Nutzung aktueller Erkenntnisse aus der Polarforschung für die Antarktis-Umweltschutzaufgaben

267 Pages·2017·2.98 MB·German

Umweltforschungsplan des
Bundesministeriums für Umwelt,
Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit
Forschungskennzahl 3713 85 100
UBA-FB-00
Nutzung aktueller Erkenntnisse aus der Polarfor-
schung für die Antarktis-Umweltschutzaufgaben
von
Michaela Mayer
INASEA - Institut für nachhaltige Aktivitäten auf See‚ Bremen
Klaus Lucke
Perth
Max Schuster
DW Shipconsult, Kiel
Karen von Juterzenka
Bremen
Hans-Peter Reinthaler
Linz
Beate Lange
INASEA Institut für nachhaltige Aktivitäten‚ Bremen

INASEA – Institut für nachhaltige Aktivitäten auf See
Dr. Michaela Mayer
Kirchlintelner Str. 3
D-28325 Bremen
Im Auftrag des Umweltbundesamtes
Abschlussdatum 2016

UBA Texte Nutzung aktueller Erkenntnisse aus der Polarforschung für die Antarktis-Umweltschutzaufgaben
Kurzbeschreibung
Eine 1999 veröffentlichte Studie (Carstens et al., 1999; FKZ 29625507) beinahe gleichen Wortlauts
stellt bereits wesentliche Erkenntnisse aus der marinen Ökosystemforschung hinsichtlich ihrer Rele-
vanz für die Durchführung von Genehmigungsverfahren von Forschungsvorhaben und touristischen
Aktivitäten nach dem AUG dar.
Aufgrund fortgeschrittener technischer Entwicklungen der bei der Polarforschung zum Einsatz kom-
menden Methoden und Geräte sowie ausgeweiteter logistischer und touristischer Aktivitäten in der
Antarktis, war eine erneute Evaluation auf Grundlage des aktuellen Forschungsstandes erforderlich.
Die vorliegende Studie wurde um die terrestrische Komponente der Ökosystemforschung mit deren
potentiellen Umweltauswirkungen ergänzt.
Ziel dieser Studie ist es, den aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand über die AUG relevanten
Schutzgüter der antarktischen Umwelt, die bei der modernen Polarforschung zum Einsatz kommen-
den Methoden und deren begleitende Logistik sowie der touristischen Aktivitäten mit der eingesetz-
ten Logistik in der Antarktis darzustellen. Auf dieser Basis soll eine vorläufige Bewertung nach AUG
für die bei diesen Aktivitäten entstehenden Umweltauswirkungen vorgenommen werden können, so-
fern dies ohne Kenntnis der spezifischen Einsatzbedingungen möglich ist.

Abstract
A study of almost equal wording published in 1999 (Carstens et al., 1999; FKZ 29625507) already
provides important insights from marine ecosystem research regarding its relevance for the imple-
mentation of procedures for the approval of research projects and tourism activities according to the
AUG.
Due to advanced technical developments in the methods and devices used in polar research, as well
as extended logistical and tourist activities in the Antarctic, a re-evaluation was necessary on the ba-
sis of the current state of research. The present study was supplemented by the terrestrial compo-
nent of ecosystem research and its potential environmental impacts.
The aim of this study is to describe current scientific knowledge about Antarctic components related
to the environmental protocol, to present the methods used in modern polar research and their ac-
companying logistics as well as the tourism activities with the implemented logistics in the Antarctic.
On this basis a preliminary assessment according to AUG for environmental impacts resulting from
these activities is to be carried out, if this is possible without knowledge of the specific conditions of
use.

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UBA Texte Nutzung aktueller Erkenntnisse aus der Polarforschung für die Antarktis-Umweltschutzaufgaben
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................ 17
Tabellenverzeichnis ................................................................................................................. 18
Abkürzungsverzeichnis ............................................................................................................ 19
Zusammenfassung .................................................................................................................. 22
Summary ................................................................................................................................ 27
1 Einleitung.......................................................................................................................... 31
2 Material und Methoden ...................................................................................................... 34
2.1 Grundlagen des Bewertungsverfahrens ....................................................................... 34
2.1.1 Schutzgüter und Art der Einwirkung ...................................................................... 34
2.1.2 Kategorisierung der Auswirkungen nach § 4 Abs. 3 AUG ......................................... 35
2.1.3 Vorläufige Bewertung ohne Einsatzparameter ........................................................ 36
2.1.4 Einsatzspezifische Bewertungsfaktoren ................................................................. 36
2.1.5 Kategorisierung der Auswirkungen nach § 17 AUG ................................................. 39
2.1.6 Bewertung der Auswirkungen nach § 21 ff. AUG ..................................................... 43
2.2 Kriterien und Anwendung des Bewertungsverfahrens ................................................... 43
2.2.1 Stufe 1: Übersicht und Bündelung ......................................................................... 43
2.2.2 Stufe 2: Geräte-, methoden- oder aktivitätsspezifisch ............................................. 45
2.2.3 Stufe 3: Einsatzabhängig ...................................................................................... 47
2.2.4 Stufe 4: abschließende Bewertung ........................................................................ 49
3 Ergebnis und Anwendung der Bewertungsmethode .............................................................. 51
3.1 Methoden und Geräte der Meeresforschung ................................................................ 51
3.1.1 Einleitung ............................................................................................................ 51
3.1.2 Bündelung, Beschreibung und Bewertung von Forschungsmethoden ....................... 52
3.1.2.1 Forschungstauchen 53
3.1.2.2 Geräte zur Probenahme 54
3.1.2.2.1 Greifer und Kernbohrer (Corer) .................................................................... 54
3.1.2.2.2 Geschleppte Netze, am Boden fangend ........................................................ 55
3.1.2.2.3 Geschleppte Netze, im Wasser und unter dem Eis fangend ............................ 56
3.1.2.2.4 Stationäre Netze und Fanggeräte, am Boden aufsetzend ............................... 57
3.1.2.2.5 Geräte zur Probenahme: Wasserprobennehmer ............................................ 57
3.1.2.3 Optische Beobachtungssysteme 58
3.1.2.4 Sensoren/Messeinheiten der nicht aktiven akustischen Nutzlast (payload) 59
3.1.2.5 Akustisch aktive Nutzlast 59
3.1.2.6 Unterwasserplattformen mit Nutzlast 60
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3.1.2.6.1 Trennung von Unterwasserplattformen und Nutzlast ..................................... 60
3.1.2.6.2 Unterwasserplattformen mit Nutzlast ........................................................... 61
3.1.2.6.2.1 Plattformen am Boden aufsetzend .......................................................... 61
3.1.2.6.2.2 Mobile Plattformen ............................................................................... 62
3.1.2.6.2.2.1 Autonom profilierende Plattformen ................................................. 64
3.1.2.6.2.2.2 Passive Plattformen ....................................................................... 65
3.1.2.6.2.2.3 Automatische Messstationen .......................................................... 66
3.1.2.7 Bohrgeräte (Meereis) 67
3.1.3 Fallbeispiel: Einsatz eines Grundschleppnetzes (GSN) ............................................ 68
3.1.3.1 Stufe 1 68
3.1.3.2 Stufe 2 68
3.1.3.3 Stufe 3 69
3.1.3.4 Stufe 4 71
3.2 Forschungsmethoden an antarktischen endothermen Tieren ........................................ 73
3.2.1 Ornithologische Feldmethoden ............................................................................. 73
3.2.1.1 Einleitung 73
3.2.1.2 Methodenbeschreibung und vorläufige Bewertung 78
3.2.1.2.1 Untersuchungsmethode mit notwendigem Fang ............................................ 78
3.2.1.2.2 Morphologische Untersuchungen ................................................................ 80
3.2.1.2.3 Gewebeproben ........................................................................................... 81
3.2.1.2.3.1 Blutentnahme ....................................................................................... 81
3.2.1.2.3.2 Muskelbiopsie ...................................................................................... 82
3.2.1.2.3.3 Entnahme von Federn, Abschneiden von Federn ...................................... 83
3.2.1.2.3.4 Abstriche .............................................................................................. 84
3.2.1.2.3.5 Töten ................................................................................................... 85
3.2.1.2.4 Magenspülung ........................................................................................... 85
3.2.1.2.5 Eier und Jungvogeltausch ............................................................................ 86
3.2.1.2.6 Kennzeichnung .......................................................................................... 87
3.2.1.2.6.1 Beringung ............................................................................................ 87
3.2.1.2.6.2 Flügelclips ............................................................................................ 88
3.2.1.2.6.3 Farbmarkierung .................................................................................... 89
3.2.1.2.7 Anbringung von Geräten (Sender, Bio-Logger, Kamera) ................................. 90
3.2.1.2.7.1 Magensonden / Halssonden .................................................................. 93
3.2.1.2.7.2 Mini-Transponder/ PIT personal identification tag ................................... 94
3.2.1.2.7.3 Implantierte Datenlogger ....................................................................... 94
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3.2.1.2.8 Untersuchungsmethode ohne vorherigen Fang ............................................. 96
3.2.1.2.8.1 Gewebeproben toter Tiere ...................................................................... 96
3.2.1.2.8.2 Manipulationen am Nest ohne Fang von Individuen ................................. 97
3.2.1.2.8.3 Störungsexperimente an Vögeln ............................................................ 98
3.2.1.2.9 Beobachtung und Zählung .......................................................................... 99
3.2.1.2.9.1 Fernglas, Spektiv .................................................................................. 99
3.2.1.2.9.2 Kartierung mit GPS ................................................................................ 99
3.2.1.2.9.3 Akustische Erfassung, festinstallierte Kameras ..................................... 100
3.2.1.2.9.4 Ferngesteuerte Fahrzeuge mit Kameras, PIT-Ausleser ............................ 101
3.2.1.2.9.5 Fliegende Trägerplattformen – „Drohne“ .............................................. 101
3.2.1.2.9.6 Hubschrauber, Flugzeug ...................................................................... 103
3.2.1.2.9.7 Satelliten ........................................................................................... 103
3.2.1.3 Fallbeispiel – Ornithologische Felduntersuchung „Kombination“ 103
3.2.2 Robbenbiologische Forschungsmethoden ............................................................ 105
3.2.2.1 Einleitung 105
3.2.2.2 Methodenbeschreibung und vorläufige Bewertung robbenbiologischer
Forschungsmethoden 110
3.2.2.2.1 Beprobung mit notwendiger Immobilisation ............................................... 111
3.2.2.2.1.1 Haarproben ........................................................................................ 113
3.2.2.2.1.2 Gewebe- und Blutentnahme vom lebenden Tier ..................................... 113
3.2.2.2.1.3 Magenspülungen ................................................................................ 114
3.2.2.2.1.4 Markierungen ..................................................................................... 115
3.2.2.2.1.5 Anbringung externer Geräte ................................................................. 118
3.2.2.2.1.6 Interne Geräte ..................................................................................... 121
3.2.2.2.1.7 Morphologische Untersuchungsmethoden ............................................ 122
3.2.2.2.1.8 Töten ................................................................................................. 122
3.2.2.2.1.9 Audiometrie ........................................................................................ 123
3.2.2.2.2 Beprobung ohne Immobilisation ................................................................ 124
3.2.2.2.2.1 Einsammeln von totem Gewebe ............................................................ 124
3.2.2.2.2.2 Zählungen vom Land oder Schiff aus .................................................... 125
3.2.2.2.2.3 Zählungen aus der Luft ........................................................................ 125
3.2.2.2.2.4 Passive akustische Beobachtung unter Eis ............................................ 126
3.2.2.3 Logistik zur Durchführung der Robbenforschung 127
3.2.3 Methoden der Walforschung ............................................................................... 127
3.2.3.1 Einleitung 127
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3.2.3.2 Methodenbeschreibung und vorläufige Bewertung von
Forschungsmethoden an Walen 128
3.2.3.2.1 Sichtungsmethoden ................................................................................. 128
3.2.3.2.1.1 Flugsurveys ........................................................................................ 129
3.2.3.2.1.2 Schiffsurveys inklusive Infrarot-Kamera ................................................ 130
3.2.3.2.1.3 Drohnen ............................................................................................. 130
3.2.3.2.2 Passive akustische Beobachtung ............................................................... 130
3.2.3.2.3 Gewebeentnahme, Biopsie ........................................................................ 130
3.2.3.2.4 Anbringung externer Geräte ...................................................................... 131
3.2.3.2.5 Einsammeln von totem Gewebe: Kot und Gewebe ....................................... 132
3.2.3.3 Logistik zur Durchführung von Walforschung 133
3.3 Methoden und Geräte der terrestrische Ökosystemforschung ..................................... 134
3.3.1 Einleitung .......................................................................................................... 134
3.3.1.1 Geographie 134
3.3.1.2 Klima 134
3.3.1.3 Geologische Entwicklungsgeschichte 134
3.3.1.4 Biodiversität 135
3.3.1.4.1 Biogeographie ......................................................................................... 135
3.3.1.4.2 Vegetation ............................................................................................... 135
3.3.1.4.3 Terrestrische Fauna .................................................................................. 136
3.3.1.4.4 Nicht-heimische Arten .............................................................................. 137
3.3.1.4.5 Logistik der terrestrischen Forschung ........................................................ 138
3.3.1.5 Gletscher und Eisschilde 138
3.3.1.5.1 Anthropogene Belastungen auf Gletscher und Eisschilde ............................ 141
3.3.1.6 Böden und freiliegende Gesteinsoberflächen 141
3.3.1.6.1 Anthropogene Belastungen auf Böden und freiliegende Gesteinsoberflächen
142
3.3.1.7 Süßgewässer und Subglaziale Seen 143
3.3.1.7.1 Anthropogene Belastungen auf Süßgewässer und subglaziale Seen ............ 144
3.3.1.8 Hypo- und endolithische Lebensräume 145
3.3.1.8.1 Anthropogene Belastungen auf Bodenorganismen ...................................... 145
3.3.2 Bündelung, Beschreibung und vorläufige Bewertung der terrestrischen
Forschungsmethoden ......................................................................................... 146
3.3.2.1 Forschungsmethoden/-geräte in Süßwassersystemen 147
3.3.2.1.1 Wasserprobennehmer, Sedimentfallen, kleine Netze und Sensorik zur
Beprobung des Limnion.............................................................................................. 147
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3.3.2.1.2 Kernstechrohre und Greifer zur Beprobung des limnischen Benthal ............. 148
3.3.2.2 Forschungsmethoden/-geräte auf Land oder in Gletschern 149
3.3.2.2.1 Manuelle Probenehmer ............................................................................. 149
3.3.2.2.2 Sensoren und Messeinheiten .................................................................... 150
3.3.2.2.3 Großbohrgeräte ........................................................................................ 151
3.3.2.2.3.1 Trocken- und Heißwasserbohrung ........................................................ 152
3.3.2.2.3.2 Bohrung mit chemischen Bohrflüssigkeiten .......................................... 153
3.3.2.2.3.3 Bohrung zur Untersuchung subglazialer Systeme .................................. 156
3.3.2.2.4 Exklusionsgeräte ...................................................................................... 158
3.3.2.2.5 Trägerplattformen .................................................................................... 158
3.3.2.2.5.1 Fliegende Trägerplattformen: „Drohne“, UAV, Wetterballon .................... 158
3.3.2.2.5.2 Am Boden installierte Trägerplattformen – „Messstationen“ .................. 159
3.3.2.2.6 Seismikgeräte .......................................................................................... 160
3.3.2.2.6.1 Vibrationsseismik ............................................................................... 160
3.3.2.2.6.2 Sprengseismik .................................................................................... 161
3.3.2.2.7 Magnetotellurik ........................................................................................ 162
3.3.2.2.8 Ground/Ice Penetrating Radar (GPR/ICR) .................................................... 163
3.4 Touristische Aktivitäten ........................................................................................... 164
3.4.1 Definition .......................................................................................................... 164
3.4.2 Entwicklung der Tourismuszahlen und –formen seit Carstens et al. (1999) ............. 164
3.4.3 Selbstorganisation der Antarktis-Reiseveranstalter: IAATO ................................... 168
3.4.4 Reisezeit ........................................................................................................... 169
3.4.5 Touristische Aktivitäten im AV-System ................................................................. 169
3.4.6 Bündelung der Tourismusformen für die vorläufige Bewertung .............................. 170
3.4.7 Art der Auswirkungen ......................................................................................... 171
3.4.8 Mitigationsmaßnahmen ..................................................................................... 172
3.4.9 Beschreibung der touristischen Aktivität und deren vorläufige Bewertung ............. 174
3.4.9.1 Schiffsgestützter Tourismus 174
3.4.9.1.1 Kreuzfahrt ................................................................................................ 174
3.4.9.1.2 Yachtreisen .............................................................................................. 175
3.4.9.1.3 Passagierwechsel im AV-Gebiet (Fly & Cruise) ............................................. 177
3.4.9.2 Inlandexpeditionen 178
3.4.9.2.1 Beispiel zur Vorgehensweise zur vorläufigen Bewertung einer bestimmten
Inlandsreise .............................................................................................................. 181
3.4.9.3 Flugtourismus 181
3.4.9.3.1 Überflug .................................................................................................. 182
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3.4.9.3.2 Transkontinentalflug mit Landung ............................................................. 182
3.4.9.3.3 Inlandsflüge ............................................................................................. 182
3.4.9.3.4 Helikopterausflüge von Bord von Kreuzfahrtschiffen ................................... 182
3.4.9.4 Sub-Aktivitäten 183
3.4.9.4.1 Anlandung ............................................................................................... 183
3.4.9.4.1.1 Küstennahe Tierbeobachtung, Wanderung, Besuch besonderer Orte ...... 183
3.4.9.4.1.2 Besuch einer Kaiserpinguinkolonie ...................................................... 187
3.4.9.4.2 Fahrten mit kleinen Booten (Zodiacs) ......................................................... 188
3.4.9.4.3 Kurzfristige Camps, schiffsgestützt ............................................................ 190
3.4.9.4.4 Berg- und Extremsport .............................................................................. 190
3.4.9.4.5 Unterwasserprobenahme für Demonstrationszwecke .................................. 191
3.4.9.4.6 Fotographie ............................................................................................. 192
3.4.9.4.7 Wassersport ............................................................................................. 193
3.4.9.4.8 Massen- und Sonderveranstaltungen ......................................................... 194
3.4.9.4.8.1 Beispiel Marathon auf King-George-Island ............................................ 195
3.4.9.4.9 Motorsport und Einsatz von Landfahrzeugen .............................................. 196
3.5 Logistische Tätigkeiten in der Antarktis ..................................................................... 197
3.5.1 Einleitung .......................................................................................................... 197
3.5.2 Formen logistischer Aktivitäten und Bündelung .................................................... 198
3.5.3 Logistische Aktivitäten mit ihren Einzelwirkungen ................................................ 198
3.5.3.1 Bau von permanenten Stationen 199
3.5.3.2 Betrieb von Stationen und Camps 199
3.4.9.4.10 Permanente Stationen ............................................................................ 199
3.4.9.4.11 Temporäre Stationen (Eis- und Feldcamps) ............................................... 200
3.4.9.4.12 Bohrprojektstationen .............................................................................. 201
3.5.3.3 Umweltbeeinträchtigungen durch den Betrieb von Stationen und Camps 202
3.4.9.4.13 Emissionen in die Luft ............................................................................. 202
3.4.9.4.14 Entstehung von Abwasser ....................................................................... 202
3.5.3.3.1 Entstehung von Abfall ............................................................................... 203
3.5.3.3.2 Eintrag von Schadstoffen durch Leckagen .................................................. 204
3.5.3.3.3 Beunruhigung von Tieren durch Fahrzeug- und Personenbetrieb, Lichtemission
204
3.5.3.3.4 Zerstörung von Vegetation durch Fahrzeugbewegungen und Personen ......... 205
3.5.3.3.5 Eintrag nicht-heimischer Arten .................................................................. 205
3.5.3.4 Vorläufige Bewertung des Betriebs permanenter Stationen 206
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