Argo

Argo ist ein seit 2000 bestehendes internationales Programm, das Informationen aus dem Inneren des Ozeans mit einer Flotte von Roboterinstrumenten (Treibbojen, floats) sammelt, die mit den Meeresströmungen treiben und sich zwischen der Oberfläche und einem mittleren Wasserniveau zur profilierenden Messung von Temperatur, Leitfähigkeit und Druck auf und ab bewegen. Aus den Daten können Salzgehalt und Dichte als wichtige physikalische Größen für die Darstellung des Strömungssystems berechnet werden. Jedes Instrument verbringt fast sein gesamtes Leben unterhalb der Oberfläche.

Der Name 'Argo' wurde gewählt, um die starke Komplementärbeziehung zwischen der Treibbojenflotte mit der Altimetermission der Satellitenserie Jason zu betonen. (In der griechischen Mythologie segelte Jason mit seinem Schiff, der Argo, auf der Suche nach dem goldenen Vlies).

Übersicht über die aktiven Bojen der vergangenen 30 Tage
Stand: 10. November 2023

Die Argo-Einsätze begannen im Jahr 2000. Im November 2012 wurde das millionste Profil erfasst, im November 2018 das zweimillionste. Auch heute, mit fast 4000 aktiven Floats, gibt es immer noch einige Bereiche des Ozeans, die überversorgt sind, während andere Lücken aufweisen, die mit zusätzlichen Floats gefüllt werden müssen. Die heutige Anzahl der Floats ist in der Abbildung links zu sehen. Um das Argo-Array weiterhin zu erhalten, müssen die nationalen Programme 5-600 Floats pro Jahr bereitstellen.

Quelle und aktueller Stand: UCSD

Die autonom arbeitenden Treibbojen werden von Forschungsschiffen ausgesetzt. Sie sind Bestandteil der Klima- und Meeresbeobachtungssysteme (Global Climate Observing System/Global Ocean Observing System GCOS / GOOS) und liefern Daten für CLIVAR (Climate Variability and Predictability Experiment) und GODAE (Global Ocean Data Assimilation Experiment). Die frei verfügbaren Daten dienen u.a. dazu, Ozeanvorhersagemodelle und gekoppelte Ozean-Atmosphäre-Modelle zu entwickeln und zu verbessern. Gleichzeitig sind die Argo-Treibbojen eine wichtige Komponente des El Niño-Beobachtungssystems. Da über 90 % der beobachteten Zunahme des Wärmegehalts des Systems Luft/Land/Meer innerhalb der vergangenen 50 Jahre im Ozean registriert wurden, wird Argo effektiv den Puls der globalen Wärmebilanz messen.

Wie arbeitet eine Argo-Treibboje?

Die Standard-Mission einer Argo-Treibboje besteht aus einem 10-Tage-Zyklus, bei dem die Boje die meiste Zeit mit den Strömungen in der Tiefe des Ozeans treibt und anschließend eine Reihe von Messungen vornimmt, während sie sich zurück an die Meeresoberfläche bewegt (Profile). Sobald die Treibboje an der Oberfläche ist, erhält sie seine Position, oft über GPS, und kommuniziert dann mit einem Satelliten, um seine Daten zu senden und neue Missionsanweisungen zu erhalten.
Für den Großteil der Argo-Flotte beträgt dieses Oberflächenintervall zwischen 15 Minuten und einer Stunde. Danach sinkt die Treibboje für etwa 9 Tage auf eine Drifttiefe von 1000 Metern ab und sinkt dann auf seine Profiltiefe von 2000 Metern, bevor sie langsam an die Oberfläche steigt, während sie Leitfähigkeit, Temperatur und Druck misst. Dieser Zyklus wiederholt sich, bis die Boje in der Regel nach 4 - 5 Jahren ihren Dienst versagt.

Quelle: UCSD

Aufbau einer Argo-Treibboje

Die verschiedenen Modelle der Argo-Treibbojen, die auf der ganzen Welt hergestellt werden, unterscheiden sich sowohl in der Hardware als auch in der Software, arbeiten aber meist auf ähnliche Weise und besitzen folgende Komponenten:

Aufbau einer Argo-Treibboje

Quelle: UCSD

Antenne: Alle Argo-Treibbojen sind mit einer Antenne ausgestattet, die es ihnen ermöglicht, mit Satelliten zu kommunizieren, um ihre Daten zu senden, eine Position zu erhalten und herauszufinden, ob es eine neue Mission gibt. Mehr als die Hälfte der aktuellen Argo-Flotte nutzt GPS, um ihre Position zu ermitteln, und Kommunikationssatelliten von Iridium, um die im letzten Zyklus gesammelten Daten zu übertragen und neue Missionsanweisungen herunterzuladen, falls verfügbar. Durch den Einsatz von GPS und Iridium verbringen die Floats weniger Zeit mit der Datenübertragung an der Oberfläche, was das Risiko des Anschwemmens an Land verringert. Dieser Fortschritt bedeutet, dass das Argo-Programm Floats in Randmeeren wie dem Mittelmeer und dem Golf von Mexiko einsetzen kann. Durch die Verwendung von Iridium können auch mehr Daten zurückgesendet werden, einschließlich mehr Beobachtungen und mehr Informationen über den Zustand der Boje. Anstelle von Iridium und GPS verwenden einige Floats das ältere Système Argos, um sowohl eine Position zu erhalten als auch Daten zurückzusenden. Aufgrund der Datenübertragungsraten und des Standorts müssen diese Bojen normalerweise 8 - 12 Stunden an der Oberfläche verbringen, um eine erfolgreiche Datenübertragung und eine auf ~100 m genaue Position zu gewährleisten.
Leitfähigkeits-, Temperatur- und Tiefensensor (CTD): An der Spitze jeder Argo-Treibboje befindet sich eine CTD, die die Temperatur mit einer Genauigkeit von 0,001 Grad C, den Druck (der eng mit der Tiefe zusammenhängt) mit einer Genauigkeit von 0,1 dbar misst und den Salzgehalt unter Verwendung von Leitfähigkeit, Temperatur und Druck mit einer Genauigkeit von 0,001 psu (praktische Salzgehaltseinheiten) berechnet.
Controller - Jeder Argo-Schwimmer wird von einem kleinen Computer gesteuert, der ein Programm zum Betrieb des Schwimmers enthält.
Internes Reservoir - Dieser Bereich des Schwimmers speichert Öl, wenn er die externe Blase nicht aufbläst.
Hydraulikpumpe - Dieser Mechanismus bewegt Öl zwischen dem internen Reservoir und der externen Blase, um den Auftrieb des Schwimmers zu steuern.
Batterien - Moderne Argo-Schwimmer verwenden Lithium-Batterien für die Stromversorgung der Pumpen, Sensoren, der Steuerung und des Kommunikationssystems. Die verfügbare Batterieleistung ist die Hauptbegrenzung für die betriebliche Lebensdauer einer Treibboje.
Externe Blase - Diese Blase, die etwa die Größe einer großen Grapefruit hat, ist der Mechanismus, mit dem die Argo-Schwimmer ihren Auftrieb oder ihre Tiefe im Ozean steuern. Das Aufblasen der Blase mit Öl aus dem internen Reservoir vergrößert das Volumen der Treibboje, ohne die Masse zu verändern, wodurch die Dichte sinkt und die Boje aufsteigt. Wenn Sie Öl aus der Blase zurück in den Behälter pumpen, erhöht sich die Dichte der Boje, so dass sie auf eine bestimmte Tiefe sinkt.

Es gibt für Argo keine zentrale Organisation. Alles beruht auf einem gegenseitigen Einverständnis der beteiligten Länder und Institutionen. Allerdings hat das Programm ein offizielles Siegel. Ein Aufkleber auf jeder Boje bezeugt ihre Zugehörigkeit zum weltweiten Klimaforschungsprogramm der Vereinten Nationen. Dies schützt die Wissenschaftler vor juristischen Schwierigkeiten für den Fall, dass eine Boje in die „ausschließliche Wirtschaftszone“ eines Landes driftet. Zugleich ist die Technik der Bojen auch ohne ein „Argo-Hauptquartier“ so standardisiert und kontrolliert, dass die Daten aller Bojen hohen und einheitlichen Qualitätskriterien genügen.

Jede Boje kostet etwa 20.000 USD und diese Kosten verdoppeln sich ungefähr, wenn man die Kosten für den Einsatz der Floats, die Verarbeitung der Daten und den Betrieb des Projekts berücksichtigt. Das Array hat etwa 3800 Floats und jeder Float liefert alle 10 Tage ein Profil von Temperatur und Salzgehalt. Das Programm sammelt etwa 140.000 Profile pro Jahr zu Kosten von etwa 200 Dollar pro Profil. 28 Länder haben Floats zum Array beigesteuert, wobei die USA etwa die Hälfte der Floats bereitstellen.

Das Argo-Array hat sein ursprüngliches Designziel von 3000 Floats im November 2007 erreicht und kann auf diesem Niveau gehalten werden, solange nationale Verpflichtungen etwa 600 Floats pro Jahr bereitstellen. Mit der Weiterentwicklung der Technologien hat sich auch das Design des Argo-Arrays weiterentwickelt und wurde auf Randmeere und Meereisregionen in den hohen Breiten erweitert. Zusätzlich gibt es zwei neue Argo-Missionen: die DeepArgo-Mission und die Mission BioGeoChemical Argo (BGC-Argo). Das Ziel der Deep Argo-Mission ist es, die gesamte Wassersäule von der Ozeanoberfläche bis zur Bodentiefe von 6000m zu erfassen. Die BGC-Argo-Mission soll helfen, die Ressourcen des Ozeans zu verwalten. Beide Missionen befinden sich in der Pilotphase, das heißt, sie haben klare wissenschaftliche Ziele und ein Array-Design, die Technologie wird getestet und verbessert und es gibt einen Implementierungsplan.

Weitere Informationen:

Argo Homepage (dort auch aktuelle Floats-Grafik)
The Argo Program: Observing the global ocean with profiling floats (Roemmich, D. et al. (2009)