6 von den 41 Tagen unserer Messkampagne „FRESH ATLANTIC“ haben wir nun bald hinter uns. Von Nizza aus sind wir gestartet, unser Zielhafen liegt in Ponta Delgada (Azoren Archipel). Das Vorhaben unserer Reise ist es Daten zu erheben, um den Süßwasseraustausch zwischen Ozean und Atmosphäre besser zu verstehen. Der Süßwasseraustausch wird an sich definiert als: Verdunstung minus Niederschläge.
Besonderes Interesse haben wir am sogenannten „Sea-Surface Microlayer“. Das sind weit verbreitete marine Oberflächenfilme, weniger als 1 mm dick, wodurch alle Austausch-Prozesse zwischen Ozean und Atmosphäre verlaufen müssen und zwangsweise auch beeinflusst werden. Unter bestimmten Bedingungen bilden die Oberflächenfilme auch biofilm-ähnliche Eigenschaften aus. Auf den Ozeanen (die, zur Erinnerung zwei Drittel der Erdoberfläche bedecken) finden die größte Menge des Süßwasseraustauschs statt. Eine diesbezügliche Wissenslücke stellt jedoch die Beobachtung der Süßwasserflüsse dar. Unser erster Ansatz zur Problemlösung dessen, ist herauszufinden ob der Salzgehalt dieses Oberflächenfilms als Indikator („Tracer“) der Süßwasserflüsse dienen kann.
Unterwegs sind wir dafür, um auf dem Weg drei Fokus-Regionen zu beproben. Diese sind, im westlichen Mittelmeer, im östlichen subtropischen Atlantik und schließlich im tropischen Atlantik. Diese Orte sind aus dem Grund ausgesucht worden, weil sie als Vergleich untereinander dienen können, da in Ihnen unterschiedliche Muster von Verdunstungsprozessen stattfinden.
Die Daten, die wir für diese Unternehmung sammeln, erheben wir mittels des Einsatzes von: autonomen Oberflächenfahrzeugen (in Form von 2 Forschungs-Katamaranen), sowie Drifter, Drohnen und mit Radiosonden ausgestattete Wetterballons.
Die Messkampagne wird durch ein internationales Forscherteam (Deutschland, Frankreich, USA) unternommen, und von der AG „Prozesse und Sensorik Mariner Grenzflächen“ des ICBMs geleitet. Unsere Gruppe setzt die autonomen und ferngesteuerten Oberflächenfahrzeuge ein, um kontinuierliche Daten und diskrete Proben vom Oberflächenfilm und dem unmittelbaren Meter darunter zu sammeln und noch an Bord chemisch und biologisch aufzubereiten und zu analysieren. Zusätzlich werden lokale ozeanografische und meteorologische Daten erhoben. Das Team um Prof. Meinhard Simon (Institut: ICBM), ist an Bord, um speziell die diskreten Proben des Oberflächenfilms und des Meters darunter mikrobiologisch zu charakterisieren.
Das Team um Rüdiger Röttgers (Helmholtz-Zentrum HEREON) setzt bio-optische Sonden und Laborgeräte ein, um in bis zu 200m Tiefe Rückstreuung, Chlorophyll & Trübung zu messen.
Das Team der Colorado State University und The University of Alabama Huntsville nutzt Drohnen, welche mit Radiosonden ausgestattet sind, um meteorologische Daten & Aerosole zu sammeln. Dabei geht es in erster Linie um starke Verdunstungsprozesse während Niederschläge, die zu einer starken Abkühlung der Luftmasse führen, sogenannte „Cold Pools“. Die Aerosole spielen deshalb eine Rolle bei dem Verständnis der Verdunstung und des Niederschlags, da sie bei diesen Prozessen mit hoch- und runtergetragen werden. Diese Untersuchungen werden vom Deutschen Wetterdienst mit Aufstiegen von Wetterballons unterstützt.
Die Gruppe um Prof. Härter (Universität Potsdam) führt numerische Simulationen durch, mit denen herausgefunden wird, wie sich die Meeresoberflächentemperatur und Windscherung auf die Vermischung des Ozeans und den Hitzeaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean in dem Oberflächenfilm verhalten.
Die ICBM Arbeitsgruppe „Marine Sensorsysteme“ führt eine CTD Messung in die ersten 200 meter der Wassersäule alle 2 Stunden durch und setzt zusätzlich Drifter, ADCP und Ferrybox ein, um die zu untersuchenden Wassermassen in Hinblick auf Temperatur, Salzgehalt und Strömung zu charakterisieren. Die Vertretung des Instituts LOCEAN ist Christopher Noisel, welcher eine besondere Art Drifter einsetzt welches zusätzlich imstande ist Niederschlagsmengen zu quantifizieren.
Anfangs war noch ein Fernsehteam an Bord, welches an einer Produktion für eine Doku-Reihe für die ARD drehte, welches mittlerweile auch von Bord im Tausch gegen weitere Wissenschaftler gegangen ist. Das Fernsehteam war an Bord, um für „Wie extrem wird das Wetter, Sven Plöger?“ zu drehen, ein Programm, in dem international Forscher begleitet wurden, welche zum Verständnis des jetzigen und zukünftigen Klimas beitragen.
Nun sind wir seit gestern in einer Transitphase angelangt, die mit Sichtungen von zahlreichen Rochen, Walen und Delfinen begleitet wird, und mit der weiteren Vorbereitung der nächsten Messstationen weitergeht. Unzählige Tischtennisrunden werden ebenfalls gespielt, um vielleicht sogar eines Tages gegen Prof. Meinhard Simon ein paar Runden standhalten zu können.
//
High-sea research on the Meteor: Salinity in the Surface Microlayer as an indicator of freshwater exchange of the ocean with the atmosphere
We have now completed 6 of the 41 days of our „FRESH ATLANTIC“ measurement campaign. We departed from Nice (France), and our destination is Ponta Delgada (Azores Archipelago). The primary objective of our expedition is to collect data and samples, thereby gaining a better understanding of the freshwater fluxes that occur between the ocean and the atmosphere. This Freshwater flux is defined as evaporation minus precipitation.
What is of particular interest to us is the „sea surface microlayer“ (SML), which is a widespread occurrence of marine surface films, less than 1 mm thick, through which exchange processes between the ocean and the atmosphere must pass and are thereby inevitably influenced. Under certain conditions, these surface films also form biofilm-like properties. The oceans (which, as a reminder, cover two-thirds of the Earth’s surface) are where the largest amount of freshwater exchange takes place. However, there is a knowledge gap in this area regarding the observation of how freshwater moves between the ocean and the atmosphere. Our first approach to solving this problem is to find out whether the salinity of the SML can serve as an indicator („tracer“) of freshwater fluxes.
We are now on our way to sample three focus regions along the way. These regions of interest are in the western Mediterranean, the eastern subtropical Atlantic, and finally the tropical Atlantic. These locations have been chosen because they can serve as a comparison with each other, as different patterns of evaporation processes take place in them.
We collect the data for this undertaking using autonomous surface vehicles (in the form of two research catamarans), as well as drifters, drones, and weather balloons equipped with radiosondes.
The measurement campaign is being carried out by an international team of researchers from institutes from Germany, France, and the USA and led by the Research Group „Processes and Sensing of Marine Interfaces“ from the Institute of Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM). Our group utilizes autonomous and remotely controlled surface vehicles to collect continuous data and discrete samples from the surface film and the underlying water in the meter below, which are then chemically and biologically processed and analyzed on board. Additionally, local oceanographic and meteorological data is collected underway. Another team from the ICBM, led by Prof. Meinhard Simon, is on board to specifically characterize discrete samples of the SML and the Underlying Water microbiologically.
The team from Helmholtz Center HEREON, led by Rüdiger Röttgers, is using bio-optical sensors to measure backscattering, chlorophyll, and turbidity at depths of up to 200 meters.
The team from Colorado State University and the University of Alabama Huntsville is using drones equipped with radiosondes to collect meteorological data and aerosols. Their primary focus is on strong evaporation processes which happen at the same time as precipitation occurs, leading to a significant cooling of the air masses, creating so called „cold pools“. Aerosols will also be sampled by the drones, as they play a special role, in understanding evaporative and precipitative processes, as they are carried up and down during these. The atmospheric measurements taken are additionally supported by the German Weather Service (DWD), specifically through the use of weather balloons.
From the Max-Planck-Institute for Chemistry, Chaoyang Xue is onboard, measuring trace gases from above and within the water column using a flow-through system.
The group led by Prof. Härter (University of Potsdam) is conducting numerical simulations to determine how sea surface temperature and wind shear affect ocean mixing and heat exchange between the atmosphere and the ocean in the surface film.
The ICBM working group „Marine Sensor Systems“ performs CTD measurements in the upper 200 meters of the water column every 2 hours and also utilizes drifters, ADCP, and ferry boxes to characterize the water masses and general circulation patterns. The LOCEAN institute is represented by Christopher Noisel, who uses different types of drifters that are additionally capable of quantifying precipitation amounts.
Initially, a television crew was on board filming a documentary series for ARD, but they have since left the ship in exchange for additional scientists. The television crew was on board to film for a climate-focused TV Program titled: „How extreme will the weather be, Sven Plöger?“ (Original: „Wie extrem wird das Wetter, Sven Plöger?“). In this German state television program, a well-known meteorologist accompanies international researchers who are contributing to our understanding of the current and future climate.
Since yesterday, we have entered a transit phase, leading us out of the Mediterranean into the North Atlantic. This has been accompanied by numerous sightings of rays, whales, and dolphins. Whilst we are on this transit, we further preparations for the next stations are undertaken. Countless rounds of table tennis are also being played, and a tournament will be held in the near future.