Observations of plastic litter, underwater images with video camera and seafloor bathymetry

4th Weekly report SO289

(deutsche Version unten)

Progress: We have had a successful week, and until Friday night (March 18), we were able to conduct daily station occupations with CTD casts and in situ pump deployments. We have made steady progress west towards Noumea along our 31.5°S latitude cruise track. Surface waters from the tow-fish were sampled to assess trace element and nutrient concentrations and the functioning of surface ocean microbial communities. The weather has been variable with winds up to force 6 to 7 Beaufort, but this has not prevented us to work at the stations. We are currently heading for Tahiti to transfer a crew member to land before returning to our station work.

Microplastic observations: Our Chilean observer Maria Amenabar happened to work on microplastics at the University of Chile in Santiago. Aaron Beck at GEOMAR therefore prepared sampling equipment at the last moment before our flights to Chile. A metal filter has been installed on the underway surface ocean water supply system of the Sonne, and plastic materials with a size larger than 10 μm are collected continuously, and then removed from the filter on a daily basis. The collected samples will be transferred to GEOMAR and analysed for microplastic particles using our automated hyperspectral camera system. In addition, Maria conducts litter spotting surveys each day, whereby she notes all plastic debris that can be spotted from the upper deck of the vessel. Maria has already observed important gradients in plastic litter abundances, with highest numbers on the edge of the South Pacific gyre system. The obtained data will be used for the validation of the GEOMAR plastic litter distribution models.

Please also see Maria’s own blog post “New Data on Plastics in the South Pacific” here.

Underwater Vision Profiler: We are deploying an underwater vision profiler (UVP) on our stainless steel CTD frame. The UVP 5 is provided by Rainer Kiko (Observatoire Oceanologique de Villefranche). The UVP provides high performance images using a camera that takes rapid pictures of an illuminated parcel of water under the CTD frame.  The camera can observe zooplankton and macroscopic particles with a size larger than 100 μm.

A section along our SO289 transect of the UVP data is shown below, with enhanced particle (larger than 125 μm) concentrations in the surface ocean and at the depth of the oxygen minimum zone. The enhanced particle abundance in the surface ocean is related to primary production in the euphotic zone with also increased numbers of zooplankton. The oxygen minimum zone off the Chilean shelf also contains enhanced concentrations of particles that have sunk from the surface ocean.  Two further interesting features can be noted along the section. Firstly, there is a gradual decline in particle abundance in the deep ocean away from the shelf and into the remote South Pacific Ocean. This is related to the decrease in nutrient supply to surface ocean communities with a consequent reduction in primary productivity and the number of sinking particles that make their way to the deep ocean. Secondly, the hydrothermal inputs at 112°W are visible in the UVP data, and also a near bottom nepheloid layer of resuspended particles.

Algorithms exist to convert the UVP observations into a sinking particle flux. Our cruise provides the exciting opportunity to combine the UVP data (and calculated sinking flux) with 234 Thorium-238 Uranium disequilibrium based particulate carbon export. This will facilitate the validation of the UVP sinking flux algorithms.

UVP 5 obtained particle abundance for full depth along SO289 section. Bottom: sections of particle abundance (< 125 μm), oxygen, salinity and fluorescence for top 1000 metres. // Mit UVP 5 ermittelte Partikelhäufigkeit für die gesamte Tiefe im Abschnitt SO289. Unten: Abschnitte mit Partikelhäufigkeit (<125 μm), Sauerstoff, Salzgehalt und Fluoreszenz für die oberen 1000 Meter. Graph by Chris Galley.

Multibeam Data Collection: We are running the EM122 multibeam system and processing the data to  obtain bathymetric information. This work is done by Chris Galley, and supports our cruise but also the Underway Bathymetry Project that is hosted at GEOMAR. We have obtained some excellent bathymetry data for extinct underwater volcanoes along our transect in the region between 131-134°W. (Figure 6). The figure shows the enhanced bathymetry data quality of the multibeam system over satellite derived bathymetry data.

High resolution multibeam bathymetry data, and low resolution satellite bathymetry data for part of our transect. // Hochauflösende Fächerecholot-Bathymetriedaten und niedrigauflösende Satelliten-Bathymetriedaten für einen Teil unseres Transekts. Graph by Chris Galley.

Beobachtungen von Plastikmüll, Unterwasseraufnahmen mit Videokamera und Bathymetrie des Meeresbodens

4. Wochenbericht SO289

Fortschritte: Wir haben eine erfolgreiche Woche hinter uns und konnten bis Freitagabend (18. März) tägliche Stationsarbeiten mit CTD- und In-situ-Pumpeneinsätzen durchführen. Wir haben stetige Fortschritte in Richtung Westen nach Nouméa entlang unserer Fahrtroute auf 31,5°S Breitengrad gemacht. Von den Schleppfischen wurden Oberflächenwasserproben entnommen, um die Konzentrationen von Spurenelementen und Nährstoffen sowie die
Funktionsweise der mikrobiellen Gemeinschaften an der Meeresoberfläche zu untersuchen. Das Wetter war wechselhaft mit Windstärken bis zu 6-7 Beaufort, was uns aber nicht daran hinderte, an den Stationen zu arbeiten. Wegen eines medizinischen Notfalls sind wir derzeit auf dem Weg nach Tahiti, bevor wir unsere Arbeit an den Stationen fortsetzen.

Beobachtungen von Mikroplastik: Unsere chilenische Beobachterin Maria Amenabar arbeitete zufällig an der Universität von Chile in Santiago an Mikroplastik. Aaron Beck vom GEOMAR bereitete daher im letzten Moment vor unseren Flügen nach Chile eine Probenahmeausrüstung vor. Ein Metallfilter wurde an der Unterwasserzufuhr der SONNE installiert, und Plastikmaterial mit einer Größe von mehr als 10 μm wird kontinuierlich gesammelt und dann täglich aus dem Filter entfernt. Die gesammelten Proben werden zum GEOMAR gebracht und mit unserem automatisierten Hyperspektralkamerasystem auf Mikroplastikpartikel untersucht. Darüber hinaus führt Maria jeden Tag Erhebungen zum Aufspüren von Müll durch, wobei sie alle Kunststoffabfälle notiert, die vom Oberdeck des Schiffes aus zu sehen sind. Maria hat bereits große Unterschiede in der Menge des Plastikmülls festgestellt, wobei die größte Menge am Rande des südpazifischen Wirbelsystems zu finden ist. Die gewonnenen Daten werden für die Validierung der GEOMAR-Modelle zur Verteilung von Plastikmüll verwendet.

Hier ist Marias eigener Blogeintrag “Neues Wissen über Plastik im Südpazifik” nachzulesen.

Unterwasser-Vision-Profiler: Wir setzen einen Unterwasser-Vision-Profiler (UVP) auf unserem CTD-
Rahmen aus Edelstahl ein. Der UVP 5 wird von Rainer Kiko (Observatoire Oceanologique de Villefranche)
zur Verfügung gestellt. Der UVP liefert Hochleistungsbilder mit einer Kamera, die schnelle Bilder eines beleuchteten Wasserpakets unter dem CTD-Rahmen aufnimmt. Die Kamera kann Zooplankton und makroskopische Partikel mit einer Größe von mehr als 100 μm beobachten. Die Abbildung oben zeigt einen Ausschnitt der UVP-Daten entlang unseres SO289-Transekts mit erhöhten Partikelkonzentrationen (mehr als 125 μm) an der Meeresoberfläche und in der Tiefe der Sauerstoffminimumzone.

Die erhöhte Partikelhäufigkeit an der Meeresoberfläche hängt mit der Primärproduktion in der euphotischen Zone zusammen, und auch die Zahl des Zooplanktons steigt. Die Sauerstoffminimumzone vor dem chilenischen Schelf enthält ebenfalls erhöhte Konzentrationen von Partikeln, die von der Meeresoberfläche herabgesunken sind. Zwei
weitere interessante Merkmale lassen sich entlang des Abschnitts feststellen. Erstens ist ein allmählicher Rückgang der Partikelkonzentration in der Tiefsee zu beobachten, weg vom Schelf und hin zum entfernten Südpazifik. Dies steht im Zusammenhang mit Dies steht im Zusammenhang mit dem Rückgang der Nährstoffzufuhr zu den Lebensgemeinschaften im Oberflächenozean und der daraus resultierenden Verringerung der Primärproduktivität und der Anzahl der sinkenden Partikel, die in die Tiefsee gelangen. Zweitens sind die hydrothermalen Einträge bei 112°W in den UVP-Daten sichtbar, ebenso wie eine bodennahe nepheloide Schicht aus resuspendierten Partikeln. Es gibt Algorithmen zur Umwandlung der UVP-Beobachtungen in einen sinkenden Partikelfluss. Unsere Fahrt bietet die spannende Möglichkeit, die UVP-Daten (und den berechneten sinkenden Fluss) mit dem auf 234 Thorium-238-Uran-disequilibrium basierenden partikulären Kohlenstoffexport zu kombinieren. Dies wird die Validierung der UVP-Algorithmen für den sinkenden Fluss erleichtern.

Fächerecholot-Datenerfassung: Wir betreiben das EM122-Fächerecholot-System und verarbeiten die Daten, um bathymetrische Informationen zu erhalten. Diese Arbeit wird von Chris Galley durchgeführt und unterstützt nicht nur unsere Fahrt, sondern auch das Unterwasser-Bathymetrie-Projekt, das am GEOMAR angesiedelt ist. Wir haben einige ausgezeichnete bathymetrische Daten für erloschene Unterwasservulkane entlang unseres Transekts in der Region zwischen 131-134°W. Die Abbildung oben zeigt die verbesserte Qualität der Bathymetriedaten des Fächerecholotsystems im Vergleich zu satellitengestützten Bathymetriedaten.

RV Sonne at sea 21.0°S/147.3°W

Eric Achterberg, GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel/University of Kiel

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