{"id":61,"date":"2020-08-15T10:54:59","date_gmt":"2020-08-15T08:54:59","guid":{"rendered":"http:\/\/www.oceanblogs.org\/omax\/?p=61"},"modified":"2020-08-22T19:03:24","modified_gmt":"2020-08-22T17:03:24","slug":"an-introduction-to-smart","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/omax\/2020\/08\/15\/an-introduction-to-smart\/","title":{"rendered":"An introduction to SMART"},"content":{"rendered":"\n

(F\u00fcr die deutsche Version bitte runterscrollen)<\/em><\/p>\n\n\n\n

On Thursday, 14th of August 2020, R\/V Sonne, one of Germany\u2019s largest research vessels departs from Emden (Germany), towards Sicily and Malta in the Mediterranean Sea starting the OMAX cruise. During the cruise a team of scientists from GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel in cooperation with the University of Malta will conduct geophysical, geochemical, and geological as well as geodetic measurements in the framework of the MAPACT ETNA (Monitoring and Mapping active deformation of Mount Etna) and SMART (Sustainable Management of Offshore Groundwater Resources)<\/a> projects.<\/p>\n\n\n\n

Firstly, the scientists will conduct measurements and surveys offshore Sicily in connection with the MAPACT ETNA project before continuing towards Malta to investigate offshore groundwater aquifers as a key component of the SMART project. Before steaming back towards Emden in October, the R\/V Sonne <\/em>will return to Sicily to collect OBS\u2019s (Ocean Bottom Seismometer) data. For more information, check out the “About OMAX” page.<\/p>\n\n\n\n

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As an introduction to the cruise and the SMART project, we are very happy to present an interview with the SMART project leader Dr. Bradley Weymer (GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel) answering key questions about the project and further explaining objectives as well as describing the role and importance of the upcoming OMAX (SO277) cruise for the SMART project.<\/p>\n\n\n\n

Dr. Weymer, what are the main objectives within the SMART project and what is the role of the OMAX cruise?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

The SMART project is funded by the Helmholtz European Partnering Initiative<\/em> and supports the cooperation between GEOMAR and the University of Malta. The first aim of the project is to develop cutting edge technology and best practice guides to identify offshore groundwater occurrence in the seafloor by combining geophysical imaging techniques and geochemical methods, designed to focus on submarine groundwater discharge (SGD). The second objective is to integrate hydrogeological models, based on results from the combined geophysical and geochemical data. Those models help to evaluate whether these offshore aquifers could be used sustainably to serve as a long term alternative freshwater resource and to estimate the impact of climate change on these groundwater bodies. This topic is of great relevance to society since many coastal communities encounter severe freshwater scarcity. The presence of large offshore groundwater resources around the globe has been predicted by hydrogeological modelling and was locally observed for example through seafloor groundwater seeps and findings of salinity anomalies in seafloor boreholes. However, currently we are lacking a coherent approach in directly imaging and geochemically sampling these offshore groundwater bodies and providing important constraints for hydrogeological modelling.<\/p>\n\n\n\n

Within SMART we are developing these technologies and will test them off Malta.<\/p>\n\n\n\n

What is so unique about the SMART project?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

This cruise will be the first detailed study of an offshore carbonate aquifer system, while all previous studies have focused on shelf areas where the seafloor consists mostly of sand and gravel. This study is also the first in which methods from different disciplines (geology, geophysics and geochemistry) are combined from the start to address the same problem from different perspectives.<\/p>\n\n\n\n

Why are offshore aquifers important for society?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

When most people go to the beach and gaze upon the open ocean, they don\u2019t think about the possibility of freshwater beneath the seafloor. But in the geologic past, for example during the last glacial period (about 20,000 years ago) when sea levels were much lower than today, the coastline extended much further offshore – in some places hundreds of kilometres. If we employ key geologic principles, like \u201cthe key to the present is the past\u201d, then well-understood hydrologic processes such as rain water infiltrating the ground and replenishing coastal groundwater aquifers, that we observe today, must have happened before. Bearing this in mind, one can imagine that rainwater likely created vast reserves of groundwater along ancient coastlines around the world. Because sea levels were rising, these reserves of groundwater that were emplaced in the past are now beneath the sea. Although we know that there is offshore groundwater in many places throughout the world, we are still in the very early stages of understanding exactly how they formed, how large the aquifers systems are, what are the dynamics of the system, and whether or not they are connected to present-day onshore (terrestrial) aquifers. These fundamental scientific questions are the motivation for our research cruise to address the overarching goals of SMART.<\/p>\n\n\n\n

Why is the focus on Malta?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Malta is an island nation which is one of the most water deprived countries in the world and whose geological setting is representative for a large part of the Mediterranean coast.
It’s climate is very dry and the island is rapidly becoming overpopulated. As a result, the country is facing severe challenges that, without innovative technologies and sustainable management solutions, will likely worsen in the near future. Malta relies heavily on desalination, but given recent evidence that there is groundwater offshore how this vital resource may be used sustainably to help decrease freshwater shortages. <\/p>\n\n\n\n

What are your thoughts on the cruise?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

It\u2019s a very challenging cruise because we are combining different technologies that individually only solve a small piece of the puzzle. But, by combining different techniques we have the unique opportunity of putting together many of the puzzle pieces in one research cruise. Among them are geophysical methods like CSEM (controlled source electromagnetics), AUV (autonomous underwater vehicle) dives, seismics, geochemical methods such as CTD (conductivity, temperature, depth) and water sample analysis as well as geological sampling that will come together for this project.<\/p>\n\n\n\n

It is going to be exciting, but that\u2019s the lure of science. Sometimes you get lucky and sometimes you need to keep digging.<\/p>\n\n\n\n

What are we looking for and what gives us clues about the possible presence of offshore groundwater?<\/strong> <\/p>\n\n\n\n

Seismic data alone cannot determine the presence of groundwater beneath the seafloor. But coupled with CSEM as a complimentary geophysical mapping tool, we can unravel the broader picture of the overall location and geometry of offshore groundwater reserves. In this way, marine geophysics can be viewed as an addition to the geochemical sampling efforts and help identify the most likely locations for groundwater seepage sites, which offer a window into the aquifer system. This seems like the metaphoric \u201cneedle in the haystack,\u201d but since we have the advantage of making the haystack smaller, we have a much better chance of finding the needle.  <\/p>\n\n\n\n

What is done with the collected data onboard?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

During the cruise we have the capabilities of processing the data nearly in real-time, giving us a sense of where we might find any direct indication of groundwater. Once we determine the most promising targets, we will use this information to assist the geochemical team to focus their sampling efforts at seepage sites in order to determine the salinity, age, and possible origin of the groundwater system.<\/p>\n\n\n\n

What effects did the Covid-19 pandemic have on the OMAX cruise?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Our initial plan was to conduct two shorter cruises, but given the unforeseen challenges with Covid-19, we had to modify our plans. So we combined these cruises with an additional previously scheduled cruise (MAPACT ETNA) into one expedition. Normally, such a cruise would be planned over the course of many months or years, but here we had to act on the spot. Luckily, we already had all the necessary documents, permits and forms and were ready to start carrying out measurements offshore Malta and Sicily from that perspective.<\/p>\n\n\n\n

I think all things considered we have been very fortunate. Originally, our cruise was scheduled for the end of this year onboard the R\/V<\/em> METEOR<\/em>, which may or may not have been the ideal time to go. During the winter months the Mediterranean Sea often gets quite rough which makes proper surveying difficult. On the other hand, the rainy season which normally occurs between November and February, will likely recharge any offshore groundwater aquifers.
In any way, the OMAX cruise will give us valuable insights on the overall dynamics of the Maltese offshore groundwater system and will greatly improve our future research efforts to address these and new research questions.<\/p>\n\n\n\n

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The interview has been edited with Dr. Weymer\u2019s consent.<\/p>\n\n\n\n

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Dr. Weymer is a postdoctoral researcher with focus on coastal geology and has experience in investigating coastal systems ranging from the beaches of Canterbury plains in New Zealand to the barrier islands in the south of Texas, USA. He participated in eight International Ocean Discovery Program (IODP) expeditions and the National Gas Hydrate Program of India (NHGP) onboard the scientific drilling ship D\/V Joides Resolution. Since 2017 he works at GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel, first in the MARCAN project and now as a project leader of the SMART.<\/p>\n\n\n\n

Authors and Photography: Johanna Klein, Thore Sager, Helene Hilbert, Anina-Kaja Hinz<\/em><\/p>\n\n\n\n

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Am Donnerstag, den 14. August 2020 nimmt die FS Sonne<\/em>, eines von Deutschlands gr\u00f6\u00dften Forschungsschiffen, im Rahmen der OMAX-Expedition von Emden aus Kurs Richtung Sizilien und Malta im Mittelmeer. W\u00e4hrend der Fahrt wird ein Team von Wissenschaftler*innen des GEOMAR Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Ozeanforschung Kiel<\/em> in Kooperation mit der Universit\u00e4t Malta geophysikalische, geochemische, geologische sowie geod\u00e4tische Messungen in Zusammenhang mit dem MAPACT ETNA (Monitoring and mAPping ACTive deformation of Mount ETNA) und SMART (Sustainable MAnagement of offshore gRoundwaTer resources) Projekt durchf\u00fchren.
Weitere Informationen zu diesen Projekten befinden sich auf der “About SO277” Seite.<\/p>\n\n\n\n

Zun\u00e4chst werden Untersuchungen und Messungen vor der K\u00fcste Siziliens in Zusammenhang mit dem MAPACT Projekt vorgenommen. Danach geht die Reise weiter nach Malta, um dort Offshore-Grundwasserspeicher zu untersuchen. Vor der R\u00fcckkehr nach Emden im Oktober, wird die FS Sonne<\/em> noch einmal Kurs auf Sizilien nehmen, um vor Ort Daten von Ozeanbodenseismometer (OBS) aufzuzeichnen.<\/p>\n\n\n\n

Wir freuen uns, dass wir Dr. Bradley Weymer (GEOMAR Helmholtz Zentrum f\u00fcr Ozeanforschung Kiel<\/em>), den SMART Projektleiter, f\u00fcr ein Interview gewinnen konnten und er als Einleitung f\u00fcr die Expedition und das SMART Projekt selbst einige wesentliche Schl\u00fcsselfragen beantwortet. Weiterhin werden die Ziele und die Rolle der OMAX (SO277) Expedition f\u00fcr das SMART Projekt diskutiert.<\/p>\n\n\n\n

Dr. Bradley Weymer, was sind die wesentlichen Ziele innerhalb des SMART Projektes und welche Rolle spielt die OMAX Expedition?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Das SMART Projekt wird von der Helmholtz European Partner Initiative<\/em> finanziert, die eine Zusammenarbeit zwischen dem GEOMAR<\/em> und der Universit\u00e4t Malta f\u00f6rdert. Das Hauptziel des Projektes ist es, optimale Verfahren zur  Erkundung von Offshore-Grundwasserspeichern im Meeresboden mittels verschiedener geophysikalischer Bildgebungsverfahren und geochemischer Untersuchungen zu erarbeiten. Dabei liegt der Fokus auf untermeerischem Grundwasseraustausch. Ein anderes wichtiges Ziel ist die Erstellung hydrologischer Modelle aufgrund dieser Daten. Die Modelle sollen bei der Auswertung helfen, ob Offshore-Grundwasserspeicher als alternative Frischwasserquelle langfristig und nachhaltig genutzt werden k\u00f6nnen und inwiefern der Klimawandel diese Grundwasserreservoirs beeinflusst. Da viele K\u00fcstenorte unter Frischwasserknappheit leiden, ist dieses Thema von gro\u00dfer gesellschaftlicher Relevanz. Das weltweite Vorkommen von gro\u00dfen Grundwasserreservoirs im Offshore-Bereich wurde von hydrologischen Modellen vorhergesagt und bereits vereinzelt beobachtet, beispielsweise durch Grundwasseraustritte am Meeresgrund und das Auffinden von Salzwasseranomalien in Bohrl\u00f6chern am Meeresboden. Jedoch fehlt derzeit ein schl\u00fcssiges Konzept f\u00fcr den direkten Nachweis der Offshore-Grundwasserk\u00f6rper, welches wichtige Rahmenbedingungen f\u00fcr die hydrologische Modellierung liefert.<\/p>\n\n\n\n

Innerhalb des SMART Projektes entwickeln wir diese Techniken und testen sie vor Malta.<\/p>\n\n\n\n

Was ist so einzigartig an dem SMART Projekt?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Expedition ist die erste detaillierte Studie \u00fcber Offshore-Wasserleitersysteme in Karbonatgestein, w\u00e4hrend alle bisherigen Studien sich auf K\u00fcstenbereiche beschr\u00e4nkten, deren Meeresboden zum gr\u00f6\u00dften Teil aus Sand und Kies besteht. Diese Studie ist also die erste, die Methoden aus unterschiedlichen Disziplinen (Geologie, Geophysik und Geochemie) vereint, um ein bestimmtes Problem von Beginn an aus unterschiedlichen Perspektive zu betrachten.<\/p>\n\n\n\n

Warum sind Offshore-Wasserleiter so wichtig f\u00fcr die Gesellschaft?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wenn die meisten Menschen zum Strand gehen und auf das offene Meer blicken, dann denken sie nicht an die M\u00f6glichkeit von Frischwasservorkommen unterhalb des Meeresbodens. Aber in der geologischen Vergangenheit, z.B. w\u00e4hrend der letzten Eiszeit (vor ungef\u00e4hr 20.000 Jahren), war der Meeresspiegel deutlich tiefer als heute und die damalige K\u00fcstenlinie erstreckte sich viel weiter in das heutige Meer hinein\u2013 stellenweise sogar einige hunderte Kilometer. Wenn wir geologische Schl\u00fcsselprinzipien wie \u201edie Gegenwart ist der Schl\u00fcssel zur Vergangenheit\u201c anwenden, dann k\u00f6nnen wir annehmen, dass gut verstandene hydrologische Prozesse von Heute, wie das Einsickern von Regenwasser und Auff\u00fcllen der Grundwasserspeicher entlang der K\u00fcste, auch damals stattfanden. Daher kann man sich durchaus vorstellen, dass Regenwasser wahrscheinlich weltweit weitreichende Grundwasservorkommen entlang der ehemaligen K\u00fcstenlinie gebildet hat. Da die Meeresspiegel \u00fcber die vergangenen tausend Jahre gestiegen ist, liegen diese in der Vergangenheit entstandenen Grundwasserreservoire nun meerseitig der heutigen K\u00fcstenlinie. Obwohl wir wissen, dass Offshore-Grundwasser an vielen Orten auf der Welt vorhanden ist, haben wir nur ein rudiment\u00e4res Verst\u00e4ndnis dar\u00fcber, wie diese Vorkommen gebildet werden, wie sie verlaufen, \u00fcber die Dynamik der Systeme und ob sie mit den heutigen Wasserleitern an Land verbunden sind. Diese grundlegenden wissenschaftlichen Fragen sind die Motivation f\u00fcr unsere Expedition, um die \u00fcbergeordneten Ziele des SMART Projektes zu erreichen.<\/p>\n\n\n\n

Warum liegt der Fokus auf Malta?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Malta ist ein Inselstaat mit sehr trockenem Klima und eines der wasser\u00e4rmsten L\u00e4nder der Welt, welches zugleich geologisch repr\u00e4sentativ f\u00fcr gro\u00dfe Teile der Mittelmeerk\u00fcsten ist.
Da zudem die Inselbev\u00f6lkerung stark w\u00e4chst, sieht sich das Land mit der gro\u00dfen Herausforderung zunehmender Wasserknappheit konfrontiert. Dieser wird sich ohne innovative technologische Entwicklungen und einer nachhaltigen L\u00f6sungsstrategie in naher Zukunft weiter versch\u00e4rfen.
Malta ist heutzutage stark abh\u00e4ngig von Meerwasserentsalzung, doch k\u00f6nnte ein Nachweis von Grundwasser im Offshore-Bereich der Insel dazu f\u00fchren, den Wassermangel durch nachhaltige Planung zu verringern. Hierzu m\u00fcssen wir jedoch zun\u00e4chst feststellen, ob und wie viel Grundwasser vorhanden ist.<\/p>\n\n\n\n

Was f\u00fcr Gedanken machst du dir \u00fcber die Forschungsfahrt?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Es ist eine sehr herausfordernde Expedition, weil so viele unterschiedliche Verfahren und Technologien kombiniert werden, die jeweils ein St\u00fcck zum Puzzle beitragen. Durch das Zusammenspiel der verschiedenen Methoden haben wir die einzigartige Gelegenheit, viele Teile innerhalb einer Ausfahrt zusammen zu f\u00fcgen.
Darunter befinden sich geophysikalische Methoden wie das CSEM (Elektomagnetik mit gesteuerter Quelle – controlled source electromagnetics) und Seismik. Des weiteren finden geochemische Methoden wie CTD (conductivity, temperature, depth \u2013 Leitf\u00e4higkeit, Temperatur, Tiefe) Messungen Anwendung, sowie die Entnahme geologischer Bodenproben und Tauchg\u00e4nge mit AUV (autonomous  underwater vehicles \u2013 autonomes Unterwasserfahrzeuge).<\/p>\n\n\n\n

Es wird aufregend, aber das ist ja auch das Verlockende an der Wissenschaft. Manchmal hat man direkt Gl\u00fcck und manchmal muss man eben einfach dranbleiben.<\/p>\n\n\n\n

Wonach genau sucht ihr und was gibt euch Hinweise \u00fcber das m\u00f6gliche Vorhandensein von Offshore-Grundwasser?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Seismische Daten allein k\u00f6nnen keine Auskunft \u00fcber das Vorhandensein von Grundwasser unterhalb des Meeresbodens geben. Aber zusammen mit elektromagnetischen Daten als komplement\u00e4res geophysikalisches Erkundungsverfahren, erhalten wir einen genaueren \u00dcberblick \u00fcber die Position und den Aufbau der Offshore-Grundwasserreserven.
Sobald wir ein Erfolg versprechendes Ziel gefunden haben, werden wir mit den Informationen das geochemische Team unterst\u00fctzen, um eine erfolgreiche Probennahme an Grundwasseraustrittsstellen zu erm\u00f6glichen. Diese Proben werden dann auf ihren Salzgehalt, Alter und den m\u00f6glichen Ursprung des Grundwassersystems untersucht.<\/p>\n\n\n\n

Welchen Einfluss hatte die Covid-19 Pandemie auf die OMAX Expedition?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Urspr\u00fcnglicher hatten wir zwei kleinere Forschungsfahrten geplant, aber durch die unvorhersehbaren Herausforderungen durch die Covid-19 Pandemie mussten wir unsere Pl\u00e4ne \u00e4ndern. Daher haben wir nun beide Forschungsfahrten mit der zuvor festgesetzten MAPACT ETNA Expedition zusammengelegt. Normalerweise w\u00fcrde eine solche Expedition \u00fcber Monate oder Jahre im Voraus geplant werden, aber wir mussten augenblicklich handeln. Gl\u00fccklicherweise hatten wir alle notwendigen Dokumente, Bescheinigungen und Erlaubnisse vorliegen und waren somit bereit, jederzeit unsere Messungen vor Malta und Sizilien zu beginnen.<\/p>\n\n\n\n

Im Gro\u00dfen und Ganzen hatten wir Gl\u00fcck. Eigentlich war unsere Forschungsfahrt f\u00fcr das Ende des Jahres mit der FS Meteor<\/em> angesetzt. Dies w\u00e4re vielleicht der geeignetere Zeitpunkt gewesen. Allerdings wird das Mittelmeer w\u00e4hrend der Wintermonate h\u00e4ufig sehr st\u00fcrmisch, wodurch Messungen schwieriger werden. Andererseits w\u00e4ren die Wintermonate durch die erh\u00f6hte Niederschlagsrate gut geeignet, weil wir annehmen, dass dadurch einige Offshore-Grundwasservorkommen aufgef\u00fcllt werden.
Die OMAX Expedition wird uns wertvolle Erkenntnisse \u00fcber das hydrodynamische System vor Malta liefern und unsere zuk\u00fcnftigen Anstrengungen in Bezug auf dieses Forschungsfeld ankurbeln. Dadurch werden sich neue wissenschaftliche Fragestellungen ergeben.<\/p>\n\n\n\n

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Dieses Interview wurde mit Zustimmung von Dr. Bradley Weymer \u00fcberarbeitet.<\/p>\n\n\n\n

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Dr. Weymer ist ein Postdoktorand und setzt seinen Fokus auf K\u00fcstengeologie. Er hat bereits Erfahrungen im Bereich der Untersuchung von K\u00fcstensystemen gesammelt – von den Canterbury Plains in Neuseeland bis zu den vorgelagerten Inseln im S\u00fcden von Texas (USA). Des Weiteren hat er an acht Expeditionen im Rahmen des International Ocean Discovery Program (IODP) <\/em>und dem indischen National Gas Hydrate Program (NGHP)<\/em> an Bord der D\/V Joides Resolution <\/em>teilgenommen. Seit 2017 arbeitet er am GEOMAR Helmholtz Zentrum f\u00fcr Ozeanforschung<\/em> Kiel, zun\u00e4chst im MARCAN Projekt und nun auch als Projektleiter im SMART Projekt.<\/p>\n\n\n\n

Authors and Photography: Johanna Klein, Thore Sager, Helene Hilbert, Anina-Kaja Hinz<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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