Bis vor kurzem erschien es noch unmöglich, unter den rauen Bedingungen des arktischen Winters Feldbeobachtungen durchzuführen und kleinskalige Daten etwa zur Massenbilanz des Arktischen Meereises oder zu Schneeverteilungen zu erheben. Modernste technologische Entwicklungen bieten hierfür neue Lösungen: Autonome Sensorplattformen, technisch optimiert für den Einsatz im polaren, marinen Umfeld werden auf Eisschollen installiert und messen dann ganzjährig Parameter wie Sonneneinstrahlung, Eisdicke, Wasserströmung sowie die biologische Aktivität der Eisalgen und des Phytoplanktons. Einige Instrumente auf den Eisschollen senden ihre Daten sogar in Echtzeit über ein Satelliten-Netzwerk an das AWI. Wettervorhersagen und Computermodelle können so verbessert werden.

Die in den oberen Wasserschichten lebenden Eisalgen und Phytoplanktonarten bilden die Grundlage des arktischen Nahrungsnetzes. Ihre Lebensbedingungen ändern sich derzeit jedoch drastisch. Durch die Erwärmung der arktischen Gewässer nimmt das Meereis nämlich sowohl in seiner Ausdehnung als auch in seiner Dicke ab.

Wie sich diese physikalischen und biogeochemischen Veränderungen auf das Nahrungsnetz auswirken, untersucht das AWI mit einem innovativen Verankerungsketten-Konzept, welches neue und traditionelle Messtechniken kombiniert. Dafür werden drei Verankerungsketten in Form eines großen Dreiecks angeordnet: Eine Verankerung enthält oberflächennahe Wasser- und Partikelprobenehmer sowie verschiedene biogeochemische Sensormodule. Eine weitere Verankerung enthält ein Windensystem, sodass die Sensoren automatisch in der Wassersäule auf- und abfahren. Die dritte Verankerung enthält traditionelle Sedimentfallen, die wie ein großer Trichter die absinkenden Partikel auffangen und sammeln, sowie physikalische und biogeochemische Sensoren.

In den Tiefen des Ozeans verhindert totale Dunkelheit jegliches Pflanzenwachstum. Absinkende Partikel werden hier zur wichtigsten Energiequelle – ihre Zersetzung ist der dominierende biogeochemische Prozess in der Wassersäule. Deshalb soll untersucht werden, wie Abbauprozesse, das Vorkommen an Zooplankton und marinen Säugetieren sowie physikalische Prozesse zusammenspielen. Dazu werden mehrere Techniken eingesetzt: Verankerungen sind mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, die zum Beispiel marine Säuger orten oder auch Zooplankton-Arten sowie absinkende Partikel und deren Zusammensetzung erfassen. Sie messen aber auch die Strömungsrichtung und -geschwindigkeit, sowie Temperatur und Salzgehalt des Wassers.

Marine Mikroben bilden etwas mehr als 90 Prozent der Biomasse in den Meeren und sind daher die Hauptakteure der globalen Nähr- und Kohlenstoffkreisläufe. Durch die arktische Erwärmung und dem schmelzenden Meereis wird der Lebensraum der arktischen marinen Mikroben derzeit stark verändert und es ist nicht bekannt, welche Konsequenzen dieser Wandel birgt. Zur FRAM-Infrastruktur gehört daher auch der Aufbau eines mikrobiellen Observatoriums. Damit soll untersucht werden, wie der derzeitige Wandel des Ökosystems die mikrobiellen Gemeinschaften verändert und welchen Einfluss dies auf die globalen Stoffkreisläufe haben könnte.

Der Meeresboden spielt eine wichtige Rolle in der Umsetzung und Speicherung von organischem Material, das in großen Mengen von den oberen Wasserschichten herabsinkt und die Lebensgrundlage für die Bewohner des Meeresbodens bildet. Die biogeochemischen Prozesse am Meeresboden haben auch Auswirkungen auf den globalen Kohlenstoffkreislauf. Bis heute wissen wir nicht, welche Auswirkungen der Klimawandel und andere menschliche Einflüsse auf die Prozesse am Meeresboden haben.

Um dies zu untersuchen, werden in FRAM modulare Technologien für den Einsatz am Meeresboden weiterentwickelt: Kamerasysteme ermöglichen Aufnahmen vom Meeresgrund und seiner Bewohner. Sogenannte Lander-Systeme werden auf den Meeresboden hinuntergelassen und stehen dort über längere Zeiträume, um verschiedene Langzeitmessungen und Experimente durchzuführen, bevor sie – ausgelöst durch ein akustisches Signal – an die Wasseroberfläche aufsteigen und an Bord des Schiffes zurückgeholt werden. Ein Tiefseeroboter wandert über ein Jahr lang selbstständig über den Meeresboden, um biogeochemische Messungen vorzunehmen.