Finding the missing piece (English/Deutsch)

Scientists at their workstations in the hydro lab. Photo: Lester Lembke-Jene Scientists at their workstations in the hydro lab. Photo: Lester Lembke-Jene

The Sonne cruise 264 focuses on geological topics, but there is still room for other scientific endeavours like Hydrography. Hydrography in this case is used to explore the seafloor’s surface below the deep sea. The ocean floor has a certain landscape or topography like dry land, which is, however, hidden under vast masses of water. This topography is called bathymetry. To uncover its characteristics, it is necessary to look through several thousands of meters of water. Light can travel only for a few meters, but sound propagates very well through the water column. Therefore, we use sound to detect the seafloor, specifically low frequencies like 12 kHz, which can travel the necessary far distances to reach the bottom of the ocean. If we think about our annoying neighbour listening to loud music, we might realize that it is mostly the deep sound of the bass that penetrates through the walls. This is the effect we make use of in bathymetric mapping. Therefore, a transducer (a device that is able to send and receive acoustic signals) is mounted to the bottom of the research vessel. Using a multibeam echosounder, the depth can be calculated based on the time the signal takes to reach the seafloor and come back. In our case, the echosounder is sending between 432 and 864 soundings at the same time (ping). The result is a point cloud of all reflected soundings, which, depending on the depth, can cover a width of up to 30 km.

Route of the conducted mapping. Photo: Melanie Steffen

Route of the conducted mapping. Photo: Melanie Steffen

The multibeam echosounder is pinging constantly. That means it measures the ocean’s depth under the vessel the whole time. The recording or logging is only switched on when the ship is sailing during transits or on planned profiles, where entire surfaces are mapped. A map of the ocean floor appears and grows, comparable to a big puzzle, where piece by piece is added. The further we sail, the more complete it gets. Especially undersea features like seamounts make it exciting. It is always fascinating to map a complete one, because mapping only parts of a seamount leave the question open, and leave us wondering what the rest may look like.

A Seamount that is not fully mapped. Photo: Melanie Steffen

A seamount that is not fully mapped. Photo: Melanie Steffen

To plan where we do our mapping, we use data taken from the so-called GEBCO “General Bathymetric Map of the Oceans”, which mainly uses the information of satellite altimetry in our area, because no one has mapped this region before. It is not too accurate, but still useful to estimate the depth and size of the seamounts. It even presents an idea of the slopes and their inclinations, so we first check this rough map, and afterwards plan multibeam and parasound profiles. The resulting higher-resolution map is indispensable to find stations, due to the details it provides about the seafloor surface characteristics. For the geological sampling of soft sediments anticipated on our cruise, softly sloping terraces are preferred, which hold the most promise for successful coring. However, before the newly acquired bathymetric raw data is ready for use, it has to be post-processed in multiple steps, because of outliers that appear due to systematic errors.

Mappings performed on the research vessel SONNE have a significantly higher resolution than the GEBCO. Photo: Melanie Steffen

Mappings performed on the research vessel SONNE have a significantly higher resolution than the GEBCO. Photo: Melanie Steffen

But who are the people who acquire and post process this data? They are people who are willing to adapt to a new and weird sleep schedule, just like the bridge or deck crew. They are okay with staring at multiple PC monitors for four hours straight, two times a day for at least 54 days: all just to complete the big puzzle a little more, and to see what comes next on the seafloor. Sounds good to you? Then Hydrography is the right thing for you!

Melanie Steffen und Laura Over

 

Deutsche Übersetzung

Finde das fehlende Teil

Der Fokus der Expedition SO264 liegt zwar auf marin-geologischen Themen, wobei die Hydrographie eine essentielle Voraussetzung für das Aufspüren guter Arbeitsgebiete ist. Auf dieser Reise wird die Hydrographie genutzt, um den Meeresboden detailliert zu kartieren. Dieser besitzt, ebenso wie das Festland, unterschiedlichste Landschaften und Topographien, versteckt unter gewaltigen Wassermassen. Diese Topographie wird in der Fachsprache Bathymetrie genannt. Um den Meeresgrund zu erkunden, müssen wir das Wasser durchdringen. Mit Licht kämen wir nur einige Meter tief, aber Schall breitet sich im Wasser hervorragend aus. Bei mehreren Tausenden Meter Wassertiefe werden Schallwellen am besten mit einer tiefen Frequenz genutzt. Je tieffrequenter die Signale, desto größere Wassertiefen können überwunden werden. Das leuchtet ein, wenn wir an unseren anstrengenden Nachbarn denken, der stets viel zu laut schlechte Musik hört. Eigentlich sind es die tiefen Basstöne, die durch die Wände zu uns dringen. Um uns diesen Effekt zunutze zu machen, ist am unteren Rumpf des Schiffes eine große Sender / Empfänger-Einheit mit einer Frequenz von 12 kHz installiert. Aus der Zeit, die das ausgesendete Schallsignal benötigt um den Meeresboden zu erreichen und als reflektiertes Signal wieder empfangen zu werden, wird die Wassertiefe berechnet. Diese Methode setzt das auf dem Forschungsschiff SONNE vorhandene Fächerecholot um. Es sendet zwischen 432-864 Tonsignale zur gleichen Zeit aus (Ping). Daraus ergibt sich eine Punktwolke aller reflektierten Signale, welche, abhängig von der Tiefe, einen bis zu 30 km breiten Meeresbodenstreifen abdecken kann. Das Fächerecholot pingt durchgängig, um die Schiffsnavigation zu unterstützen, da es immer die aktuelle Wassertiefe unter dem Rumpf anzeigt. Die Aufnahme bzw. das „Logging“ wird nur für die Transitstrecken und die Profilfahrten angeschaltet. Bei Stationsarbeiten, wenn  das Schiff aufgestoppt hat, schalten wir es aus. Aus den aufgenommenen Tiefendaten ergibt sich eine Karte, die wie ein großes Puzzle Stück für Stück wächst. Je weiter wir fahren, desto vollständiger wird diese. Besonders Objekte wie Unterwasservulkane machen es spannend. Um flächendeckende Karten von Bereichen generieren zu können, braucht es Zeit, da der Abdeckungsbereich des Echolots für verschiedene Tiefen ausgerechnet und entsprechend die Wegpunkte gesetzt werden müssen. Diese bilden meist keine gerade Linie über das Objekt, sondern einen zick-zack Kurs, der abgefahren werden muss. Sprich, es braucht manchmal viel Zeit, um einen ganzen Vulkan zu kartieren. Deswegen können wir oft nur einen Teil bearbeiten, wobei die Neugier auf das Gesamtbild meist unbefriedigt bleiben muss.

Für die Planung der marin-geologischen Stationen und Vermessungsfahrten dient zunächst der GEBCO „General Bathymetric Map of the Oceans”-Datensatz als Grundlage. Dieser basiert auf einer Vielfalt von bereits vorhandenen bathymetrischen Datensätzen. Im Falle des Nordpazifiks sind es vornehmlich Daten aus der Satelliten-Altimetrie, da weite Teile unseres Untersuchungsgebietes bislang noch nicht mit einem Fächerecholot kartiert wurden. Die Auflösung dieser GEBCO-Karte ist nicht sehr genau, hilft aber die Unterwasservulkane zu erkennen, ihre ungefähre Größe und die Steigungen abzuschätzen. Allerdings sind einige der Objekte in diesem Datensatz nicht real, sondern durch Fehlmessungen und -kalkulationen der Satellitendaten entstanden. Diese werden nach dem Überfahren mit dem Echolot erkannt und können korrigiert in die Karte übernommen. Das Ergebnis ist eine bathymetrische Karte mit einer deutlich höheren Auflösung, welche zum Auffinden geologischer Beprobungsstationen unabdingbar ist. Sie erlaubt nun exaktere Aussagen über die Eigenschaften des Meeresbodens, welche für die Geologen sehr wertvoll sind. Besonders seichte Steigungen, auf denen sich Sedimentablagerungen andeuten, sind vielversprechend.

Bevor die Daten des Fächerecholots als zuverlässiges Kartenmaterial genutzt werden können, müssen sie weiter verarbeitet werden. Messausreißer in den Datensätzen werden in mehreren Schritten mühselig nachbearbeitet.

Was sind das nun für Menschen, die diese Daten erheben, nachbearbeiten und spannendes und neues Kartenmaterial produzieren?
Sie haben den Willen, sich einem absurden Tag-Nacht-Rhythmus hinzugeben, um permanent bathymetrische Daten aufzuzeichnen. Es ist für sie in Ordnung, zweimal täglich vier Stunden lang und für 54 Tage am Stück in einem fensterlosen Raum auf diverse Monitore zu schauen. Und das nur, um das Puzzle möglichst zu vervollständigen. Wenn das gut für Dich klingt, dann bist Du bei den Hydrographen genau richtig!

Melanie Steffen und Laura Over

One thought on “Finding the missing piece (English/Deutsch)

  1. Ein großes Dankeschön insbesondere an alle Bloggerinnen und Blogger der Expedition SO264 EMPEROR, die trotz ihrer vielen Arbeit und zahlreicher Nachtschichten noch die Zeit gefunden haben, uns Laien ihre Wissenschaft verständlich und anschaulich nahezubringen.
    Dank auch an den Fahrtleiter, der in seinem Wochenbericht Nr. 7 auf die Situation junger Wissenschaftler in Deutschland hinge-wiesen hat.
    Eine Situation – unabhängig von der Arbeit “rund um die Uhr” auf Expeditionen – die sich so darstellt, dass von Nachwuchs-wissenschaftlern überdurchschnittlicher Einsatz und überragende Leistungen erwartet werden, während diese sich dabei aber von einem Anschlussvertrag zum nächsten Anschlussvertrag hangeln müssen.

    Meine Frage an das für diese Fahrt zuständige BMBF: „Kann sich ein rohstoffarmes Land wie Deutschland einen solchen Umgang mit jungen Wissenschaftlern erlauben?”

    Allen an Bord weiterhin einen reibungslosen Transit nach Yokohama – dort ein frisches Bierchen oder ein grünes Teechen – und eine sichere Heimreise.

    Schiff ahoi.

Comments are closed.