Text & Photos: Marine Sensor Systems Research Group
Ein bisher noch eher unscheinbares Element unserer Forschung auf der METEOR sind die Oberflächendrifter. Diese kleinen Schwimmkörper treiben mit der Oberflächenströmung mit und liefern dabei wertvolle Einblicke über kleinskalige Prozesse wie Divergenzen, also das Auseinanderströmen von Wassermassen sowie die Dynamik der obersten Wasserschicht. Während der Expedition kamen täglich bis zu fünf Sensordrifter zum Einsatz. Ausgestattet wurden diese mit Temperatursensoren und sogenannten CTDs (Conductivity, Temperature, Depth), die zusätzlich Temperatur, Leitfähigkeit und Tiefe messen. Zwei Sensoren wurden direkt am Gehäuse befestigt, in 20 cm und 40 cm Tiefe unter der Wasseroberfläche. Zusätzlich verfügen die Drifter über eine vertikale Sensorkette, diese reichte bis auf 180 cm Tiefe hinab und ermöglichte damit hochaufgelöste Messungen entlang der oberen Wassersäule, genau in dem Bereich, in dem wichtige Austauschprozesse zwischen Ozean und Atmosphäre stattfinden.
Die Einsätze begannen oft früh morgens. Noch bereits vor Sonnenaufgang wurden unsere Drifter vorsichtig über die Bordwand ausgesetzt und dann begann ihre Reise mit der Strömung. Je nach Tagesziel und Wetterbedingungen trieben sie nur für ein paar Stunden, mal blieben sie auch über Nacht draußen. Ihre Bewegungen konnten wir in Echtzeit über integrierte Satellitentracker verfolgen, was immer wieder für spannende Momente auf der Brücke sorgte: Wo treiben sie hin? Wie schnell sind sie unterwegs? Und was verraten uns die ersten Daten?
Der Slick-Tag war für unser Team ein ganz besonderer Tag (Slicks sind Erscheinungen an der Meeresoberfläche, wo genügend große Mengen organisches Material sich ansammelt, um wellendämpfende Wirkung zu erzeugen). Schon seit Beginn der Fahrt hatten wir gehofft, auf ein solches Phänomen zu stoßen. Als sich schließlich die Gelegenheit bot, einen Slick mit unseren Sensordriftern zu beproben, war die Spannung groß. Die Drifter wurden innerhalb des Slicks am Rand und außerhalb des Slicks ausgesetzt. So lässt sich verfolgen, wie diese Slicks das Driftverhalten gegebenenfalls beeinflussen. Die Sensoren ermöglichen eine hochaufgelöste vertikale Strukturaufnahme, die Unterschiede zu Slick- und Nicht-Slickzonen zeigen kann.
Ein echtes Highlight war jedes Mal das Einsammeln der Drifter. Sobald wir mit der METEOR an der voraussichtlichen Position der Drifter angekommen waren, versammelte sich eine kleine Gruppe auf der Brücke, ausgestattet mit Ferngläsern, den besagten Koordinaten und jeder Menge Motivation. Dann hieß es: Ausschau halten nach kleinen roten Punkten, die sich oft gut versteckt zwischen den rot-bräunlichen Sargassum-Patches angelagert hatten. Die Suche hatte fast etwas Detektivisches, wie die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen, nur auf offener See.
Per Funk wurde die Position der Drifter an das Schlauchboot-Team weitergegeben. Mit viel Geschick und guten Augen konnten stets alle Drifter wieder sicher an Bord gebracht werden. Keine leichte Aufgabe bei Wind und Welle, aber umso schöner, wenn es funktioniert hat.
Das Besondere an dieser Art der Arbeit ist, dass die Daten sofort verfügbar sind. Schon kurz nach dem Aussetzen lassen sich die Trajektorien nachvollziehen, Temperatur- und Salzgehaltsverläufe einsehen und erste Aussagen über die kleinräumigen Strukturen an der Meeresoberfläche treffen. Das macht die Arbeit mit den Sensordriftern nicht nur effizient, sondern auch besonders greifbar für uns an Bord und hoffentlich bald auch in der Auswertung zurück an Land.
Wir als Arbeitsgruppe Marine Sensorsysteme haben aber nicht nur nach unseren Driftern Ausschau gehalten, sondern es spielte sich ein großer Teil unserer Arbeit an Bord auch im Labor ab. Hier kamen eine Vielzahl spezialisierter Geräte zum Einsatz, mit denen wir die gesammelten Wasserproben aus der Schiffs-CTD analysierten. Mit der PSICAM, einem hochsensitiven Absorptionsmessgerät, lassen sich zum Beispiel die optischen Eigenschaften gelöster und partikulärer Substanzen bestimmen. Ergänzt wurde das durch das Aqualog, ein Fluorometer, mit dem wir gelöste organische Substanzen analysierten – ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung von biogeochemischen Prozessen im Oberflächenwasser. Für die detaillierte Analyse von Lichtabsorption und -reflexion nutzten wir außerdem ein Fotospektrometer. All diese Instrumente liefern uns hoffentlich wichtige Informationen über die chemische Zusammensetzung und optischen Eigenschaften des Oberflächenwassers und tragen so entscheidend dazu bei der oberen Wassersäule ganzheitlich zu erfassen.
English version:
Going with the flow – on the move with our sensor drifters
An element of our research on the METEOR that has been rather inconspicuous so far has been the surface drifters. These small floating devices drift with surface currents, providing valuable insights into small-scale processes, such as water mass divergence or the dynamics of the uppermost water layer. During the expedition, up to five sensor drifters were used daily. These were equipped with temperature sensors and CTDs, which additionally measure conductivity and depth. Two sensors were attached directly to the housing, at depths of 20 cm and 40 cm below the water surface. In addition, the drifters are equipped with a vertical sensor chain that extends to a depth of 180 cm, enabling high-resolution measurements along the upper water column, particularly in the area where important exchange processes between the ocean and the atmosphere occur.
The drifter deployments often began before sunrise. Our drifters were carefully lowered over the ship’s side and then began their journey with the current. Depending on the destination and weather conditions, they would be let to drift for just a few hours or sometimes stay out overnight. We were able to track their movements in real time via integrated satellite trackers, which always made for exciting moments on the bridge: Where are they drifting to? How fast are they going? And what can the preliminary data already tell us?
The first Slick-Day (slicks are occurrences at the ocean surface where enough organic material has accumulated to suppress water waves) was a very special one for our team. We had been hoping to encounter such a phenomenon since the beginning of the voyage. When the opportunity finally arose to sample a slick with our sensor drifters, excitement was high. The drifters were deployed within the slick, at the edge, and outside the slick. This allows us to track how these slicks may influence drifting behavior. The sensors mounted enable high-resolution vertical structural imaging that can show differences between slick and non-slick zones.
Collecting the drifters was always a highlight! As soon as we arrived at the drifter’s estimated position with the METEOR, a small group of us gathered on the bridge equipped with binoculars, the approximate coordinates, and plenty of motivation. Then it was time to look for tiny red dots, which were often well hidden among the reddish-brown patches of Sargassum. The search was almost like detective work, like the saying of “looking for a needle in a haystack”, only in the open ocean.
The position of the drifters was then relayed to a dinghy team by radio. With a lot of skill and good eyesight, all the drifters could always be brought safely back on board. Which was no easy task in wind and waves, but all the more rewarding when it worked.
The great thing about the drifter set-ups is that the data is available immediately. Shortly after deployment, the trajectories can be traced, temperature and salinity profiles can be viewed, and initial conclusions can be drawn about the small-scale structures on the sea surface. This makes working with sensor drifters not only efficient but also particularly tangible for us on board, and hopefully, will be the case too when we conduct the in-depth evaluation back on land.
However, we, as the Marine Sensor Systems working group, did not just keep an eye out for our drifters. A large part of our work on board also took place in the lab. Here, we utilized a range of specialized equipment to analyze the water samples collected from the ship’s CTD at the various stations. The PSICAM, a highly sensitive absorption measuring device, can be used to determine the optical properties of dissolved and particulate substances. This was supplemented by the Aqualog, a fluorometer that we used to analyze dissolved organic substances, making it a particularly valuable tool for investigating biogeochemical processes occurring in the surface water. We additionally used a photospectrometer for detailed analysis of light absorption and reflection. These instruments will hopefully provide us with important information about the chemical composition and optical properties of the surface water, thereby contributing to the holistic study of the upper water column.