Auf der Jagd nach den Wirbeln – Die #MOSESeddyhunt startet / The #MOSESeddyhunt starts

Die anrückenden Eddies schon im Blick: Der GEOMAR Navigator zeigt den Kurs von autonomen Geräten und Anomalien an der Meeresoberfläche. / Monitoring the approaching eddies-the GEOMAR Navigator shows the course of autonomous devices and sea surface anomalies Die anrückenden Eddies schon im Blick: Der GEOMAR Navigator zeigt den Kurs von autonomen Geräten und Anomalien an der Meeresoberfläche. / Monitoring the approaching eddies-the GEOMAR Navigator shows the course of autonomous devices and sea surface anomalies

(English version below) Langsam wird es spannend. Forscherinnen und Forscher aus Kiel, Geesthacht, Kaiserslautern, Bremen, Aachen sowie von den kapverdischen Inseln legen derzeit im tropischen Nordostatlantik ihre Daten-Netze aus. Netze, in denen sie einen Eddy fangen wollen. Am besten sogar mehrere.

Eddy? Wer – oder was – ist das eigentlich? Also, bevor wir die Jagd genauer beschreiben, ist es vielleicht angebracht, diesen geheimnisvollen Eddy kurz vorzustellen.

Es handelt sich dabei um die englische Bezeichnung von Wirbeln in Meeren und Ozeanen. Sie können, je nachdem wo und wie sie entstehen, Größen von wenigen hundert Metern bis zu mehreren hundert Kilometern erreichen. Je mehr sich die Forschung mit diesen Wirbeln beschäftigt, desto mehr erkennt sie, dass Eddies eine wichtige Rolle bei der Verteilung von Energie, Sauerstoff oder auch Nährstoffen im Ozean haben.

Ein Beispiel: Früher hat man sich die großen Ozeanströmungen (z.B. den Golfstrom) als durchgehende Bänder vorgestellt. Heute wissen wir dank zahlreicher Messdaten und Satelllitenbeobachtungen, dass die Strömungen in Wahrheit eine ziemlich verwirbelte Angelegenheit sind. Ähnlich ist das übrigens, wenn man mal mit der Hand durch das Wasser in der Badewanne eine Linie zieht – auch dort bilden sich an den Rändern kleine Verwirbelungen.

Doch es gibt noch andere Arten von Eddies im Ozean. So bilden sich zum Beispiel an der Westküste Afrikas aufgrund des Zusammenspiels von Winden, Strömungen und der Küstentopographie Wirbel von bis zu 100 Kilometern Durchmesser, die von der Küste aus monatelang über den Atlantik nach Westen wandern können. 2010 konnten wir an einer Langzeitbeobachtungsstation nördlich der kapverdischen Inseln, dem Cape Verde Ocean Observatory (CVOO), erstmals nachweisen, dass solch ein Wirbel in seinem Inneren nahezu sauerstofffrei war. Damals war es allerdings reiner Zufall, dass der Wirbel genau das CVOO passierte.
Das zeigt schon das Problem bei der Untersuchung dieser Wirbel. Sie sind räumlich begrenzt und beweglich. Einige von ihnen lösen sich nach einiger Zeit auch einfach wieder auf. Wenn wir uns also nicht auf Glück und Zufall verlassen wollen, müssen wir die Untersuchung eines solchen Wirbels gut vorbereiten.

Im Jahr 2014 ist es uns in einer internationalen Kooperation unter Leitung des Kieler Exzellenzclusters „Future Ocean“ und des GEOMAR erstmals gelungen, einen dieser exotischen, nahezu sauerstofffreien Wirbel im Atlantik gezielt und detailliert zu beproben. Bei der Auswertung der Daten konnten wir Prozesse nachweisen, die im Atlantik so bisher nicht bekannt waren. Dazu gehört zum Beispiel die natürliche Produktion erheblicher Mengen von Treibhausgasen im Meer aufgrund besonderer biochemischer Prozesse in den sauerstofffarmen Zonen.

Doch noch sind lange nicht alle Fragen zur Rolle und Funktionsweise von Wirbeln allgemein, und den sauerstofffreien Wirbeln im Atlantik im Besonderen, beantwortet. Deshalb haben wir uns wieder mit Kolleginnen und Kollegen der Universität Kiel zusammengetan, und noch weitere Institute an Bord geholt, um 2019 erneut mehrere dieser Eddies mit dem Forschungsschiff METEOR genau zu untersuchen. Dieses Mal sind zum Beispiel Kolleginnen und Kollegen des Helmholtz-Zentrums Geesthacht dabei. Sie führen ähnliche Untersuchungen an kleineren küstennahen Wirbeln durch. Bei der Expedition Uhrwerk Ozean im Sommer 2016 haben die Küstenforscher derartige kurzlebige Wirbel sozusagen von der Geburt bis zum Zerfall beobachtet und vermessen. Die FH Aachen wird die Wirbeljagd mit ihrem Forschungsmotorsegelflugzeug Stemme S-10 VTX unterstützen. An Bord der METEOR sind außerdem Kolleginnen und Kollegen des Marum aus Bremen und der TU Kaiserslautern.

Start der Schiffsexpedition M160 ist der 23. November. Damit wir dann nicht unnötig Zeit mit der Suche nach geeigneten Wirbeln verlieren, werten wir schon seit Wochen Satellitenbilder aus, um Kandidaten auszumachen. Ein ganzer Schwarm autonomer Geräte ist inzwischen unterwegs im Untersuchungsgebiet, um diese Eddies vorab auf Herz und Nieren – pardon: auf Wassertemperatur, Salzgehalt und Sauerstoffkonzentration ‒ zu prüfen. Das ist das (Mess-)Netz, das wir aktuell ausgelegen, um ab 23. November per Schiff und Flugzeug das System der Wirbel und ihre Auswirkungen auf den Atlantik gezielt vermessen zu können. Finanziert wird das Projekt übrigens vom MOSES-Programm der Helmholtz-Gemeinschaft und vom Projekt REEBUS, das das Bundesforschungsministerium finanziert.

Wer diese Eddy-Jagd mitverfolgen möchte, kann dies online auf diesem Blog, auf Twitter, Facebook oder Instagram unter dem Hashtag #MOSESeddyhunt tun. Das Netz der autonomen Messgeräte, die jetzt schon unterwegs sind, könnt Ihr unter https://navigator.geomar.de live verfolgen.

Viele Grüße,

Dr. Björn Fiedler / Prof. Dr Arne Körtzinger

Arbeiten am CVOO, einem Meeresobservatorium nördlich der kapverdischen Inseln. / Working on the CVOO, a marine observatory north of the Cape Verde Islands. Photo: Toste Tanhu/GEOMAR
Arbeiten am CVOO, einem Meeresobservatorium nördlich der kapverdischen Inseln. / Working on the CVOO, a marine observatory north of the Cape Verde Islands. Photo: Toste Tanhu/GEOMAR
Die Grafik zeigt einen Schnitt durch einen am CVOO beobachteten Wirbel (Eddy). Die unterschiedlichen Farben geben den Salzgehalt des Wassers an. Da das Wasser im Inneren des Wirbels von der afrikanischen Küste stammt, ist es deutlich weniger salzhaltig als das umgebende Ozeanwasser. Die Zone mit extrem geringem Sauerstoffgehalt ("dead-zone") entwickelt sich im Zentrum des Eddys in etwa 20 bis 100 Metern Wassertiefe / his plot shows a salinity section of the upper 350 metres of sea water observed across an eddy passing through the Cape Verde Ocean Observatory mooring. As the water in the eddy originates from the African Coast it is much lower in salinity than the surrounding water. Graphic: J. Karstensen, GEOMAR
Die Grafik zeigt einen Schnitt durch einen am CVOO beobachteten Wirbel (Eddy). Die unterschiedlichen Farben geben den Salzgehalt des Wassers an. Da das Wasser im Inneren des Wirbels von der afrikanischen Küste stammt, ist es deutlich weniger salzhaltig als das umgebende Ozeanwasser. Die Zone mit extrem geringem Sauerstoffgehalt (“dead-zone”) entwickelt sich im Zentrum des Eddys in etwa 20 bis 100 Metern Wassertiefe / his plot shows a salinity section of the upper 350 metres of sea water observed across an eddy passing through the Cape Verde Ocean Observatory mooring. As the water in the eddy originates from the African Coast it is much lower in salinity than the surrounding water. Graphic: J. Karstensen, GEOMAR
Ein ozeanographischer Gleiter wird am Ocean Science Centre Mindelo auf die Jagd nach den Wirbeln vorbereitet / At the Ocean Science Centre Mindelo an oceanographic glider is being preparde for the eddy hunt. Photo: Mario Müller /GEOMAR
Ein ozeanographischer Gleiter wird am Ocean Science Centre Mindelo auf die Jagd nach den Wirbeln vorbereitet / At the Ocean Science Centre Mindelo an oceanographic glider is being prepared for the eddy hunt. Photo: Mario Müller /GEOMAR
Mit einem kapverdischen Fischerboot wurden die Gleiter ausgesetzt / With a Cape Verdean fishing vessel the gliders were launched. Photo: Mario Müller/GEOMAR
Mit einem kapverdischen Fischerboot wurden die Gleiter ausgesetzt / With a Cape Verdean fishing vessel the gliders were launched. Photo: Mario Müller/GEOMAR
Auch ein Waveglider, eine autonome, von der Wellenbewegung angetriebene Sensorplattform, kommt bei der Wirbeljagd zum Einsatz / A waveglider, an autonomous sensor platform driven by the wave movement, is also used for the eddy hunt. Photo: Mario Müller/GEOMAR
Auch ein Waveglider, eine autonome, von der Wellenbewegung angetriebene Sensorplattform, kommt bei der Wirbeljagd zum Einsatz / A waveglider, an autonomous sensor platform driven by the wave movement, is also used for the eddy hunt. Photo: Mario Müller/GEOMAR
Im GEOMAR Navigator kann man die Kurse und Aktionen der autonomen Geräte live verfolgen / In the GEOMAR Navigator you can follow the courses and actions of the autonomous devices live.
Im GEOMAR Navigator kann man die Kurse und Aktionen der autonomen Geräte live verfolgen / In the GEOMAR Navigator you can follow the courses and actions of the autonomous devices live.

The #MOSESeddyhunt starts

It’s getting exciting. Researchers from Kiel, Geesthacht, Kaiserslautern, Bremen, Aachen and the Cape Verde Islands are currently laying out their data nets in the tropical north-east Atlantic. Nets in which they want to catch eddies.

The size of eddies in the ocean can range from a few hundred metres to several hundred kilometres. The closer research is looking at the role of eddies in the ocean, the more we realize that this role is fundamental.
One example: In the past, the large ocean currents (e.g. the Gulf Stream) were seen as continuous bands. Today, thanks to numerous measurements and satellite observations, we know that the currents are in fact quite turbulent. It is similar, by the way, if you draw a line with your hand through the water in the bathtub – also there, small turbulences form at the edges.

But not only the large currents form eddies. On the west coast of Africa, for example, winds, currents and coastal topography create eddies up to 100 kilometres in diameter, which can propagate from the coast to the west across the Atlantic for months. In 2010, a long-term observatory north of the Cape Verde Islands, the Cape Verde Ocean Observatory (CVOO), provided the first evidence that the interior of such an eddy was almost oxygen free. However, we owe this discovery to pure luck . It was pure coincidence that the eddy passed exactly the CVOO.

This fact shows the challenge if you want to do research about ocean eddies. They are spatially limited and mobile. Some of them simply dissolve after some time. So if we don’t want to rely on luck and chance, we have to get well prepared if we want to study them in a systematic way.

In 2014, in an international cooperation led by the Kiel cluster of excellence “Future Ocean” and GEOMAR, we succeeded for the first time in sampling such an exotic, almost oxygen-free eddy in the Atlantic in a targeted and detailed manner. By evaluating the data, we were able to identify processes that were previously unknown in the Atlantic. This includes, for example, the natural production of considerable amounts of greenhouse gases due to special biochemical processes in the oxygen-depleted zones.

But not all questions about the role and function of eddies in general, and the oxygen-free examples in the Atlantic in particular, are answered yet. For this reason, we have again joined forces with colleagues from the Kiel University and other institutes in order to study several of these eddies again in detail with the research vessel METEOR in 2019. This time colleagues from the Helmholtz Centre Geesthacht are part of the team. They are carrying out similar investigations on smaller coastal eddies. During the Clockwork Ocean Expedition in the summer of 2016, coastal researchers observed and measured such short-lived eddies from birth to decay. The University of Applied Science (FH) Aachen will support the eddy hunt with its research motor glider Stemme S-10 VTX. Colleagues from the Marum Bremen and the University of Kaiserslautern will also be on board the RV METEOR.

Start of the ship expedition M160 is on 23 November. In order not to waste time searching for suitable eddies with the ship, we have been evaluating satellite images for weeks to identify candidates. A whole swarm of autonomous devices is now on their way to have a closer look at these candidates before the actual expedition begins. This is the measurement net that we are currently setting up. The project is financed by the MOSES programme of the Helmholtz Association and the REEBUS project, which is financed by the Federal Ministry of Education and Research.

If you would like to follow this Eddy hunt, you can do so online on this blog, on Twitter, Facebook or Instagram under the hashtag #MOSESeddyhunt. You can follow the network of autonomous measuring instruments, which are already on their way, live at https://navigator.geomar.de .

Yours,

Dr Björn Fiedler / Prof. Dr. Arne Kötzinger

2 thoughts on “Auf der Jagd nach den Wirbeln – Die #MOSESeddyhunt startet / The #MOSESeddyhunt starts

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