Scientific Diving Center Freiberg

Das Scientific Diving Center (SDC) der Technischen Universität Bergakademie Freiberg ist ein ISO-zertifiziertes Forschungs- und Ausbildungszentrum, das sich auf wissenschaftliches Tauchen spezialisiert hat. Es wurde im Jahr 2001 gegründet und hat seither ca. 250 Studenten, Mitarbeiter und Wissenschaftler anderer Universitäten und Einrichtungen zum wissenschaftlichen Forschen unter Wasser ausgebildet. Das SDC gilt als eine der führenden wissenschaftlichen Taucheinrichtungen in Europa und widmet sich der Organisation und Durchführung von Forschungsprojekten und Bildungsprogrammen auf verschiedenen Gebieten der Unterwasserforschung.^[1] So war es 2020 Ausrichter der 6. European Conference on Scientific Diving.^[2]

• 1992: Tauchsport als Teil des Universitätssports an der TU Bergakademie Freiberg
• 1996: Einführung der Lehrveranstaltung „Aquatische Ökosysteme“, die die Grundlage für das wissenschaftliche Tauchen bildet
• 2001: Gründung des CMAS Scientific Diving Center Freiberg und Beginn der Ausbildung nach internationalem CMAS-Standard
• 2024: weltweit erste offiziell zertifiziert Institution für die Ausbildung zum „Scientific Diver“ und „Advanced Scientific Diver“ gemäß den ISO-Standards 8804-1^[3] und 8804-2^[4][5]

Das Scientific Diving Center der TU Bergakademie Freiberg bietet eine umfassende Ausbildung für wissenschaftliches Tauchen an, die sowohl Studierende und Universitätsangehörige der TU Bergakademie Freiberg als auch externe Teilnehmer anspricht.^[6] Die Ausbildung erfolgt gemäß den ISO-Normen 8804-1 und 8804-2 und wurde 2024 durch die Austrian Standards als erste Organisation weltweit zertifiziert.^[7][8]

Die Ausbildung beinhaltet theoretische und praktische Module. Inhalte umfassen wissenschaftliche Methoden und Arbeiten in Geowissenschaften, Biologie, Umweltwissenschaften, Ingenieurwesen und anderen Disziplinen. Der Unterricht erfolgt durch Vorlesungen, Praxistraining im Pool und Freigewässerübungen, bei denen Taucher Methoden wie Kartierung, Probenahme und Messung von Parametern anwenden. Externe Teilnehmer können an Blockkursen und Exkursionen teilnehmen, um ebenfalls die Qualifikation zum ISO-zertifizierten „Scientific Diver“ oder „Advanced Scientific Diver“ zu erlangen.

Das SDC Freiberg führt interdisziplinäre Forschung auf dem Gebiet der Unterwasserwissenschaften durch, wobei die Schwerpunkte der Forschung in folgenden Bereichen liegen:

Das Scientific Diving Center der TU Bergakademie Freiberg ist eng mit der Tradition der Universität im Bereich der Geologie und des Bergbaus verbunden. Das SDC entstand in diesem wissenschaftlich und historisch geprägten Umfeld, um die etablierten geologischen und hydrogeologischen Forschungen der Universität auf den Unterwasserbereich auszuweiten. Im Laufe der Jahre haben Absolventen des SDC zahlreiche Projekte und Studien durchgeführt, die sich insbesondere auf die Fachbereiche Mineralogie, Festgesteinsgeologie, Sedimentologie und hydrothermale Prozesse konzentrieren.

Ein Beispiel ist die Untersuchung hydrothermaler Aktivitäten im Mittelmeerraum. Von 2006 bis 2018 wurden zahlreiche Projekte am Unterwasservulkan von Panarea (Äolische Inseln, Italien) durchgeführt. Dabei wurden Methoden entwickelt, um die strukturellen und mineralogischen Eigenschaften der hydrothermalen Ablagerungen und Gasaustritte präzise zu erfassen. Die Arbeiten am Unterwasservulkan Panarea haben dabei wichtige Erkenntnisse über die Interaktion von Gesteinen und hydrothermalen Fluiden unter extremen Bedingungen geliefert.^[9][10]

Das SDC Freiberg forscht an subhydrischen Böden, die besondere Anforderungen an Probenahme und Dokumentation stellen. Die Entnahme horizontstabiler und ungestörter Proben ermöglicht es, bodenbildende Prozesse und Horizonte präzise zu erfassen und zu beschreiben. Die Anwendung standardisierter Kartieranleitungen wie der KA 5 unterstützt dabei eine fundierte Analyse und Klassifizierung.

Der Einsatz wissenschaftlicher Taucher ist hierbei entscheidend, da sie als speziell geschulte Fachleute die Probenahme sicher und effektiv unter Wasser durchführen. In Kooperation hat das SDC ein Probenahme- und Transportkonzept entwickelt, das präzise und stabile Entnahmen ermöglicht. Diese Methoden haben neue Erkenntnisse über subhydrische Böden und ihre Ökosysteme erbracht.^[11][12]

Das SDC entwickelt und verbessert Geräte zur Messung von Temperatur, Wasserqualität, Volumenströmen und zur Probenahme von Sedimenten, Wasser und biologischen Proben (Biota) unter Wasser. In der hauseigenen Werkstatt des SDC werden maßgeschneiderte Prototypen und Gehäuse gefertigt, die spezifische Untersuchungsanforderungen erfüllen. Für diesen Einsatz müssen Messgeräte extrem robust und präzise arbeiten, an die speziellen Anforderungen des Unterwassereinsatzes angepasst sein und bei Langzeitmessungen verlässlich funktionieren. So wurden u. a. folgende Geräte entwickelt:

Das FSVG (Flowmeter for Submarine Vulcanic Gas Emission), das die Messung vulkanischer Gasvolumenströme ermöglicht, wurde für das komplexe Vulkansystem der Äolischen Inseln entwickelt und liefert kontinuierlich Langzeitdaten, die für die Überwachung vulkanischer Aktivität und Erdbebenprognosen unverzichtbar sind. In mehreren Qualifizierungsarbeiten entstanden Messsysteme, die einfach montierbar und wartungsarm sind und den Unterwasserbedingungen standhalten.^[13]

Eine weitere Entwicklung ist ein Air-Lift-System („Unterwasserstaubsauger“) für wissenschaftliche Taucher. Diese mobile Vorrichtung ermöglicht es, Sedimente effizient zu entfernen, ohne empfindliche geologische Strukturen zu beschädigen. Dieses System wurde erfolgreich in deutschen Seen und im hydrothermalen System von Panarea, Italien, eingesetzt und hat sich als vielseitiges Werkzeug in der sedimentologischen Forschung bewährt.^[14]

• Flowmeter for Submarine Vulcanic Gas Emission
  Flowmeter for Submarine Vulcanic Gas Emission
• Aufbau Airlift-System
  Aufbau Airlift-System

Das SDC ist in die Vermessung und Kartierung von Unterwasserstandorten involviert und erstellt detaillierte Karten und Modelle von Gewässerstrukturen. Eine zentrale Methode ist die Kartierung entlang eines Unterwasser-Transektes, eine seit vielen Jahren bewährte Methode, welche sowohl in der Forschung genutzt als auch in der Tauchausbildung des SDC vermittelt wird. Darüber hinaus werden GPS-Bojen zur präzisen Georeferenzierung genutzt, da die Bojen GPS-Daten von der Wasseroberfläche bereitstellen und so die exakte Lokalisierung der Unterwasserdaten ermöglichen.

Hierfür wird die u. a. die Photogrammetrie eingesetzt. Dieses mathematische Verfahren nutzt verschiedene Blickwinkel zur präzisen Ausrichtung und Rekonstruktion realer Objekte. Dabei wird zunächst eine Vielzahl an überlappenden Bildern mithilfe von Schlüsselpunkten zueinander ausgerichtet und anschließend zur Erzeugung einer dichten Punktwolke verwendet. Diese Punktwolke dient als Grundlage für ein unstrukturiertes Gitter, das schließlich mit kleinen Bildausschnitten (Textur) überzogen wird, um ein realistisches Modell zu schaffen.

Durch Georeferenzierung und Skalierung entsteht ein reales 3D-Abbild unzugänglicher Unterwasserstrukturen, das sich für Vermessungen und weitere Untersuchungen nutzen lässt. Diese Methode findet Anwendung in der Dokumentation, Vermessung und Kartierung von Unterwasserobjekten wie Wracks, Bauwerken, Riffen und Statuen. Zudem ist die Photogrammetrie wichtig für das Monitoring von Riffstrukturen, die Arbeitsplanung und als Basis für die Sammlung und Zuordnung von Probenahme- und Messpunkten.^[15]

Bauwerke in Gewässern sind besonderen Belastungen ausgesetzt, weshalb ihre Inspektion und Zustandsbewertung komplexer und aufwendiger sind als bei frei zugänglichen Strukturen. Umgebungsbedingungen wie die Strömung, Sedimentablagerungen und chemische Eigenschaften des Wassers wirken sich stärker auf den Bauwerkszustand aus und erschweren Inspektionen. Um den Arbeitsaufwand für wissenschaftliche Taucher zu reduzieren, testet das SDC im Projekt RoBiMo innovative Techniken zur Effizienzsteigerung.^[16]

Das SDC führt umfassende Zustandsanalysen von marinen und limnischen Lebensräumen durch. Diese Untersuchungen umfassen sowohl biotische als auch abiotische Umweltfaktoren, wie die chemische und biologische Zusammensetzung von Gewässern sowie die Analyse des Zustands von Riffsystemen. Ziel ist es, präzise Daten über die Gewässergüte und die Ökosysteme zu sammeln, um fundierte Aussagen über die Veränderungen in aquatischen Lebensräumen zu ermöglichen.

Die interdisziplinäre ESF-Nachwuchsforschergruppe RoBiMo hatte das Ziel, Binnengewässer mithilfe eines autonom fahrenden Schwimmroboters in 3D zu analysieren. Die Validierung der Daten erfolgte durch in-situ Messungen und Probenahmen, die von wissenschaftlichen Tauchern durchgeführt wurden, um geowissenschaftliche Auswertungen der Wasserqualität und limnischer Prozesse zu ermöglichen. Das SDC war an der Entwicklung von Messtechniken beteiligt sowie Photogrammetrie-basierte Beprobungen zur Sammlung von Trainingsdaten für KI-Algorithmen.^[17]

Die Wasseraufbereitung von Binnengewässern ist ein zentrales Thema im Umwelt- und Gewässerschutz, da viele Binnengewässer von Eutrophierung und Schadstoffbelastungen betroffen sind. Besonders Düngemittel, die aus der Landwirtschaft in Flüsse und Seen gelangen, führen zu einer erhöhten Nährstoffkonzentration, was ein übermäßiges Algenwachstum zur Folge hat. Diese Algenblüten verringern den Sauerstoffgehalt im Wasser und gefährden die biologische Vielfalt, was langfristig die Wasserqualität stark beeinträchtigen kann. Moderne Wasseraufbereitungstechnologien setzen daher auf eine Reduktion dieser Nährstoffeinträge und bieten neue Lösungsansätze zur Reinigung und Wiederherstellung von Gewässerökosystemen.

Das Projekt CleanLake, das im Juni 2024 gestartet wurde, verfolgt das Ziel, ein innovatives Wasseraufbereitungssystem zu entwickeln, das speziell auf die Bedürfnisse von Binnengewässern ausgerichtet ist. Innerhalb eines dreijährigen Projektzeitraums mit vier internationalen Partnern werden neue sorptive Materialien entwickelt, die aus industriellen Nebenprodukten wie Flugasche und Kohleabraum hergestellt werden. Diese Materialien binden gezielt Stickstoff- und Phosphorverbindungen und verringern so den Düngemitteleintrag in Gewässern. Dadurch wird die Eutrophierung effektiv reduziert und die Wasserqualität nachhaltig verbessert. Nach Erschöpfung ihrer Bindekapazität können die sorptiven Materialien recycelt und zu Düngemitteln mit kontrollierter Nährstofffreisetzung verarbeitet werden, was ein nachhaltiges Kreislaufwirtschaftskonzept unterstützt.

Die Forschungsreisen des Scientific Diving Center verbinden wissenschaftliche Feldforschung mit der Ausbildung wissenschaftlicher Taucher. Diese Exkursionen dienen nicht nur der praktischen Schulung, sondern tragen auch zur Forschung in verschiedenen Fachbereichen bei. Ein bemerkenswertes Beispiel ist die Entdeckung eines lebenden Korallenriffs vor der irakischen Küste, die neue Erkenntnisse über marine Ökosysteme unter extremen Bedingungen lieferte.

Sveta Marina an der kroatischen Adriaküste ist ein wichtiger Standort für wissenschaftliche Taucherausbildung und Unterwasserforschung des Scientific Diving Center Freiberg. Erstmals fand 2003 die Tauchausbildung hier statt und legte damit die Grundlagen für die heutigen Methodiken des SDC. Bis heute finden an diesem Standort regelmäßig Ausbildung und Forschungsprojekte statt. Zu den untersuchten Themen gehören unter anderem Karstwasserzutritte, die Kartierung von Steilhängen, die Analyse der Auswirkungen des Tourismus auf Wasserqualität sowie Verteilung und Entwicklung der Unterwasserflora und -fauna.^[18]

Im Zeitraum von 2006 bis 2018 hat das SDC in regelmäßigen Exkursionen und Ausbildungsreisen die äolischen Inseln untersucht. So wurden die geologischen Besonderheiten, die Entwicklung und Versauerung des Ozeans als Reallabor, die Entwicklung abiotischer Faktoren, sowie Entstehungsprozesse dieses Gebiets untersucht.^[19] Insbesondere die Neotectonik und die hydrothermalen Besonderheiten dieses Gebietes boten ein breites Spektrum an Untersuchungen. Beispielhaft kann hier die Untersuchung von Precipitaten aufgrund der hydrothermalen Activität genannt werden.^[20]

Von 2012 bis 2018 untersuchte das Scientific Diving Center (SDC) gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) submarine Grundwasserzuflüsse im Toten Meer. Prof. Broder Merkel und Dr. Thomas Pohl führten Taucheinsätze durch, um die Auswirkungen der jährlichen Absenkung des Wasserspiegels um etwa einen Meter zu erfassen, was zu gefährlichen Hohlräumen im Küstenbereich führt. In Tiefen von drei bis 20 Metern entnahmen sie Proben und untersuchten die Entstehung bisher unbekannter submariner Salz-Säulen. Der hohe Salzgehalt erforderte dabei rund 60 Kilogramm zusätzliches Gewicht am Körper der Taucher, um überhaupt unter Wasser arbeiten zu können.^[21]

Im Jahr 2016 fanden Vorerkundungen am Yssyk-Köl-See in Kirgistan statt. In Zusammenarbeit mit lokalen Partnern wurden erste Erkundungstauchgänge durchgeführt. Ziel war die Einrichtung eines Ausbildungs- und Forschungszentrums für wissenschaftliches Tauchen unter Gebirgssee-Bedingungen. Forschungsschwerpunkte waren die Ursachen hoher Urangehalte, die Auswirkungen von Abwassereinleitungen auf Wasserqualität und Biodiversität sowie die Dokumentation archäologischer Siedlungen unter Wasser.

Von 2009 bis 2015 unterstützte der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) das Projekt Geoscience Resources Iraq (GRI), um die geowissenschaftliche Forschung an irakischen Universitäten aufzubauen. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein Scientific Diving Center am Marine Science Center der Universität Basra eingerichtet, wo irakische Studierende und Wissenschaftler zwischen 2011 und 2015 in wissenschaftlichem Tauchen ausgebildet wurden. Die praktische Ausbildung erfolgte im Persischen Golf und im Sawa-See.

Studierende des SDC Freiberg nahmen an mehreren Kampagnen teil und führten wissenschaftliche Untersuchungen im Rahmen ihrer Abschlussarbeiten durch. Ein Erfolg war die Entdeckung eines lebenden Korallenriffs im Arabischen Golf. Bei Tauchexpeditionen stießen Forscher der TU Bergakademie Freiberg zufällig auf ein 28 Quadratkilometer großes Riff im Mündungsgebiet des Shatt al-Arab. Der Fund, der in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurde, stellt eine wissenschaftliche Sensation dar, da Korallen unter den extremen Bedingungen dieser Region bis zu diesem Zeitpunkt als unwahrscheinlich galten.^[22][23][24]