{"id":394,"date":"2019-05-11T09:25:42","date_gmt":"2019-05-11T09:25:42","guid":{"rendered":"http:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/?p=394"},"modified":"2019-05-14T13:09:52","modified_gmt":"2019-05-14T13:09:52","slug":"wer-ist-eigentlich-eddy","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/2019\/05\/11\/wer-ist-eigentlich-eddy\/","title":{"rendered":"Wer ist eigentlich Eddy?\/Who actually is Eddy?"},"content":{"rendered":"\n

(English version below)<\/em> Das war eine h\u00e4ufige Frage an Bord zu Beginn unserer Forschungsfahrt. Denn das \u201eEddy\u201c Teil unserer wissenschaftlichen Untersuchungen wird, ergab sich relativ kurzfristig.<\/p>\n\n\n\n

Eddies sind tempor\u00e4re Wasserwirbel\nmit einem Durchmesser von mehreren hundert Kilometern, die lange Strecken durch\nden offenen Ozean zur\u00fccklegen k\u00f6nnen, bevor sie sich irgendwann aufl\u00f6sen. Sie\nk\u00f6nnen von der Meeresoberfl\u00e4che bis hinunter zum Meeresboden reichen, doch noch\nist wenig bekannt \u00fcber ihre Eigenschaften und Auswirkungen in der Tiefsee. Und\nwir sind gerade zur richtigen Zeit am richtigen Ort, um einen solchen Eddy in\nunserem Arbeitsgebiet zu untersuchen. <\/p>\n\n\n\n

Eddies kann man als\nozeanische \u00c4quivalente atmosph\u00e4rischer St\u00fcrme bezeichnen, und sie werden in\nSatelliten-H\u00f6henkarten der Meeresoberfl\u00e4che deutlich. Sie sind ein wichtiges\nozeanographisches Ph\u00e4nomen, denn sie dienen als Transportmittel f\u00fcr W\u00e4rme,\nN\u00e4hrstoffe, organischen Kohlenstoff und Sauerstoff durch den offenen Ozean und\nbilden lokale biogeochemische Milieus. Die Ausrichtung ihrer Rotation wird\ndurch die Corioliskraft erzeugt und – auf der Nordhalbkugel – drehen sich die\nmeisten Wirbel im Uhrzeigersinn (man sagt auch “antizyklonisch”).\nDiese Wirbel lenken die Str\u00f6mung effektiv in Richtung ihres Zentrums und\nerzeugen eine Ausbeulung der Meeresoberfl\u00e4che, die als positive Anomalie in\nSatellitenbildern von mehreren Dezimetern H\u00f6he erkennbar wird. So haben wir\nauch \u201eunseren\u201c Eddy gefunden und k\u00f6nnen seine Reise verfolgen (Abbildung 1). Im\nPazifik bilden sich gro\u00dfe Eddies vor der K\u00fcste Mittel- und S\u00fcdamerikas und\nbewegen sich meist mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 15 km pro Tag entlang\nder nordamerikanischen K\u00fcste in Richtung Nordwesten. W\u00e4hrend sie in diesem Teil\ndes Pazifischen Ozeans ein recht h\u00e4ufiges Ph\u00e4nomen sind, l\u00f6sen sich nur wenige\nvom Hauptweg ab und machen sich auf in Richtung offener Ozean, Richtung Westen.\nUnd nur ganz wenige erreichen nach Tausenden von Kilometern unser Arbeitsgebiet\nim deutschen Lizenzgebiet in der Clarion-Clipperton Zone (CCZ).\n“Unser” Eddy dreht sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 25 km\/Tag\nund sein Zentrum bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 15 km\/Tag direkt\nnach Westen (Abbildung 1). W\u00e4hrend man Eddies an der Meeresoberfl\u00e4che gut\nbeobachten kann, ist nicht viel dar\u00fcber bekannt, wie sich Eddies in der Tiefe\nder Ozeane entwickeln und welche Auswirkungen sie durch erh\u00f6hte\nStr\u00f6mungsgeschwindigkeiten am sonst ruhigen, ernergiearmen Meeresboden erzeugen\nk\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n

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Karte der Meeresspiegelanomalien (sla), erstellt aus Satellitendaten (NOAA) f\u00fcr den 1. April. Wirbel werden in solchen Karten wie kreisf\u00f6rmigen Mustern sichtbar. Lila Punkte zeigen den Mittelpunkt unseres Eddy, der auf das ostdeutsche Lizenzgebiet zusteuert (L-f\u00f6rmige Box).
Abbildung von Timm Schoening\/GEOMAR<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Unser Eddy gibt uns die\nseltene Gelegenheit, seine nat\u00fcrlichen Eigenschaften in der Tiefsee zu vermessen\nund gleichzeitig seine Auswirkung auf eine kleinr\u00e4umige Tiefseebergbau-Simulation\nca. 4 Wochen nach der Sedimentaufwirbelung zu beobachten. Hier wurde durch das Schleppen\neiner kastenf\u00f6rmigen Vorrichtung (\u201eDredge\u201c) \u00fcber den Meeresboden eine Sedimentwolke\nerzeugt. W\u00e4hrend an der Meeresoberfl\u00e4che die \u00e4u\u00dferen Teile des Eddies bereits\nunser Arbeitsgebiet erreicht haben, erwarten wir Anfang Mai das Eddy-Zentrum am\nMeeresboden. Wird es zu einer Remobilisierung der frisch aus der Sedimentwolke\nabgesetzten Partikel kommen? Was passiert mit den nat\u00fcrlichen\nOberfl\u00e4chensedimenten – werden sie auch mobilisiert?<\/p>\n\n\n\n

Die Bildung gro\u00dfer\nSedimentpartikelwolken in der bodennahen Wasserschicht infolge von Abbauaktivit\u00e4ten\nam Meeresgrund stellt eines der gr\u00f6\u00dften Probleme beim Meeresbergbau dar. Diese\nWolken verlagern die Umweltauswirkungen von der eigentlichen Abbaust\u00e4tte,\npotenziell etliche zehn Kilometer weit. Es kommt zu Absetzraten von bis zu\nmehreren Zentimetern pro Tag im Vergleich zu nur wenigen Millimetern pro\ntausend Jahre im Normalzustand. Umweltauswirkungen auf die benthische Fauna\nsind durch die Sedimentbedeckung von Organismen, die Verstopfung von Nahrungsaufnahme-Organen,\nVer\u00e4nderungen in der N\u00e4hrstoffversorgung und toxische Auswirkungen von\npotenziell freigesetzten Metallen zu erwarten.<\/p>\n\n\n\n

Der Grund, warum wir so daran\ninteressiert sind, einen Eddy im Rahmen unserer Basisstudien im Detail zu\nuntersuchen, ist das Potenzial von Eddies, die anthropogen erzeugten Sedimentlagen\nwieder zu mobilisieren und weiter zu verteilen. Experimentelle Ergebnisse haben\ngezeigt, dass frisch abgesetzte Bergbaufahnen leichter in die dar\u00fcberliegende\nWassers\u00e4ule re-mobilisiert werden k\u00f6nnen als “normal” abgesetzte\nSedimente. Zwar ist die Sediment-Resuspension ein nat\u00fcrlicher Prozess, der mit\nerh\u00f6hten Bodenstr\u00f6mungen zusammenh\u00e4ngt und zur Bildung tr\u00fcber Partikelschichten\nin Meeresbodenn\u00e4he f\u00fchrt. F\u00fcr nat\u00fcrlich abgelagerte Tiefseesedimente liegt die\nSchwelle zur Wiederaufwirbelung im Bereich von 10-15 cm\/s. Solche Anstiege der\nStr\u00f6mungsgeschwindigkeiten k\u00f6nnen durch so genannte benthische St\u00fcrme erzeugt\nwerden, die zum Beispiel im westlichen Nordatlantik unter dem m\u00e4andrierenden\nGolfstrom weit verbreitet sind und typischerweise 20 cm\/s \u00fcberschreiten. Im\nPazifik gibt es solche starken St\u00fcrme in der Regel nicht. Die Bodenstr\u00f6mungen\nim nord\u00f6stlichen tropischen Pazifik sind \u00fcberwiegend schwach. Bei Eddy-Passagen\nk\u00f6nnen sie aber deutlich zunehmen, \u00fcberschreiten vermutlich aber nicht die\nSchwelle zur Wieder-Aufwirbelung der nat\u00fcrlichen Tiefsee-Sedimente.\nIn-situ-Messungen der Bodenstr\u00f6mungen im deutschen Lizenzgebiet in der N\u00e4he des\nMeeresbodens haben gezeigt, dass jedes Jahr ein bis zwei Eddies dieses Gebiet\npassieren – w\u00e4hrend dieser Zeit intensivieren sich die Bodenstr\u00f6me \u00fcber einen\nZeitraum von mehreren Wochen und erreichen Geschwindigkeiten, die 3-4 mal h\u00f6her\nsind als normalerweise (durchschnittlich 8 cm\/s). Solche Geschwindigkeiten\nk\u00f6nnen allerdings ausreichen, um anthropogen erzeugte Partikelschichten wieder\naufzuwirbeln.<\/p>\n\n\n\n

Einmal aufgewirbelt, k\u00f6nnen\ndie Partikel auch bei deutlich niedrigeren Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten in der\nWassers\u00e4ule gehalten und breit verteilt werden. Deshalb w\u00fcrde die erneute Aufwirbelung\nder anthropogen erzeugten Partikelschichten und ein weitreichender Transport\n\u00fcber Dutzende von Kilometern die vom Meeresbergbau betroffene Fl\u00e4che weiter\nvergr\u00f6\u00dfern, mit Folgen f\u00fcr benthische Faunengemeinschaften. Daher ist die\nUntersuchung und Vorhersage des Fu\u00dfabdrucks von Eddies auf dem Meeresboden in\nGebieten mit potenzieller Bergbauaktivit\u00e4t von wesentlicher Bedeutung. <\/p>\n\n\n\n

Um die Passage unseres\nEddies durch das Arbeitsgebiet zu erfassen, haben wir am Meeresboden\nPlattformen mit Sensoren verankert, die am Ende unserer Forschungsfahrt wieder\ngeborgen werden. F\u00fcr die Erfassung der gro\u00dfr\u00e4umigen Eigenschaften des Eddies in\nBezug auf aktuelle Geschwindigkeiten und Tr\u00fcbung wurden f\u00fcnf Verankerungen \u00fcber\ndas gesamte deutsche Lizenzgebiet verteilt. Um den kleinen Sedimentplume-Simulationsstandort\nherum haben wir auf einer Fl\u00e4che von ca. 6 Fu\u00dfballfeldern eine hochaufl\u00f6sende\nSensoranordnung angeordnet. Diese Ger\u00e4te (Abbildung 2) sollen zum einen die\ndirekt mechanisch erzeugte Partikelfahne aufzeichnen, sowie die m\u00f6gliche\nWiederaufwirbelung der frisch gebildeten Sedimentlagen durch die Eddy-Aktivit\u00e4t\neinige Wochen sp\u00e4ter.<\/p>\n\n\n\n

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Zwei der vierzehn Sensorplattformen, die wir von ROV in einer Sensoranordnung eingesetzt haben. Links: ein hochaufl\u00f6sender Tr\u00fcbungssensor. Rechts: ein Sensor zur Messung von Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten von bis zu 50m \u00fcber dem Meeresboden.
Foto: ROV KIEL 6000<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Von Dr. Timm Schoening, GEOMAR und Dr. Katja Schmidt, BGR <\/p>\n\n\n\n

Who actually is Eddy?<\/em><\/h2>\n\n\n\n

That was one of the big questions at the beginning of our cruise. Because it turned out on relatively short notice, that \u201cEddy\u201d will become part of our research program. <\/em><\/p>\n\n\n\n

Eddies are temporary loops of swirling water of several hundred kilometres in diameter that can travel long distances through the open ocean before dissipating. And we are here \u2013 just in time \u2013 to catch an Eddy passing through our working area and to characterize its impact at the seafloor. <\/em><\/p>\n\n\n\n

Eddies are the oceanic analogues of atmospheric storms and become obvious in satellite altimeter maps displaying sea level heights. The orientation of their rotation is induced by the Coriolis force and – on the Northern hemisphere – most Eddies rotate clock-wise (or \u201canti-cyclonic\u201d). These Eddies effectively direct currents towards their centre, creating a bulge of seawater which can be seen as a positive sea-surface anomaly in satellite imagery of several decimetres in height. This is how we also found our Eddy and how we can trace its journey (Figure 1). In the Pacific, Eddies form off the coast of Central and South America and usually move towards the North-West along the coast of North America with an average velocity of 15 km per day. While they are a rather common phenomenon in this part of the Pacific Ocean, only a few detach from the main Eddy path and head out West towards the open ocean. And only a few arrive within our working area in the Eastern German license area of the Clarion-Clipperton Zone (CCZ) \u2013 after travelling thousands of kilometres westward. \u201cOur\u201d Eddy rotates at a speed of ca. 25 km\/day and its centre moves directly westwards at a speed of ca. 15 km\/day (Figure 1). Eddies are highly dynamic and difficult to capture, and hence not much is known on how they evolve in 3D space. They can reach down through the entire water column inducing impacts at the seafloor over thousands of square kilometres in this usually quiet, low-energy environment. <\/em><\/p>\n\n\n\n

Eddies are an important oceanographic phenomenon as they serve as transporters of heat, nutrients, organic carbon and oxygen through the open ocean and form local biogeochemical environments. They can take the shape of warm-core (masses of warm water turning in colder ocean waters) or cold-core (masses of cold water in warm) eddies. <\/em><\/p>\n\n\n\n

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Map of sea level anomalies (sla), created from satellite data (NOAA) for April 1st. Eddies become apparent in such maps as circular patterns. Purple dots show the centre point of our Eddy that is heading towards the eastern German license area (L-shaped box).
Picture: Timm Schoening\/GEOMAR<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

This Eddy gives us the rare chance to monitor and sample the natural characteristics of an Eddy while simultaneously observing its effect on a small-scale mining simulation.<\/em><\/p>\n\n\n\n

While the outer parts of the surface Eddy already reached our working area, we expect the Eddy centre at the seafloor beginning of May. This gives us the opportunity to record the characteristics of the Eddy passage in the bottom water and its effects on the surface sediments about 3-4 weeks after our sediment suspension experiment. Will we see a re-mobilization of the freshly settled plume sediment? What happens with the natural surface sediments – is it mobilized as well?<\/em><\/p>\n\n\n\n

Mining activities at the seafloor with a collector vehicle would form large sediment particle clouds in the bottom water layer, which is one of the major concerns regarding marine mining. These clouds transfer the environmental impact away from the actual mining site, potentially tens of kilometres. Settling rates of up to several centimetres per day compared to only a few mm per thousand years as normal condition in this area. Main environmental effects on the benthic fauna related to the distribution and settling of this sediment plume can be expected from the blanketing of organisms, clogging of respiratory organs, changes in nutrient supply and toxic effects of potentially released metals.<\/em><\/p>\n\n\n\n

The reason why we are so interested to study an Eddy in detail in the framework of our baseline studies is the potential of Eddies to mobilize the artificially deposited surface sediment. Generally, sediment resuspension is a natural process related to increased bottom currents and starts as soon as velocities are fast enough to overcome the threshold to resuspend sediment grains. For naturally deposited deep-sea sediment this is in the range of 10-15 cm\/s. Such currents can be generated by so-called benthic storms, which are quite common in the Western North Atlantic beneath the meandering Gulf Stream and typically exceed 20 cm\/s, thereby generating cloudy particle layers near the seafloor. In the Pacific, they are usually absent. The bottom currents in the north-eastern tropical Pacific are predominantly weak but can significantly increase during eddy passages. In-situ measurements of current speeds in the German licence area close to the seafloor have shown that one to two full water depth Eddies pass this area every year. During these times, bottom currents intensify over a period of several weeks, reaching velocities 3-4 fold higher compared to non-Eddy times (in the range of 8 cm\/s on average). Experimental results have shown that freshly settled mining plume sediment can be more easily re-mobilized into the overlying water column than \u201cnormally\u201d deposited sediment, starting already at 4-5 cm\/s. Once resuspended, particles can be kept in the water column at velocities much lower than that required to erode the seafloor, which gives it enough time to widely distribute the particle cloud. Such resuspension of mining-generated particle layers and large-scale transport over tens of kilometres would further increase the area impacted by mining activities, with consequences for benthic faunal communities. Hence, the investigation and prediction of the footprint of surface eddies on the seafloor in areas of potential mining activity is essential. <\/em><\/p>\n\n\n\n

To record the passage of our Eddy through our working area and capture its characteristics, we deployed ocean bottom sensor platforms and oceanographic moorings at distances between 0.3 m and 50 m above the seafloor, which will be recovered at the end of our cruise. Five moorings were spread over the German license area to cover the natural, large-scale characteristics of Eddy in terms of current velocities and turbidity. Around a small-scale plume simulation site we arranged a high-resolution sensor array across an area of ca. 6 football fields. The sensors (Figure 2) were spread out to record immediate effects by the particle plume we generated by towing a box-like device (Dredge) over the seafloor, as well as the expected, re-suspended sediment plumes of this disturbance created by Eddy activity.<\/em><\/p>\n\n\n\n

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Two of the fourteen sensor platforms that we developed by ROV in a sensor array. Left: resolution turbidity sensor. Right: a sensor to measure current velocities up to 50m above the seafloor.
Foto: ROV KIEL 6000<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

by Dr. Timm Schoening, GEOMAR and Dr. Katja Schmidt, BGR <\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

(English version below) Das war eine h\u00e4ufige Frage an Bord zu Beginn unserer Forschungsfahrt. Denn das \u201eEddy\u201c Teil unserer wissenschaftlichen Untersuchungen wird, ergab sich relativ kurzfristig. Eddies sind tempor\u00e4re Wasserwirbel mit einem Durchmesser von mehreren hundert Kilometern, die lange Strecken durch den offenen Ozean zur\u00fccklegen k\u00f6nnen, bevor sie sich irgendwann aufl\u00f6sen. Sie k\u00f6nnen von der […]<\/p>\n","protected":false},"author":184,"featured_media":397,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[16,10,9,15],"tags":[],"class_list":["post-394","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-deep-sea","category-marine-resources","category-rohstoffe-aus-den-meeren","category-tiefsee"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/394","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/users\/184"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=394"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/394\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":409,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/394\/revisions\/409"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/media\/397"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=394"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=394"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/eadsm\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=394"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}