Neulich haben wir hier im Blog die Saildrones vorgestellt, die uns bei der #MOSESeddyhunt unterstützen, unser Messnetz erweitern und die Untersuchung der Ozeanwirbel effektiver machen. Sie sind aber nicht die einzigen autonomen Geräte, die derzeit die Gewässer rund um die Kapverden befahren und durchtauchen, um uns möglichst viele Daten aus den mobilen Ozean-Wirbeln zu liefern.

Ein anderer Typ von autonomen Sensorplattformen sind die Waveglider. Zwei Stück sind um uns herum im Einsatz. Im Gegensatz zu den Saildrones nutzen die Waveglider nicht den Wind, sondern die Energie der Wellen, um sich voran zu bewegen. Das funktioniert so:

Auf der Wasseroberfläche schwimmt eine Art Brett. Stellt es Euch ruhig wie ein etwas zu eckig geratenes Surfbrett vor.

An der Unterseite des Bretts ist eine starre, ca. acht Meter lange Nabelschnur befestigt. An deren Ende hängt ein Gestell mit beweglichen Lamellen, die quer zur Längsrichtung des Bretts aufgehängt sind.
Wenn sich das Brett an der Wasseroberfläche mit den Wellen auf und ab bewegt, sind die Bewegungen dort deutlich größer, als die des Lamellen-Gestells in acht Metern Tiefe. Diese Energiedifferenz versetzt die Lamellen in Bewegung. Sie wirken wie mehrere kleine Walfluken und treiben das Gestell nach vorn. Das Gestell zieht dann das Brett an der Wasseroberfläche hinter sich her.

Für Fortbewegung ist also gesorgt. Aber wir wollen das Gerät ja nicht nur durchs Wasser fahren lassen, sondern damit auch etwas untersuchen.

Dafür kann das Brett mit verschiedenen Sensoren ausgestattet werden, zum Beispiel um die Sauerstoffkonzentration im Wasser zu messen oder die Wassertemperaturen, die Strömungen, den Salzgehalt des Wassers, die Chlorophyllkonzentration im Wasser (pflanzliches Plankton) oder Treibhausgase in der Luft über dem Wasser oder oder oder…

Die Stromversorgung für die Sensoren liefern große Solarpanele, die auf der Oberseite der Bretter angebracht sind. Außerdem verfügen die Geräte über eine Satellitenverbindung, so dass wir sie auch steuern beziehungsweise die vorprogrammierten Kurse anpassen können.

Das klingt sehr einfach und die Geräte werden mittlerweile weltweit genutzt. Das GEOMAR hat sie schon vor Chile, vor dem Oman und rund um die Kapverden eingesetzt.

In der Praxis gibt es aber doch ein paar Dinge bei einem Waveglider-Einsatz zu beachten.

So kann ein einmal ausgesetzter Waveglider per Satellitensteuerung nicht angehalten werden. So lange die Wasseroberfläche in Bewegung ist, bewegt er sich auch. Wenn wir die Geräte parken wollen, zum Beispiel um Kontakt mit einer größeren Anzahl von Schiffen zu vermeiden, müssen wir die Waveglider auf einen Kreiskurs schicken. So sind auch die “Weihnachtssternplots” (Abb unten) entstanden.

Die acht Meter lange Nabelschnur ist außerdem eine Herausforderung, wenn man einen Waveglider bergen will. Das Gerät kann sie nämlich nicht selbst wieder aufwickeln. Also muss man mit einem Schiffskran das Brett mit allem, was daran hängt, aus dem Wasser heben. Dabei sollte möglichst kein Teil gegen die Schiffswand schlagen. Dazu benötigt man ein Schiff mit passendem Kran, ein bisschen Übung und eine eingespielte Crew.

Ein paar Wochen vor der #MOSESeddyhunt haben wir bei einer Wavegliderbergung erstmals mit der kapverdischen Küstenwache zusammengearbeitet (siehe Video unten). Das hat sehr gut funktioniert. An dieser Stelle noch einmal vielen Dank dafür!

Während unserer Schiffskampagne mit der METEOR helfen uns die Waveglider, die Wirbel dort zu untersuchen, in denen wir gerade nicht mit dem Schiff sein können, weil gerade andere Arbeiten anstehen. Außerdem haben wir die Waveglider bereits einige Wochen vor unserer Schiffskampagne eingesetzt, um die Region vorab zu vermessen und anhand der hochgenauen Strömungs- und biogeochemischen Messungen unsere Wegpunkte für die Meteor zu optimieren. Wir wussten also schon beim Auslaufen, in welcher Ecke der kapverdischen Gewässer sich interessante Wirbel befanden.

Einige Plots von den Waveglider finden Sie hier oder wie immer im GEOMAR Navigator. Weitere Aktuelle Informationen von der Expedition gibt es außerdem in den Wochenberichten auf der GEOMAR-Expeditionsseite.

Viele Grüße aus dem tropischen Ostatlantik.

#MOSESeddyhunt – more autonomous assistants

Recently, we presented the saildrones in our blog, which support us at the #MOSESeddyhunt, expand our measurement network and make the investigation of ocean eddies more effective. However, they are not the only autonomous devices that currently navigate and dive though the waters around Cape Verde in order to provide us with as much data as possible from the mobile ocean eddies.

Waveglider are another type of autonomous sensor platforms. We currently use two of them. Unlike the saildrones, wavegliders do not use the wind, but the energy of the waves to move forward. And this is how it works:

A kind of board floats on the surface of the water. You can imagine it like a surfboard that is a bit too angular.

Art the bottom of the board a rigid umbilical cord is fixed, that is about eight meters long. At its end a frame with movable wings is attached.

If the waves move the board up and down on the surface, the movements there are considerably larger than those of the wing frame at a depth of eight metres. This energy difference sets the wings in motion. They act like several small whale fluks and drive the frame forward. The frame then pulls the board along the surface of the water.

So the waveglider moves. But, of course, that’s not enough for us scientists. We want to do research with it. So the board can be equipped with various sensors, for example to measure the oxygen concentration in the water or the water temperatures, the currents, the salinity of the water, the chlorophyll concentration (phytoplankton) or greenhouse gases in the air above the water and so on. The power supply for the sensors is provided by large solar panels mounted on the top of the board.

In addition, we can control the waveglider or adjust the pre-programmed courses via satellite communication.

This sounds very simple and the devices are actually used worldwide nowadays. GEOMAR, for example, has done research with them off Chile, off Oman and around Cape Verde.

In the field, however, there are a few things to keep in mind when using a waveglider. Once a waveglider has been released, it cannot be stopped by satellite control. As long as the water surface is in motion, the waveglider also moves. If we want to park it, for example to avoid contact with a large number of ships, we have to send the wavegliders on a circular course. This is also how the Christmas star plots were created (see above).

The eight meter long umbilical cord is also a challenge if you want to recover a waveglider. The device cannot rewind it itself. So you have to lift the board and the cord with the wing frame attached out of the water with a ship’s crane. If possible, no part should hit the ship’s hull. For this you need a ship with a suitable crane, a little practice and a well-trained crew. A few weeks before the #MOSESeddyhunt we worked together with the Cape Verde Coast Guard for the first time on a waveglider recovery. That worked very well. Thanks again for that.

During our ship campaign with the METEOR, the wavegliders help us to examine the eddies in regions where we can’t be with the ship, for example when the ship has other work to do. In addition, we used the waveglider a few weeks before our ship campaign in order to optimize our waypoints for the METEOR by means of highly accurate current and biogeochemical measurements (see figure). So we already knew at the departure in which directions of the Cape Verdean waters we could expect interesting eddies.

Some plots of the wavegliders can be found here or as always in the GEOMAR Navigator. Further information about the expedition can be found in the weekly reports on the GEOMAR expedition page.

Greetings from the tropical East Atlantic.