Bathymetrie

Bathymetrie ist die Messung der Wassertiefe in Ozeanen, Flüssen oder Seen. Bathymetrische Karten sehen ähnlich aus wie topografische Karten, die mit Hilfe von Linien die Form und Höhe von Landflächen darstellen.

Auf topografischen Karten verbinden die Linien Punkte mit gleicher Höhe. Auf bathymetrischen Karten verbinden sie Punkte mit gleicher Tiefe. Eine kreisförmige Form mit immer kleiner werdenden Kreisen in ihrem Inneren kann auf einen Meeresgraben hinweisen. Sie kann auch auf einen Seamount, einen Unterwasserberg, hinweisen.
In der Antike führten Wissenschaftler bathymetrische Messungen durch, indem sie ein schweres Seil über die Bordwand eines Schiffes warfen und die Länge des Seils aufzeichneten, die sie benötigten, um den Meeresboden zu erreichen. Diese Messungen waren jedoch ungenau und unvollständig. Das Seil reichte oft nicht gerade bis zum Meeresboden, sondern wurde durch die Strömung verschoben. Außerdem konnte das Seil die Tiefe immer nur an einem Punkt messen. Um ein klares Bild des Meeresbodens zu erhalten, hätten die Wissenschaftler Tausende von Seilmessungen vornehmen müssen.
Häufiger schätzten Wissenschaftler und Seeleute die Topografie des Meeresbodens. Manchmal ließen sich die Hügel und Täler des Meeresbodens leicht vorhersagen. In anderen Fällen überraschte ein Graben oder eine Sandbank die Seefahrer. Dies konnte für die Schiffsbesatzung gefährlich sein und zu wirtschaftlichen Verlusten führen, wenn das Schiff auf die Sandbank auflief und seine Ladung verlor.
Echolote
Heute werden Echolote für bathymetrische Messungen eingesetzt. Ein Echolot sendet einen Schallimpuls vom Schiffsrumpf oder -boden zum Meeresboden. Die Schallwelle prallt zum Schiff zurück. Die Zeit, die der Impuls braucht, um das Schiff zu verlassen und zum Schiff zurückzukehren, bestimmt die Topografie des Meeresbodens. Je länger es dauert, desto tiefer ist das Wasser.
Ein Echolot ist in der Lage, einen kleinen Bereich des Meeresbodens zu messen. Allerdings ist die Genauigkeit dieser Messungen noch begrenzt. Das Schiff, von dem aus die Messungen vorgenommen werden, bewegt sich und verändert die Tiefe des Meeresbodens um Zentimeter oder sogar Fuß. Reflexionen von Unterwasserorganismen, wie z. B. Walen, können den Weg der Schallwellen stören. Die Schallgeschwindigkeit im Wasser variiert auch je nach Temperatur, Salzgehalt und Druck des Wassers. Im Allgemeinen breitet sich der Schall schneller aus, wenn Temperatur, Salzgehalt und Druck zunehmen. Der Ozean hat verschiedene Strömungen mit unterschiedlichen Temperaturen und Salzgehalten. Die ständige Bewegung des Ozeans macht die Bathymetrie schwierig.
Um diese Probleme zu lösen, haben Ingenieure Fächerecholote entwickelt. Fächerecholote verfügen über Hunderte von sehr schmalen Strahlen, die Schallimpulse aussenden. Diese Anordnung von Impulsen ermöglicht eine sehr hohe Winkelauflösung. Unter Winkelauflösung versteht man die Fähigkeit, verschiedene Winkel oder Blickwinkel eines einzigen Objekts zu messen. Eine hohe Winkelauflösung bedeutet, dass ein einzelnes Merkmal des Meeresbodens – wie die Spitze eines unterseeischen Berges – aus einer Vielzahl von Winkeln, sowohl von der Seite als auch von oben, gemessen werden kann.
Mehrstrahl-Echolote korrigieren die Bewegungen des Schiffes auf See, was die Genauigkeit der Messungen weiter erhöht. Sie ermöglichen es den Wissenschaftlern auch, mehr Meeresboden in kürzerer Zeit zu kartieren als mit einem Einstrahlecholot.
Mehrstrahlecholote können auch Informationen über die physikalischen Eigenschaften eines Meeresbodens liefern. Sie können zum Beispiel anzeigen, ob das Merkmal aus harten oder weichen Sedimenten besteht. Wenn das Material hart ist, kommt das Signal des Echolots stärker zurück.

Mit Hilfe der bathymetrischen Technologie wurden viele interessante Entdeckungen gemacht. So wurden zum Beispiel Tausende von Seebergen im zentralen Pazifik, in der Nähe des US-Bundesstaates Hawaii, entdeckt. Diese Seamounts, die so genannte Hawaii-Emperor Seamount Chain, ragen 1.000 oder mehr Meter über den Meeresboden hinaus. Die Wissenschaftler vermuteten, dass es sich um alte Vulkane handelte, konnten sich aber nicht sicher sein. Mit Hilfe von bathymetrischen Instrumenten wurden Gesteinsproben von den Gipfeln dieser Seamounts entnommen, was die Theorie bestätigte. Diese Seeberge enthielten Fossilien von riffbildenden Organismen, die während der Kreidezeit in flachen Gewässern lebten. Diese Proben bewiesen, dass die Seeberge zur Zeit der Dinosaurier über dem Wasser standen.
Bathymetrische Daten
Das U.S. National Geophysical Data Center (NGDC) und die International Hydrographic Organization (IHO) messen und archivieren bathymetrische Daten. Ihre bathymetrischen Messungen dienen der sicheren Navigation und dem Schutz der Meeresumwelt rund um den Globus.
Das NGDC erstellt zum Beispiel digitale Höhenmodelle, die zur Simulation von Tsunamis verwendet werden. Das Vorhandensein von unterseeischen Gräben oder Bergen kann sich direkt auf die Stärke und den Weg eines Tsunamis oder Hurrikans auswirken. Das NGDC betreibt auch eine weltweite digitale Datenbank für bathymetrische Messungen im Auftrag der Mitgliedsländer der Internationalen Hydrographischen Organisation.
Die IHO mit Sitz in Monaco setzt sich für die Vereinheitlichung der Seekarten, die Einführung zuverlässiger Methoden zur Durchführung von Meeresvermessungen und die Weiterentwicklung der Wissenschaften auf dem Gebiet der Hydrographie ein. Hydrographie ist die Lehre von der Tiefe und den Eigenschaften des Wassers. Die Bathymetrie ist ein Teil der Hydrographie. Sie ist ein integraler Bestandteil dieser Wissenschaft der Vermessung und Kartierung von Gewässern.