Part four: Digging deep and saying goodbye! – Teil vier: Wir buddeln tief und sagen Tschüss!

Eine deutsche Version ist weiter unten zu finden.

Part four: Digging deep and saying goodbye!

The methods we had a look at so far are all geophysical, indirect methods, because the measurements of the rocks/sediments below the sea level are done without collecting any samples. Often, geophysical data can be acquired fairly easily and fast, but its interpretation is not always clear. Geological sampling, on the other hand, can provide a set of more detailed information about the subsurface layers. It is a ‘direct method’ of investigation and allows to verify the information gained with the indirect methods and clarify the interpretation. However, collecting samples from the sea floor is not easy and results in data at only a few selected locations, which limits the usefulness of this information. So, if we combine the data from all methods, we gain more knowledge than either method could provide on its own. Imagine, for example, that we found sand in three sample locations at the same depth and the hydroacoustic data shows a continuous reflector at the same depth. Now we can be fairly sure that all three samples are from the same layer and that this reflector is made of sand, neither of which we would have known with one method alone. Of course, this is only the tip of the iceberg of what type of information we can gather from geological samples, as you will see in the next paragraphs.

The PVC pipe containing the sediment is pulled out of the gravity corer. Now the real work begins. (Photo: Gesa Franz)

The main method for us to acquire sediment samples is the so-called gravity coring. The corer consists of a 3-to-5-m-long steel pipe with a diameter 12.5 cm, with a heavy weight on top of it (~1.3 tons), which is then attached to a metal rope for deployment. The whole ensemble is deployed into the water until it reaches the ground, where the weight on top presses the open steel pipe into the sediment, like a cookie stencil in soft dough. On the lower end of the pipe, the core catcher prevents the sediment from falling out, with inward-bent copper stripes, letting the sediment up into the pipe, but not out again. When the core is back on deck, sediment, which is sticking to the outside is washed off, and the PVC pipe containing the sediment is pulled out of the gravity corer. Now the real work begins. The cores are cut into one-meter long sections, and are labelled. They are then cut in half lengthwise with a saw, so that each section has two (almost) identical parts. One half is geologically described (colours, grain sizes, visible structures), photographed and packed away in a cooling room as the “archive half”, the other one is the so called “working half”, where measurements and subsamples are taken.

The cores are cut into one meter long sections. (Photo: Gesa Franz)

In order to find evidence of freshwater in the cores, we did a whole series of measurements, which often took us late into the evening to finish. It is essential to do some of these measurements directly after the core was opened, because they may show different results once the core starts to dry out.

For example, we collected samples for methane, pore pressure and pore water analysis that will be given to the geochemistry lab at GEOMAR for additional analysis. The samples of pore water were collected with a special syringe called rhizone that uses the vacuum pressure to extract the interstitial water (the water in between the grains) of the sediment core. The porewater sample was then used for running other analysis on our vessel. We measured alkalinity (the content of basis in the porewater, the opposite of pH which instead measures the content of acids in the solution) and the salinity. The salinity is the most important marker for recognising freshwater in the interstitial water of our sediment core, and thus in our study area. The salinity of the seawater is about 35 ‰ (which means 35 grams of salt per 1L of water) but in some cases, the water extracted from our cores showed values even lower than 30 ‰. This could be considered preliminary evidence of freshwater.

Working on the core sections: the geological description in the front. Rhizones are collecting pore water, in the background samples are taken. (Photo: Henrike Timm)

With this, we come to the end of our hunt for evidence, and also to the end of our cruise, which, by the way, is the longest ever to have taken place on the RV Maria S. Merian and is unlikely to be challenged any time soon. We hope you enjoyed reading about our little adventure and hope we meet again for the next scientific cruise.

We would like to thank the captain Ralf Schmidt and the entire crew for making our science possible and working alongside each other a joy. Thank you also to everyone who contributed to this blog by prove-reading, providing pictures and writing the more specific parts of our methods.

Cheers!

Elisa and Henrike

Goodbye Atlantic Ocean, with 12 kn we are heading eastwards again. (Photo: Henrike Timm)

Teil vier: Wir buddeln tief und sagen Tschüss!

Die Methoden, die wir uns bisher angesehen haben waren alle geophysikalische, indirekte Methoden, da die Messungen aus der Ferne gemacht wurden, ohne Probenentnahme. Geophysikalische Daten können oft relativ einfach und schnell erhoben werden, aber die Interpretation ist nicht immer eindeutig. Geologische Proben dagegen, können detailliertere Informationen über die Schichten im Untergrund enthalten. Die Arbeit mit Proben ist eine direkte Messmethode und kann oft dazu benutzt werden Informationen der indirekten Methoden zu verifizieren und die Interpretation eindeutiger zu machen.

Allerdings ist es nicht einfach und relativ zeitaufwendig geologische Proben vom Meeresboden zu nehmen, so dass es oft nur punktuelle Daten an einigen ausgewählten Orten. Das schränkt die Nützlichkeit der Information ein wenig ein. Wenn wir aber die Daten aller Methoden kombinieren, erhalten wir mehr Information als jede einzelne Methode allein. Sehen wir zum Beispiel eine Sandschicht in drei verschiedenen Probenlokationen in der gleichen Tiefe und die Hydroakustik zeigt einen durchgehenden Reflektor, der alle drei verbindet, so können wir uns relativ sicher sein, dass es sich um die gleiche Sandschicht handelt und der Reflektor auch an anderen Orten aus Sand besteht. Mit einer Methode allein, wäre das nicht möglich gewesen. Natürlich ist das nur die Spitze vom Eisberg, was für Informationen man aus geologischen Proben herausholen kann, wie man in den nächsten Absätzen sehen wird.

Das PVC Rohr mit dem Sediment wurde aus dem Schwerelot gezogen, jetzt fängt die wahre Arbeit an. (Foto: Gesa Franz)

Die Hauptmethode um geologische Proben zu erhalten ist für uns das Schwerelot. Es besteht aus einem 3-5m langem Stahlrohr mit einem Durchmesser von 12,5cm und einem 1,3t schweren Gewicht am oberen Ende. Das wird wiederum an einem Stahlseil befestigt, an dem alles zusammen zu Wasser gelassen wird, bis es den Boden erreicht. Das Gewicht drückt dann das offene Stahlrohr in das Sediment, wie eine Ausstechform in weichem Plätzchenteig. Am unteren Ende des Rohres verhindert der Core Catcher mit nach innen gebogenen, Kupferstreifen, dass der Kern wieder aus dem Rohr fällt. Die Kupferstreifen lassen das Sediment nach oben in den Kern, aber nicht wieder zurück, wie ein Ventil. Ist das Schwerelot an Deck, wird das Gerät von außen abgespült und das innen liegende PVC Rohr mit dem Sediment wird herausgezogen. Nun beginnt die eigentliche Arbeit. Die Kerne werden in ein Meter lange Stücke gesägt und beschriftet. Anschließend werden die Segmente der Länge nach gesägt, so dass für jedes Segment zwei (beinahe) identische Hälften zur Verfügung stehen. Eine Hälfte (die Archivhälfte) wird geologisch beschrieben (Farben, Korngröße, sichtbare Strukturen etc.), fotografiert und in einem Kühlraum sicher verstaut. An der anderen Hälfte werden Messungen durchgeführt und weitere Proben genommen.

Die Kerne werden in ein Meter lange Sektionen zerteilt. (Foto: Gesa Franz)

Um Hinweise auf Frischwasser in den Kernen zu finden, haben wir eine ganze Reihe an Messungen durchgeführt, die uns oft bis spät am Abend beschäftigt haben. Einige dieser Messungen müssen direkt nach der Öffnung der Kerne durchgeführt werden, da sie später, wenn der Kern anfängt zu trocknen, bereits unterschiedliche Ergebnisse zeigen würden.

Wir haben unter anderem Proben für Methan, Porendruck und Porenwasser-Analysen genommen, die später im Geochemie Labor des GEOMAR durchgeführt werden. Die Porenwasser Proben werden mit speziellen Spritzen entnommen, so genannte Rhizonen, die mithilfe des Unterdrucks eines Vakuums das Wasser zwischen den Körnchen entziehen. Dieses Wasser wird dann weiter untersucht: wir haben die Alkalinität gemessen (der Anteil von Basen im  Wasser, gewissermaßen das Gegenteil vom pH-Wert, bei dem der Anteil der Säuren gemessen wird) und den Salzgehalt (Salinität), auf unser Suche natürlich besonders interessant. Die Salinität von Meerwasser ist etwa 35‰ (35 Gramm Salz auf ein Liter Wasser), in einigen Proben aus unseren Kernen, gab es Werte die zum Teil unter 30‰ lagen. Das könnte als ein vorsichtiger Hinweis auf Frischwasser im Untergrund gelten.

Arbeit an den Kernsektionen: vorne wird eine geologisch beschrieben. Die Rhizonen sammeln das Porenwasser, im Hintergrund werden Sedimentproben entnommen. (Foto: Henrike Timm)

Damit kommen wir auch schon zum Ende unserer Jagd nach Hinweisen und auch zum Ende unserer Reise, die mit neun Wochen übrigens die bisher längste auf der FS Maria S. Merian war und diesen Rekord wohl auch einige Zeit halten wird. Wir hoffen, die kurzen Einblicke in unser kleines Abenteuer waren eine Freude zu lesen und hoffen auf ein Wiedersehen bei der nächsten wissenschaftlichen Expedition.

Wir möchten dem Kapitän Ralf Schmidt und seiner Mannschaft dafür danken unsere Wissenschaft möglich gemacht zu haben und ebenso für die freundliche Zusammenarbeit. Ein großer Dank geht auch an alle, die durch korrigieren, fotografieren und dem Schreiben von Absätzen besonders spezifischer Methoden zu diesem Blog beigetragen haben.

Bis dann!

Henrike und Elisa

Auf Wiedersehen Atlantischer Ozean, mit 12 kn geht es wieder Richtung Osten. (Foto: Henrike Timm)

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