{"id":207,"date":"2024-02-28T12:42:38","date_gmt":"2024-02-28T11:42:38","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/?p=207"},"modified":"2024-02-28T12:42:39","modified_gmt":"2024-02-28T11:42:39","slug":"als-physikalischer-ozeanograph-allein-unter-biologen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/2024\/02\/28\/als-physikalischer-ozeanograph-allein-unter-biologen\/","title":{"rendered":"Als Physikalischer Ozeanograph allein unter Biologen"},"content":{"rendered":"\n<p>Anton und ich bringen soeben CTD-Cast Nummer 45 an das Tageslicht. W\u00e4hrend wir gerade wieder einmal mit viel Enthusiasmus frisch gezapfte Flaschen durchsch\u00fctteln, meine ich, ein nett gemeintes, aber deutliches Kopfsch\u00fctteln bei Jamileh erkennen zu k\u00f6nnen, als sie uns ein Guten Morgen zul\u00e4chelt. Das denken sich hier scheinbar alle: Bereits 45 CTD-Eins\u00e4tze? Und viele davon an ein- und derselben Stelle? Warum das Ganze? Wir m\u00fcssten das Wasser doch kennen, sobald wir es einmal \u201evermessen\u201c haben, oder? Naja, irgendwie schon.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-gallery columns-1 wp-block-gallery-1 is-layout-flex wp-block-gallery-is-layout-flex\"><ul class=\"blocks-gallery-grid\"><li class=\"blocks-gallery-item\"><figure><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"545\" height=\"410\" src=\"http:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-content\/uploads\/sites\/100\/2024\/02\/2024-02-28_CTD-Stationen.png\" alt=\"\" data-id=\"213\" data-full-url=\"http:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-content\/uploads\/sites\/100\/2024\/02\/2024-02-28_CTD-Stationen.png\" data-link=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/2024-02-28_ctd-stationen\/\" class=\"wp-image-213\"\/><\/figure><\/li><\/ul><figcaption class=\"blocks-gallery-caption\"><strong>Abb. 1: <\/strong>Karte von Madeira mit allen bisher gefahrenen CTD-Stationen (rote Punkte)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>\u201eUnsere\u201c CTD, von den Biologen bevorzugt auch \u201eWassersch\u00f6pfer\u201c genannt, wird seitlich aus dem Hangar herausgefahren, herabgelassen und misst in der Basisversion quasi kontinuierlich (mit 24 Hz) Leitf\u00e4higkeit (Salzgehalt), Temperatur und Druck (Tiefe) (<strong>C<\/strong>onductivity, <strong>T<\/strong>emperature, <strong>D<\/strong>epth), idealerweise hinunter bis zum Meeresboden. Dar\u00fcber hinaus werden Sauerstoffgehalt und Fluoreszenz gemessen, was eine Absch\u00e4tzung der biologischen Produktivit\u00e4t erm\u00f6glicht (siehe Blogeintr\u00e4ge zu \u201eMikrokreaturen\u201c von Nicole und Manfred). Als praktische Zugabe k\u00f6nnen mithilfe der 24 Niskin-Flaschen Wasserproben in verschiedenen Tiefen genommen werden (Manfred ist da nebenbei bemerkt mit Abstand unser bester Kunde). <\/p>\n\n\n\n<p>F\u00fcr Ozeanographen sind aber vor allem die kontinuierlichen Messungen von Temperatur und Salzgehalt von entscheidender Bedeutung, da wir daraus z.B. ableiten k\u00f6nnen, wie stabil das Wasser geschichtet ist oder woher Wassermassen und geostrophische Str\u00f6mungen kommen. Dies sind wichtige Informationen, die Rahmenbedingungen darstellen, die das lokale \u00d6kosystem stark beeinflussen. Um eine m\u00f6glichst hohe Genauigkeit der physikalischen Messungen zu erreichen, nehme ich auch selbst Wasserproben, allerdings \u201enur\u201c zur sp\u00e4teren Kalibrierung der verschiedenen Sensoren und nicht zur Analyse der darin enthaltenen kuriosen Lebewesen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full is-style-default\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1116\" height=\"837\" src=\"http:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-content\/uploads\/sites\/100\/2024\/02\/2024-02-28_Titration.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-212\"\/><figcaption><strong>2. <\/strong>Hier wird &#8220;gewinklert&#8221;: Per Titration wird der Sauerstoffgehalt von Wasserproben bestimmt. Die Ergebnisse werden verwendet, um die Messergebnisse der CTD-Sensoren zu kalibrieren, welche oftmals einen Offset haben. Foto: Marco Schulz<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Die meisten Eins\u00e4tze wurden bisher in K\u00fcstenn\u00e4he in einer Tiefe von 1500 Metern gefahren. Die folgende Abbildung zeigt eines unserer wertvollen Tiefseeprofile bis in eine Tiefe von fast 3300 Metern. Hier bilden die obersten 100m die so genannte \u201eDeckschicht\u201c (Mixed Layer), in welcher alle gemessenen Gr\u00f6\u00dfen durch den Wind gut durchmischt sind. . Wir beobachten, dass die Tiefe der Deckschicht variiert, aber grunds\u00e4tzlich &#8211; wie f\u00fcr die Wintermonate in diesen Breiten typisch &#8211; relativ m\u00e4chtig ist. An unserer ersten Station betrug die Deckschichttiefe sogar ca. 200 Meter!<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full is-resized is-style-default\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-content\/uploads\/sites\/100\/2024\/02\/2024-02-28_CTD-Profil.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-211\" width=\"427\" height=\"629\"\/><figcaption><strong>Abb.3: <\/strong>Ein beispielhaftes CTD-Profil vom 23. Februar s\u00fcdlich von Madeira, bis etwa 3300 Meter Tiefe. Enth\u00e4lt Fluoreszenz (gr\u00fcn), Sauerstoff (gelb), Salzgehalt (blau) und Temperatur (rot)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Temperatur (rot), Salz (blau), Sauerstoff (gelb) als auch Chlorophyll (gr\u00fcn) zeichnen praktisch vertikale Linien in das Diagramm. Interessanterweise bildet sich genau an bzw. unter der Deckschicht h\u00e4ufig ein Maximum an Chlorophyll, welches als Indikator f\u00fcr das Vorkommen von Phytoplankton dient (siehe wieder Nicoles und Manfreds Blog-Eintrag). Obwohl Phytoplankton grunds\u00e4tzlich autotroph, also auf Sonnenlicht angewiesen ist, kann es in dieser recht Tiefen Schicht mit sehr wenig Sonnenlicht \u00fcberleben. Ein Grund daf\u00fcr ist der erh\u00f6hte N\u00e4hrstoffgehalt in tieferen Schichten.<\/p>\n\n\n\n<p>Dar\u00fcber hinaus bildet die Pyknokline direkt unterhalb der Deckschicht eine starke physikalische Barriere f\u00fcr vertikale Vermischung und kann Organismen, die selbst nicht aktiv schwimmen k\u00f6nnen, praktisch \u201eeinsperren\u201c. Die Pyknokline ist die Schicht, in der die Dichte des Wassers mit der Tiefe (hier aufgrund des Temperaturgradienten) sehr schnell zunimmt. Diese Schichten beherbergen eine hohe Spannbreite an Temperatur- und Salzgehalten und werden auch Zentralwasser genannt. <\/p>\n\n\n\n<p>Um Wassermassen zu identifizieren, werden Temperaturen und Salzgehalte in einem sogenannten \u201eT-S Diagramm\u201c (wie in Abbildung 4) gegeneinander aufgetragen. In unserem Beispiel sieht man gut, dass das Wasser rund um Madeira zu einem gro\u00dfen Teil aus Nordatlantischem Zentralwasser (<strong>E<\/strong>astern <strong>N<\/strong>orth <strong>A<\/strong>tlantic <strong>C<\/strong>entral <strong>W<\/strong>ater) besteht. Dieses dominiert die Pyknokline im gro\u00dfen Nordatlantischen Wirbel und ist deutlich salzhaltiger als im S\u00fcdatlantik (vgl. <strong>E<\/strong>astern <strong>S<\/strong>outh <strong>A<\/strong>tlantic <strong>C<\/strong>entral <strong>W<\/strong>ater). In unserem Profil Nummer 41 (Abbildung 3) f\u00e4llt aber noch etwas anderes ins Auge. Auf etwa 1100 Metern Tiefe zeigt sich eine Nase mit noch einmal deutlich erh\u00f6htem Salzgehalt, die nicht so recht zum linear verlaufenden Zentralwasser zu passen scheint. Hier macht sich der Einfluss des Mittelmeerwassers (<strong>MW<\/strong>) bemerkbar, welches aufgrund der \u00fcberwiegend starken Verdunstung bei gleichzeitig wenig Niederschlag im Mittelmeerraum besonders hohe Salzgehalte mit sich bringt. Aufgrund dieses hohen Salzgehaltes manifestiert es sich trotz der warmen Temperaturen in gr\u00f6\u00dferen Tiefen um typischerweise 1100-1200 Meter. Wir sehen im T-S Diagramm aber auch, dass das Mittelmeerwasser im S\u00fcden von Madeira bereits etwas durchmischter, also weniger warm und salzhaltig als direkt am Ausgang des Mittelmeeres ist. Noch tiefer, was wir insbesondere bei unseren ausgedehnteren CTD-Stationen bis auf 3000 Meter und mehr gut beobachten k\u00f6nnen, findet sich das ber\u00fchmte Nordatlantische Tiefenwasser (<strong>N<\/strong>orth <strong>A<\/strong>tlantic <strong>D<\/strong>eep <strong>W<\/strong>ater). Dieses wird unter anderem durch Tiefenkonvektion im Nordatlantik gebildet und spielt eine zentrale Rolle f\u00fcr die globale thermohaline Zirkulation, und die gesamte Klimadynamik. Es ist f\u00fcr Tiefenwasser relativ \u201ejung\u201c und damit reich an Sauerstoff (wir sagen gerne \u201egut ventiliert\u201c) und bildet einen Kontrast zum Sauerstoffminimum, welches wir hier um Madeira auf etwa 800-900 Metern beobachten. Diese Minimumzone entsteht durch Respiration des abgesunkenen organischen Materials, z.B. von dem sonnenlichtabh\u00e4ngigen Phytoplankton in den obersten ~150 Metern. Im Vergleich mit den gro\u00dfen bekannten Sauerstoffminimumzonen im subtropischen Ost-Atlantik und -Pazifik, ist jedoch noch vergleichsweise reichlich Sauerstoff vorhanden.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full is-resized is-style-default\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-content\/uploads\/sites\/100\/2024\/02\/2024-02-28_Diagramm.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-210\" width=\"436\" height=\"353\"\/><figcaption><strong>Abb. 4: <\/strong>Das Temperatur-Salzgehalt Diagramm zu Profil 41 (Abb. 3). Mit den Buchstaben sind die typischen Temperatur- und Salzwerte bekannter Wassermassen markiert (siehe Text).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Nun kennen wir das Profil einer CTD-Station etwas genauer. Im Grunde ist dieses sogar ziemlich repr\u00e4sentativ f\u00fcr die \u00fcbrigen 44. Die Frage, warum Anton und ich wie die Wahnsinnigen weiter \u201eCTDs fahren\u201c, bleibt also noch unbeantwortet. Wenn wir jedoch genauer hinschauen, sehen wir, dass die Temperatur- und Salzprofile nicht komplett \u201eglatt\u201c verlaufen. Tats\u00e4chlich entdecken wir kleine wellenf\u00f6rmige Abweichungen. Messungenauigkeiten? Nein. Es sind <strong>interne Wellen<\/strong>, die die Profile lebendig machen. Interne Wellen k\u00f6nnen in jedem stratifizierten Medium auftreten, also Fluide, in denen die Dichte nicht konstant ist. Es gibt zwei r\u00fcckstellende Kr\u00e4fte, die auf interne Wellen im Ozean wirken: Gravitation und die Corioliskraft. Hauptantriebe f\u00fcr interne Wellen sind die Gezeiten (wie Ebbe und Flut), dicht gefolgt von Wind. Wir wissen, dass interne Wellen eine entscheidende Rolle f\u00fcr den Energietransport im Ozean spielen. Wie gew\u00f6hnliche Oberfl\u00e4chenwellen, k\u00f6nnen auch interne Wellen brechen. Wenn sie das tun, findet Vermischung statt. Das wiederum kann N\u00e4hrstoffe transportieren und dadurch die biologische Produktivit\u00e4t beeinflussen. Die Wechselwirkung von internen Wellen mit Topographie (d.h. Inseln wie Madeira) und Str\u00f6mungen ist sehr komplex und noch nicht vollumf\u00e4nglich verstanden. Durch eine hohe Anzahl an Stationen zu verschiedenen Zeiten (und Gezeitenstadien) erhalten wir eine bessere r\u00e4umliche und zeitliche Aufl\u00f6sung des internen Wellenfeldes und k\u00f6nnen die Prozesse besser verstehen. Deswegen sind wir z.B. Fans von sogenannten \u201eJo-Jo-CTDs\u201c. Wie bei einem echten Jo-Jo fahren wir die CTD an ein- und derselben Stelle mehrfach direkt hintereinander auf- und ab.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full is-resized is-style-default\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-content\/uploads\/sites\/100\/2024\/02\/2024-02-28_Jo-Jo-CTDs.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-216\" width=\"427\" height=\"617\"\/><figcaption>Abb. 5: Eine unserer &#8220;Jo-Jo CTD&#8217;s&#8221;. Wie Abbildung 3, allerdings sechs CTD-Profile \u00fcbereinander geplottet.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>In der obigen Abbildung haben wir sechs direkt aufeinander folgende Profile eines \u201eJo-Jos\u201c \u00fcbereinander geplottet. Man erkennt, dass die Profile auf manchen Tiefen mehr voneinander abweichen, und auf anderen wieder nicht (Knotenpunkte). Den imposantesten Einfluss nehmen interne Wellen auf die Deckschichttiefe, diese kann alleine dadurch innerhalb von Minuten um mehrere zehn Meter variieren.<\/p>\n\n\n\n<p>Besonderer Nervenkitzel kommt auf, wenn zur \u201eEddy-Jagd\u201c aufgerufen wird. Das klingt jetzt martialischer, als es gemeint ist. Eddies sind ozeanische Wirbel, die rund um Madeira einen Durchmesser von ca. 50 Kilometern erreichen, mit der Topographie (Inseln) sowie internen Wellen interagieren und bekannterma\u00dfen die Biodiversit\u00e4t beeinflussen k\u00f6nnen. Sie entstehen \u00fcber einen Zeitraum von Tagen \/ Wochen und sind leider kaum vorhersagbar. Daher checken wir t\u00e4glich Satelliten- und Modelldaten f\u00fcr die Region, um ein m\u00f6gliches Feature zu identifizieren, und falls m\u00f6glich, in situ mit dem Schiff zu beproben. Starke Eddies k\u00f6nnen ein Signal in der Meeresh\u00f6he, den Oberfl\u00e4chentemperaturen und im Chlorophyll erzeugen. <\/p>\n\n\n\n<p>Unsere Kollegen vom Ozeanographischen Institut Madeira unterst\u00fctzen uns vor Ort mit regionalen Satelliten- und Modelldaten (siehe <a href=\"https:\/\/oomdata.arditi.pt\/msm126\/\">https:\/\/oomdata.arditi.pt\/msm126\/<\/a> ). Es ist insgesamt beeindruckend, wie gut die Zusammenarbeit an Bord und dar\u00fcber hinaus funktioniert! In der Nacht vom 13. auf den 14. Februar fand bereits eine \u201eEddy-Jagd\u201c statt. Allerdings war das Satellitensignal schwach und dementsprechend konnten wir vor Ort mit unserem schiffseigenen ADCP (das Ozeanstr\u00f6mungen bis in knapp 1000 Meter Tiefe misst) keinen starken, koh\u00e4renten Wirbel nachweisen.(Randbemerkung: Es wurde dabei aber ein anderes spannendendes feature (mutma\u00dflich eine kr\u00e4ftige interne Welle) in der Deckschicht ausgemacht, welches wir nun analysieren.)<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full is-style-default\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"558\" height=\"397\" src=\"http:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-content\/uploads\/sites\/100\/2024\/02\/2024-02-28_Eddy-hunt.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-215\"\/><figcaption>Abb. 6: Eddy hunt! Der Plan zum \u201espontanen\u201c Vermessen des potentiellen Wirbels. Es bot sich ein schwaches Satellitensignal f\u00fcr eine negative Anomalie im Meeresspiegel (blaue Konturen). Die rote Linie gibt den geplanten Track und die lila Dreiecke die geplanten CTD-Stationen an.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>In einem der n\u00e4chsten Blogeintr\u00e4ge wollen wir euch beweisen, dass unsere lieb gewonnene CTD dank raffinierter Tunings, unter anderem mit hochaufl\u00f6senden Kamerasystemen, rein \u201eobjektiv\u201c etwas ganz Besonderes ist. Dann kl\u00e4ren wir auf, warum auch Anton, obwohl er kein physikalischer Ozeanograph ist, gerne \u201eJo-Jos\u201c f\u00e4hrt, und es gibt endlich wieder Fotos von Wassertierchen!<\/p>\n\n\n\n<p>Viele Gr\u00fc\u00dfe von Bord der MARIA S. MERIAN,<\/p>\n\n\n\n<p>Marco Schulz und Anton Theileis<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Anton und ich bringen soeben CTD-Cast Nummer 45 an das Tageslicht. W\u00e4hrend wir gerade wieder einmal mit viel Enthusiasmus frisch gezapfte Flaschen durchsch\u00fctteln, meine ich, ein nett gemeintes, aber deutliches Kopfsch\u00fctteln bei Jamileh erkennen zu k\u00f6nnen, als sie uns ein Guten Morgen zul\u00e4chelt. Das denken sich hier scheinbar alle: Bereits 45 CTD-Eins\u00e4tze? Und viele davon [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":250,"featured_media":208,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3,5],"tags":[],"class_list":["post-207","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-auf-see","category-ozeanbeobachtung"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/207","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/users\/250"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=207"}],"version-history":[{"count":9,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/207\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":224,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/207\/revisions\/224"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/media\/208"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=207"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=207"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/msm126\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=207"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}