdrucks zerstört wurden. Alvins Fotokameras verwendeten Thalliumjodidlichter, um den Meeresboden zu beleuchten – das, wie er sagt, grünes Licht statt weißem Licht ausstrahlte, weil ersteres besser durch Wasser wandert und hellere Fotos ermöglicht.

Alvin sank 1968 etwa 1.500 Meter tief auf den Meeresgrund, 217 km vor der Küste von Massachusetts. Es wurde ein Jahr später geborgen.Woods Hole

ERSTAUNLICHE ERFOLGREICHE

Alvins erste große wissenschaftliche Entdeckung geschah zufällig im Jahr 1968, als das Tauchboot etwa 1.500 Meter auf den Meeresgrund sank. Ein Kabel riss, als das Fahrzeug aus dem Überwasserschiff gehoben wurde, das es 217 km vor der Küste von Massachusetts transportiert hatte, um nach Walen zu suchen. Die Besatzung kam unverletzt davon, doch das Essen, das sie zum Mittagessen mitgebracht hatte, sank mit dem Schiff.

Als Alvin ein Jahr später geborgen wurde, waren die Lebensmittel – darunter Suppe, Bologna-Sandwiches und Apfelscheiben – „im Wesentlichen intakt“, wie aus dem Milestone-Eintrag im Engineering and Technology History Wiki hervorgeht. Forscher untersuchten, warum die Lebensmittel nicht so verfielen, wie es an der Oberfläche der Fall gewesen wäre. Sie fanden heraus, dass der Druck das Wachstum der Oberflächenbakterien in der Nahrung unterdrückte.

Eine weitere wichtige Entdeckung – die Existenz hydrothermaler Quellen – wurde auf einer Forschungsreise unter der Leitung des Ozeanographen Jack Corliss im Galapagos-Rift im Südpazifik gemacht.

„Hydrothermale Quellen spucken giftiges überhitztes Gas und metallhaltiges Wasser aus, und dennoch sahen Wissenschaftler Lebewesen wie riesige Röhrenwürmer, Muscheln und Muscheln in der Umwelt gedeihen“, heißt es in einem Medium-Artikel aus dem Jahr 2020 über Alvin.

Corliss stellte fest, dass das Ökosystem vom Sonnenlicht isoliert war, und stellte laut dem Artikel aus dem Jahr 2020 bald darauf die Theorie auf, dass das Leben möglicherweise erstmals in der Nähe solcher Quellen entstanden sei.

„Corliss glaubte, dass hydrothermale Quellen alle notwendigen Voraussetzungen für die Entstehung des Lebens auf der Erde enthielten“, heißt es im Medium-Artikel.

In den letzten sechs Jahrzehnten wurde die Ausrüstung von Alvin viele Male modernisiert. Es umfasst jetzt ein akustisches Navigationssystem und hochauflösende Digitalkameras. Im Mai wurden ein neues Videosystem, Robotik und neue syntaktische Schaumstoffmodule installiert. Die Module ermöglichen es Alvin, laut ETHW-Eintrag eine Tiefe von 6.500 Metern zu erreichen.

Die Meilensteinplakette soll außerhalb des Smith Laboratory am WHOI angebracht werden. Auf der Plakette steht:

1965 nahm die US-Marine das Tiefseetauchboot Alvin der Woods Hole Oceanographic Institution in Betrieb. Von 1974 bis 1984 entwickelten die Ingenieure von Alvin akustische Navigation (ALNAV), Kommunikations-, Fotografie-, Beleuchtungs- und Lebenserhaltungssysteme speziell für die tiefsten Ozeane. Es wurde zu einem der weltweit wichtigsten wissenschaftlichen Tiefseeinstrumente. Alvin entdeckte die Auswirkungen von Druck auf Meeresbodenmikroben und Alvins Studie über hydrothermale Quellen revolutionierte unser Verständnis über den Ursprung des Lebens.