Damit hätte keiner der Forscher gerechnet: dass sie unter einer 740 Meter dicken Eisschicht in den Tiefen der Antarktis auf Fische und andere Meeresbewohner stoßen würden. Hier, wo ewige Dunkelheit und Kälte herrschen, in einem kaum zehn Meter tiefen Wasserbecken, das sich zwischen Eis und einen kargen Felsenboden quetscht – hunderte Kilometer vom offenen Ozean entfernt.

Doch nun schwammen Fische vor die Kamera eines kleinen Tauchroboters, den sie in einem engen Bohrloch im Ross-Schelfeis in die Tiefe schickten – an der hintersten Kante dieses Eisbretts von der Größe Frankreichs. Die Bohrung setzte das Team genau dort an, wo die wandernden Eismassen gerade die eigentliche Küstenlinie der Antarktis verlassen und aufschwimmen. Bis zum offenen Meer jenseits der Eiskante ist es an dieser Stelle noch gut 850 Kilometer weit.

Lage des Bohrlochs
© Rachel Xidis, NIU
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Das WISSARD-Team bohrte exakt in die Stelle, wo das Ross-Eisschelf und der westantarktische Eisschild zusammentreffen und der Gletscher aufschwimmt. Die Verhältnisse in dieser Zone sind möglicherweise entscheidend bei der Frage, wie schnell der Gletscher Eis verliert.

"Ich bin wirklich überrascht", sagt der 63-jährige Glazialgeologe Ross Powell von der Northern Illinois University, der die Expedition mit zwei anderen Wissenschaftlern leitete. Powell sprach mit mir via Satellitentelefon an seinem abgelegenen Arbeitsplatz auf dem westantarktischen Eisschild. Hier hatten sich die 40 Wissenschaftler, Bohringenieure und Techniker von einem mit Kufen ausgerüsteten Flugzeug absetzen lassen. "Ich habe meine ganze Laufbahn an diesen Stellen geforscht", sagt er. Die Unterseiten von Gletschern, die in den Ozean fließen, ähnelten sich überall. "Dort gibt es nur wenig Nahrung, es ist unwirtlich und lebensfeindlich."

Dennoch scheint hier ein ganzes Ökosystem zu existieren – unfassbar weit entfernt vom Sonnenlicht, das die gängigste Energiequelle des Lebens auf der Erde ist.

Bohren mit Heißwasser

Das von der US National Science Foundation (NSF) finanzierte Team wollte hier eigentlich die Entwicklung und Langzeitstabilität des Whillans-Eisstroms untersuchen, von einem der größten Gletscher, die das Ross-Schelfeis nähren. Los ging es mit der Expedition im Dezember, als Traktoren riesige Schlitten mit mehr als 400 Tonnen Treibstoff und Ausrüstung zum Ausgangspunkt der Expedition schleppten – er liegt etwa 630 Kilometer vom Südpol und 1000 Kilometer von der nächsten dauerhaften Forschungsstation entfernt.

Anfang Januar startete das Team dann den bislang beispiellosen Versuch, durch das Eis bis zur so genannten Aufsetzlinie des Gletschers zu bohren, dorthin, wo dieser die Kontinentalkante überschreitet und auf dem Wasser zu schwimmen beginnt. Mit heißem Wasser aus einem Kevlarschlauch, ein Kilometer lang und so dick wie ein Fußknöchel, schmolz das Team der Bohringenieure der University of Nebraska-Lincoln (UNL) ein Loch durch das Eis bis zu dem darunterliegenden Meerwasser.

Nie zuvor hatte jemand die Aufsetzzone eines großen antarktischen Gletschers direkt beobachtet. Als am 7. Januar Pazifikzeit das Loch erstmals offen lag, sah alles danach aus, als würden die Forscher es auch hier mit der typischen Einöde zu tun bekommen.

Nichts als lebloser Schlamm

Eine im Bohrloch abgesenkte und nach unten gerichtete Videokamera zeigte nur unbelebten Meeresgrund "so felsig wie die Mondoberfläche", erklärt Powell. Selbst in der Tiefsee findet man zumindest Anzeichen einer Tierwelt, seien es die Laufspuren von Schalentieren oder von Würmern ausgestoßene Häufchen im Schlamm. Aber hier, unter dem antarktischen Eis, zeigte die Kamera nichts von alledem. Auch die Bohrkerne, die das Team aus dem Schlamm entnahm, enthielten nicht den geringsten Hinweis darauf, dass je ein Tier seine Gänge durch den Untergrund getrieben hätte.

Zudem war das Meerwasser, das die Forscher in Flaschen an die Oberfläche beförderten, kristallklar. Das ließ auf eine bestenfalls spärliche Besiedelung mit Mikroorganismen schließen – nicht genug, um Tieren ausreichend Nahrung zu bieten.

"Das Wasser ist so klar, da kann nicht viel Futter drin sein", sagt Trista Vick-Majors, Mikrobiologiedoktorandin von der Montana State University, die einige der Wasserproben aus der Tiefe geholt hat. Überdies enthalten die Sedimente große Mengen an Quarz, einem Mineral, das für die Ernährung von Mikroorganismen von geringer Bedeutung ist. Schlamm vom Boden eines Meeres oder Sees riecht oft nach Schwefelwasserstoff, der von Mikroorganismen produziert wird. Darum sei "die Nase ein guter Mikrobendetektor", erklärt Alex Michaud, ebenfalls Mikrobiologiedoktorand von der Montana State University. Doch diese Sedimentproben "riechen nach gar nichts".

Erst acht Tage, nachdem sie das Loch gebohrt hatten, am 15. Januar Pazifikzeit, wurde dem Team klar, dass in der Dunkelheit etwas Größeres lebte.

Die Entdeckung gelang mit Hilfe eines schmalen, eineinhalb Meter langen Roboters mit dem Namen Deep-SCINI. Dessen stromlinienförmiger Körper besteht aus Aluminiumstangen und syntaktischem Hightech-Schaum aus Millionen winzigen, hohlen Glasperlen, seine Augen sind mit verstärktem und druckbeständigem Saphirkristall versehen.

Deep-SCINI ist als ferngesteuerter Tauchroboter (ROV) darauf ausgelegt, ein enges, eisiges Bohrloch hinunterzurutschen, um das Wasserloch in der Tiefe zu erkunden. Zu seiner Ausstattung zählen neben anderen Instrumenten auch Kameras, ein Greifarm und ein Wasserprobensammler. Robert Zook und Justin Burnett vom Eisbohrprojekt der UNL hatten Tag und Nacht gearbeitet, um ihn rechtzeitig für diese Expedition fertig zu stellen. Dann flogen sie über Neuseeland in die Antarktis – mit Deep-SCINI im Handgepäck.

Kurz nach dem Mittagessen des 16. Januar koppelten Bohrtechniker den Deep-SCINI an ein Glasfaserkabel von der Dicke eines Gartenschlauchs, setzten den Motor der Winde oberhalb der Bohrplattform in Gang und ließen das Kabel von einer riesigen Rolle abrollen, während sich der Roboter auf seinen Weg nach unten machte. Die Ingenieure hatten Deep-SCINI zuvor ein paar Mal im Swimmingpool "fliegen" lassen, wie Zook es nennt, und in einer Druckkammer auf Tiefseetauglichkeit getestet. Jetzt aber war er unterwegs zu seinem ersten echten Einsatz – der ihn tiefer durch das Eis führen würde als jedes andere ROV zuvor.

Fische!

Etwa ein Dutzend Leute drängten sich in dem kleinen Kontrollraum, den das Team in einem auf Schiern montierten Frachtcontainer eingerichtet hatte. Alle wollten sie Deep-SCINIs Jungfernflug sehen, der auf mehreren Videomonitoren gleichzeitig übertragen wurde.

Die Kamerasicht nach unten im Bohrloch war durch ein Betongewicht behindert, das vom Greifarm des Roboters hinabhing und die Aufgabe hatte, ihn in dem engen Bohrschacht von etwa einem Dreiviertelmeter Durchmesser senkrecht zu halten. Deep-SCINI bewegte sich 45 Minuten lang abwärts. Immer wieder erhaschten seine Seitenkameras dunkle Ablagerungen an den Wänden des Lochs – wahrscheinlich die im Eis gefangenen Überreste von Vulkanasche oder anderem Staub, der sich vor Jahrtausenden auf der Oberfläche niedergeschlagen hatte. Die Forscher hatten die Schichten schon mehrere Tage zuvor beim Bohren des Lochs entdeckt. Später fanden sie auch Kiesel am Boden, was dafür spricht, dass die Unterseite der Eisplatte schneller schmilzt und der riesige Gletscher sich nun rascher ins Meer voranschiebt als erwartet.

Schließlich verloren sich die vom Deep-SCINI beleuchteten Wände in der Dunkelheit. Der Roboter tauchte unter dem Eis in eine grenzenlose Leere von pechschwarzem Wasser. Nur helle Tupfen flogen wie Sternschnuppen an der Seitenkamera vorbei: Das Licht des Deep-SCINI wurde von Sandkörnern reflektiert, die seit Jahrtausenden im Eis gefangen waren und nun durch den Roboter abgelöst zum Meeresboden hinabsanken.

Endlich erreichte der Roboter den felsigen Untergrund. Oben im Kontrollzentrum legte Burnett einen Hebel um. Der Greifarm des Roboters öffnete sich, das Betongewicht fiel ab, und Deep-SCINI drehte sich in eine horizontale Lage. Der Autodidakt Zook hatte den Roboter konzipiert und größtenteils auch konstruiert – nun saß er neben dem Doktoranden Burnett und bediente die Kameras und Displays. Die anderen Leute im abgedunkelten Raum starrten nur auf die schwarzen Monitore. Ab und zu streifte ihr Blick etwas am Rand des Sichtbaren: ein herabfallendes Stückchen Irgendetwas, das urplötzlich die Richtung änderte, oder einen Schatten, der durch eine Ecke huschte.

Plötzlich ertönte ein Schrei

Burnett und Zook hatten ständig mit Problemen zu kämpfen, der Roboter steckte eindeutig noch in der Testphase. Beispielsweise drohten die Antriebe (trotz des antarktischen Eiswassers) permanent zu überhitzen, weshalb sie unter ihrer Kapazität laufen mussten. Auch fehlte Deep-SCINI noch das Navigationssystem, so dass die beiden nur mit Tricks navigieren konnten. Sie flogen beispielsweise von einem großen Stein zum nächsten oder ließen die Techniker ein paar Meter Kabel einholen, um den Roboter mit dem Heck zum Bohrloch auszurichten. Weil sich ein Haltekabel weiter oben verheddert hatte, mussten sie den Roboter aber an unerwartet kurzer Leine halten; weiter als etwa 20 bis 30 Meter konnten sie sich nicht vom Bohrloch wegbewegen.

Schließlich brachten Burnett und Zook den Deep-SCINI etwa einen Meter über dem Boden zum Stehen, um ihre Instrumente neu zu justieren. Die Kollegen im Kontrollraum starrten weiter auf den Meeresgrund, wie ihn die nach vorne gerichtete Kamera zeigte. Plötzlich ertönte ein Schrei. Einer von ihnen deutete auf den Monitor mit dem Bild der nach unten gerichteten Kamera.

Ein sanfter Schatten glitt über das Bild, von vorne nach hinten spitz zulaufend wie ein Ausrufezeichen – es war der Schatten eines Fischs mit Kulleraugen. Dann tauchte die Kreatur selbst auf: ein bläulicher, bräunlicher und rötlicher Körper, lang wie ein Buttermesser und so durchsichtig, dass seine inneren Organe zu erkennen waren.

Alle brachen in Jubel aus, klatschten, schüttelten den Kopf. "Es war einfach unglaublich", erinnert sich Powell.

Ein todlangweiliges Leben?

Deep-SCINI blieb für sechs Stunden unten im Meerwasser. Als Burnett den Roboter auf dem Boden parkte, sahen sie in der Ferne erneut einen Fisch, wie er zunächst völlig reglos über dem Boden schwebte und alles zu beobachten schien, dann näher kam und wieder verharrte. Rund 20 Minuten lang schwamm er so von einem Fleck zum nächsten, bis er zuletzt etwa eine halbe Armlänge von der Kamera entfernt war. Vielleicht wirkte das ungewohnte Licht anziehend auf ihn, vermutet Zook. Der Fisch habe auf ihn einen "neugierigen und gutmütigen" Eindruck gemacht. "Ich glaube, den Fischen ist es hier einfach langweilig – mir wäre es das jedenfalls."

Einen durchsichtigen Fisch
© Deep-SCINI UNL-Andrill SMO
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Ungefähr 20 bis 30 Fische fanden die Wissenschaftler in den Tiefen unter dem antarktischen Eisschelf. Wovon diese sich ernähren, ist ebenso offen wie die Frage nach ihrer Familienzugehörigkeit.

Insgesamt traf der Roboter an diesem Tag auf 20 oder 30 Fische. Laut Powell sei es "eindeutig eine ganze Gemeinschaft, die dort unten lebt, und kein bloßer Zufallsfund". Die durchsichtigen waren die größten von allen; dazu gab es noch zwei andere, kleinere Fischarten, eine schwarz und eine orange, sowie Dutzende rote, garnelenähnliche Schalentiere und eine Hand voll andere im Meer lebende Wirbellose, die das Team noch nicht näher beschreiben wollte.

Für die beteiligten Mikrobiologen war die Entdeckung der Fische gar nicht das Aufregendste, sondern eher ihre Schlussfolgerung daraus. Nur drei Tage vor der Entdeckung waren sich Trista Vick-Majors und Brent Christner noch einig darüber gewesen, dass sich ein Leben hier unten auf Mikroorganismen mit einem trägen Stoffwechsel beschränkt. Der Mikrobiologe Christner von der Louisiana State University (LSU) hat langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der eisbedeckten antarktischen Seen. "Wir müssen uns nun fragen, was die Fische hier eigentlich fressen", sagt er, als ich ihn später auf die Tiere anspreche. "Nahrung ist knapp, und jede Form von Energie ist schwer erkämpft. Hier zu leben, ist richtig hart."

Eine der Nahrungsquellen könnte kleines Plankton sein, das in dem sonnendurchfluteten Wasser des Rossmeeres lebt und durch Strömungen unter dem Schelfeis hergetragen wird. Allerdings müsste das Plankton den ozeanografischen Modellen zufolge sechs oder sieben Jahre lang unter dem dunklen Schelfeis entlangdriften, bevor es die Aufsetzzone des Whillans-Eisstroms erreicht. Unterwegs hätten sich aber bestimmt schon viele andere Tiere über diese Nahrung hergemacht, "das Wasser wäre schon ganz schön ausgelutscht", meint Vick-Majors.

Woher stammt die Energie?

Das Ökosystem könnte auch von chemischer Energie aus dem Erdinneren anstatt von Sonnenlicht angetrieben sein. Bakterien und andere Mikroorganismen könnten sich von Mineralien ernähren, die von der Unterseite des Eises abtropfen oder von subglazialen Flüssen unter dem westantarktischen Eisschild herangeschwemmt werden. Manche Mikroorganismen am Anfang der Nahrungskette sind in der Lage, von Ammonium oder Methan zu leben, das aus uralten marinen Sedimenten hunderte Meter unter der Oberfläche freigesetzt werden könnte. Als nämlich das gleiche Expeditionsteam vor zwei Jahren in einem subglazialen See 100 Kilometer landeinwärts bohrte, fand es dort ein Ökosystem, das seine Energie im Wesentlichen aus Ammonium gewann – allerdings gab es dort nur Mikroorganismen und keine Tiere.

"Wir müssen uns nun fragen, was die Fische hier eigentlich fressen" (Brent Christner)

Anfangs schien das Gebiet unter den größten Eisschelfen der Antarktis dem riesigen Meeresboden der Tiefsee zu gleichen, einem anderen nährstoffarmen Lebensraum in über 3000 Meter Tiefe. Aber langsam zeichnen sich deutliche Unterschiede ab: Die schlammigen Böden des ozeanischen Abyssals werden von Würmern und anderen Lebewesen besiedelt, die sich von verrottendem Material ernähren, das ständig auf sie herabrieselt, dem so genannten Detritus. In den bislang untersuchten Schlammhaufen der Whillans-Aufsetzlinie fanden sich aber keine solchen Lebewesen, und auch Deep-SCINIs Kameras haben nichts dergleichen entdeckt. "Bisher haben wir keine epibenthale Lebensgemeinschaft gefunden", sagt Powell. "Was hier lebt, kann sich irgendwie fortbewegen."

Das sind alles relativ neue und nur vorläufige Erkenntnisse. Aber schon in den späten 1970er Jahren beschrieben Forscher etwas Ähnliches vom Rand des Ross-Schelfeises. Das so genannte J9-Bohrloch reichte bis zu einer etwa 240 Meter tiefen Meerwasserschicht, 430 Kilometer von der Kante des Eises entfernt. Hier fand man Fische und Schalentiere im Wasser, aber keine Schlammbewohner. Das könnte bedeuten, dass Tiere so tief unter dem Schelfeis ausreichend mobil sein müssen, um ihrer Nahrungsquelle folgen zu können.

Schalentier aus der Tiefe
© Reed Scherer, Northern Illinois University
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Auch Schalentiere leben unterhalb des Ross-Eisschelfs, wie dieser rote Flohkrebs, den die Wissenschaftler in der Tiefe fingen und an die Oberfläche beförderten.

Was auch letztlich die Energiequelle des Systems sein mag, Bakterien könnten als Nahrung für mikroskopisch kleine Einzeller (Protisten) dienen, Schalentiere könnten sich von den Protisten ernähren, und Fische könnten wiederum die Schalentiere fressen – oder manchmal auch einfach den Nachwuchs der Konkurrenten, erklärt Arthur DeVries von der University of Illinois in Urbana-Champaign. Der Biologe war bei der Expedition nicht dabei, forscht aber seit 50 Jahren über Fische, die an der Vorderseite des Ross-Schelfeises leben.

Ob die Fische selbst schon etwas wirklich Neues für die Wissenschaft sind, wird sich zeigen. Die Bilder und Videos müssen noch ausgiebig analysiert und in einer Fachzeitschrift veröffentlicht werden, bevor das Team mehr dazu sagen wird. Laut DeVries könnten alle zur Familie der Antarktisdorsche (Nototheniidae) gehören, die in der Antarktis seit etwa 35 Millionen Jahren dominiert. Damals begannen sich der Kontinent und seine umliegenden Ozeane stark abzukühlen, und die Fische entwickelten Proteine, die sie vor dem Einfrieren schützen.

Daten für Jahre

Zurück im Kontrollraum hatten Burnett und Zook ihr Tagwerk noch nicht getan, daran änderte auch die unverhoffte Entdeckung nichts. Nun kämpften sie mit technischen Problemen beim Versuch, Deep-SCINI wieder an die Oberfläche zurückzubefördern. Eine am Betongewicht befestigte Schnur schwamm wie ein Heliumballon obenauf und half ihnen, den Rückweg zum Bohrloch und damit den Ausgang für den Roboter zu finden. Nun musste erst wieder das Betongewicht mit dem Greifarm gefasst werden, um Deep-SCINI in die Vertikale zu bringen und durch das Loch hinaufzusteuern. Eine seiner Kameras war verstellt und zeigte nicht mehr auf den Greifarm. Erst nach einer Dreiviertelstunde gelang es, das Gewicht wieder einzuhaken.

"Das war ein kleines Wunder", sagt Zook über den Jungfernflug des Deep-SCINI. Denn unter den extremen Bedingungen der Antarktis wird meist jeder Versuch einer technischen Innovation abgestraft. "Die Faustregel ist: Kein Gerät funktioniert hier beim ersten Einsatz."

Zwei Stunden nachdem Deep-SCINI wieder ans Tageslicht gehoben war, senkten die Forscher schon ein anderes Instrument ins Bohrloch hinab. Es diente ihnen dazu, 20 Stunden lang Gase, Strömungen, Temperatur und Salzgehalt am Boden zu messen und der Frage nachzugehen, wie sich diese Faktoren verändern, wenn die Gezeiten im fernen Ozean an der dünnen Wasserschicht unter dem Eis zerren und drücken. Eine nach unten gerichtete Lampe mit Kamera lockte dabei immer wieder Besucher an – allesamt rötliche Schalentiere oder neugierige Fische.

Oben im Container bastelte Zook unterdessen aus einer Art Insektennetz eine Falle für Schalentiere, während Michaud eine für Fische anfertigte. Dazu baute er eine Hummerfalle um, die Zook zufällig bei der Anreise in einem neuseeländischen Sportladen gekauft hatte. Bis dato konnten sie allerdings nur eine Hand voll Schalentiere für weitere Untersuchungen fangen – leider noch keine Fische.

Neben diesem Projekt arbeitet das Team auch noch an einem weiteren, bei dem es um die Bedingungen beim Zusammentreffen von Gletschern mit Meerwasser geht. Der Gletscherforscher Slawek Tulaczyk von der University of California in Santa Cruz leitet die Deep-SCINI-Expedition zusammen mit Powell und einem anderen Wissenschaftler. Die ganze Aufregung um die Fische verpasste er allerdings, weil er gerade ein Stück weiter weg eine sensorbestückte Leine in ein anderes Bohrloch versenkte. Sobald das Loch wieder zufriert, wird die Schnur im Schelfeis fixiert sein. Der Sensor misst dann über Jahre hinweg die Temperaturen über und unter dem Eis sowie im Wasser darunter. Er wird zudem Ebbe und Flut aufzeichnen wie auch die Ströme des trüben Wassers subglazialer Flüsse, die in den Ozean fließen. Ein Neigungswinkelmesser soll die Biegebewegungen des Schelfeises während der Tide aufzeichnen, die sich täglich einen Meter auf- und abbewegt. Seismografen dokumentieren dazu das Krachen und Knirschen, wenn sich auf der Unterseite des Eises Gletscherspalten auftun. So wollen die Forscher herausfinden, wie viel Wärme und mechanischer Stress tatsächlich auf die Grundzone des Whillans-Eisstroms einwirken.

Eisbohren unter verschärften Bedingungen
© J. Raine
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Die Bohrexperten des WISSARD-Teams müssen sämtliches benötigte Material von weit her mitbringen. Auch einen subglazialen See, den Lake Whillans, bohrten sie vor einiger Zeit an.

"Ich weiß, es klingt trocken", schreibt Tulaczyk per E-Mail – mit süßen Fischchen kann er nicht aufwarten. Aber die Messungen lieferten seiner Meinung nach wichtige Daten für die Frage, wie schnell das Eis an der Unterseite des Gletschers schmilzt, erklärt er mir.

Antarktisches Stop-and-go

Zurzeit verringert sich die Fließgeschwindigkeit des Whillans-Eisstroms jedes Jahr ein wenig. Das macht ihn zu einer Ausnahmeerscheinung unter den antarktischen Gletschern, passt aber offenbar zu einem komplexen Zyklus von Stop-and-go-Bewegungen, wie ihn die Gletscher hier über Jahrhunderte erleben. Das Schmelztempo im Aufsetzbereich könnte klären, warum die Forscher hier Steine gefunden haben, die von der Unterseite des Eises herabgebröckelt waren. Die Messdaten könnten auch zeigen, ob bereits absehbare Umstände das Abbremsen des Whillans-Eistroms wieder rückgängig machen werden. All diese Erkenntnisse werden dabei helfen, die möglichen Auswirkungen der Gletscher aus diesem Teil der Arktis auf den globalen Meeresspiegelanstieg besser zu verstehen.

Selbst als Deep-SCINI am 15. und 16. Januar über 20 Stunden hinweg das Kommen und Gehen von Fischen aufzeichnete, war Tulaczyks Blick auf ein anderes, viel subtileres Detail auf dem Monitor fixiert: Ein am Grund abgesetztes Gewicht schien an der Kamera vorbeizurutschen – zuerst ganz langsam, dann schneller. Doch der Klotz stand fest, nur der Gletscher darüber hatte zu gleiten begonnen: Der Whillans-Eisstrom ist dafür bekannt, die meiste Zeit zu ruhen, um dann zweimal täglich einen Satz nach vorne zu machen – nie zuvor ließ sich diese Bewegung so gut in Messdaten festhalten.

Auch die Staub- oder Ascheschichten, die Deep-SCINI auf seinem Weg nach unten dokumentierte, werden Forscher wie Tulaczyk und Powell noch für einige Zeit beschäftigen. "Es war schon vor der Entdeckung der Fische eine tolle Reise in die Tiefe", resümiert Powell. "Wir werden großartige Daten haben!"