Mit ferngesteuertem U-Boot Umweltgiften auf der Spur

Oldenburger Physiker entwickeln Lasersystem zur Schadstoffaufklärung

Im Dezember 1993 verlor das Containerschiff "Sherbro" bei schwerer See im Ärmelkanal 88 Container, von denen fünf giftige Pflanzenschutzmittel enthielten. Insgesamt wurden bei der Havarie mehr als zwölf Tonnen giftige Chemikalien freigesetzt und zwischen der französischen Küste und der Deutschen Bucht angeschwemmt. Die erheblichen Kosten für die Suche und Beseitigung der Chemikalien hätten vermieden werden können, wenn Techniken für eine schnelle und gezielte Lokalisierung der beschädigten Container verfügbar gewesen wären. Diese Auffassung vertreten die Wissenschaftler der Arbeitsgruppe Angewandte Optik/Laserfernerkundung am Fachbereich Physik der Universität Oldenburg, wo derzeit unter der Leitung von Dr. Rainer Reuter an der Entwicklung eines optischen Sensors gearbeitet wird, der abgesunkene Chemikalien auch in trüben Gewässern zielsicher aufspüren und analysieren soll.

Der Sensor soll mit einem ferngesteuerten Tauchfahrzeug direkt in das Gefahrengebiet eingelassen werden. Mit Hilfe von Videoaufzeichnungen sollen die Chemikalien schon an Bord von Schadstoffunfallbekämpfungsschiffen zu identifizieren sein, so daß notwendige Bergungs- und Sicherheitsmaßnahmen sofort eingeleitet werden können. Weitere Einsatzgebiete des optischen Sensors können Anwendungen in der biologischen Ozeanographie, die Inspektion von Pipelines, die Überwachung von Wracks und das Aufspüren versenkter Kampfstoffe sein. Die Entwicklungsarbeiten an dem optischen Schadstoffdetektor werden voraussichtlich 1999 abgeschlossen sein.

Für die Identifizierung von ausgetretenen Schadstoffen nutzen die Wissenschaftler die Eigenschaft von Chemikalien, bei Bestrahlung, z.B. mit Licht, selbst zu leuchten. Diese Eigenschaft wird als Fluoreszenz bezeichnet. Viele Chemikalien besitzen ein für sie typisches Farbspektrum der Fluoreszenz. Gleich einem "Fingerabdruck" sind die verschiedenen Chemikalien auf diese Weise zu identifizieren.

Im Wasser ausgetretene Chemikalien sind aufgrund ihrer optischen und physikalischen Eigenschaften auf Videobildern häufig nur schwer zu erkennen. Der von den Oldenburger Physikern geplante optische Sensor besteht daher aus einer Videokamera mit sehr kurzer Belichtungszeit und einem sogenannten Fluoreszenzlidar, einem optischen Radar, das die Chemikalien zum Leuchten anregt. Die Farbe der Fluoreszenz von bestrahlten Chemikalien unterscheidet sich dabei deutlich von der des Wassers und des Meeresbodens. Mit dieser Methode können Chemikalien aufgespürt und anhand ihres charakteristischen Spektrums der Fluoreszenz klassifiziert werden.

Als Lichtquelle für das Videosystem wird der aufgeweitete grüne Puls eines Lasers verwandt. Der Laserpuls besitzt eine Dauer von vier Milliardstelsekunden, was einer Länge im Wasser von 80 Zentimetern entspricht. Die Belichtungszeit der Videokamera beträgt fünf Milliardstelsekunden. Durch die Synchronisation beider Zeiten ist es möglich, bei Videoaufnahmen unter Wasser selektiv das vom Meeresboden zurückgestreute Licht zu betrachten, ohne daß das störende Streulicht aus dem Wasser das Bild verschleiert. Hierdurch findet eine Kontrasterhöhung der Aufnahme statt, die die Sichtweite konventioneller Videosysteme um das drei- bis vierfache übertrifft.

Wegen der unterschiedlichen Eigenschaften von Chemikalien wie auch des Wassers in den verschiedenen Meeresgebieten, ist das Unterwasserlidar nicht in allen Fällen einsetzbar. Daher werden an anderen Universitäten und Instituten Sensoren entwickelt, die sich andere physikalische und chemische Prinzipien zu Nutze machen. Sie werden wie das Unterwasserlidar als modulare Komponente in das unbemannte Tauchfahrzeug integriert werden.

Neben dem Unterwasserlidar wird in einem weiteren Teilprojekt ein akustisches Verfahren zur Auffindung gesunkener Schadstoffe von der Arbeitsgruppe Akustik unter der Leitung von Prof. Dr. Volker Mellert an der Universität Oldenburg entwickelt. Die insgesamt sechs Teilprojekte des Verbundvorhabens "Chemikaliennachweis im Meer" werden vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie finanziert und von der Universität Oldenburg koordiniert. Seit Ende 1993 wird ein an der Universität Oldenburg entwickelter Laserfluoreszenzsensor zur Luftüberwachung bei Ölverschmutzungen in Nord- und Ostsee an Bord des Überwachungsflugzeuges des Bundesverkehrsministeriums verwendet.

Kontakt: Dr. Rainer Reuter, Fachbereich 8 Physik, Arbeitsgruppe Angewandte Optik/Laserfernerkundung, Tel.: 0441/798-3522