{"id":65,"date":"2022-07-19T09:52:10","date_gmt":"2022-07-19T08:52:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/where-the-baltic-sea-touches-the-sky\/?p=65"},"modified":"2022-07-22T07:33:18","modified_gmt":"2022-07-22T06:33:18","slug":"surfactants-are-ubiquitous","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/where-the-baltic-sea-touches-the-sky\/2022\/07\/19\/surfactants-are-ubiquitous\/","title":{"rendered":"Surfactants are ubiquitous!"},"content":{"rendered":"\n

***deutsche Version siehe weiter unten***<\/p>\n\n\n\n

Teaser: Scientists are concerned about surface active compounds (known as surfactants) in any air-sea exchange processes nowadays. During our ongoing research in the Baltic Sea, scientists from IOW and GEOMAR came together on RV<\/em> EMB295 to address the question of how surfactants in surface seawater of the Baltic Sea control the rate at which carbon dioxide (CO2<\/sub>) and other climate active trace gases crosses the boundary between atmosphere and ocean.<\/p>\n\n\n\n

In general, surfactants are special molecules that can facilitate binding of different chemical compounds that they do not naturally bind together. So, surfactants in the ocean can bind air and water molecules together, reduce surface tension and its vorticity and control gas transfer velocity (k<\/em>) and air-sea exchange as the consequences.<\/p>\n\n\n\n

In the oceans biological-derived surfactants in the form of soluble and non-soluble are produced via phytoplankton production, zooplankton grazing and bacterial degradation but they control exchange processes in the different way.  While non-soluble surfactants form a monolayer physical barrier (like a blanket on the sea surface) and impedes molecular diffusion across the surface, soluble surfactants on the other hand, may exert greater control on air-sea exchange as they reform more quickly at the surface boundary after surface disruption by waves\/winds.<\/p>\n\n\n\n

Surfactants can also reduce the mixing in the boundary layer of the ocean by flattening the capillary waves caused by wind blowing across the surface. With less mixing, the very surface water becomes rich in CO2<\/sub> and other trace gases and the rate at which the gas is absorbed by the Sea reduces.<\/p>\n\n\n\n

Josi and myself job on board EMB295 cruise is to investigate quantification, and biogenic characterization of the sea surface microlayer. To do that, twice per day at 6am and 6pm, we take samples of the very thin sea surface layer by deploying glass plate from the ship\u2019s rubber boat (Figure 1) or Garrett screen from the bow of the mother ship (Figure 2). We also take samples from the reference water i.e. 1m depth using a Niskin bottle manually.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 1. Sea surface microlayer sampling with glass plates on the rubber boat.<\/em> Left: Josefine Karnatz (GEOMAR). Right: Mathis Bj\u00f6rner (IOW).<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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Figure 2: Deployment of Garrett Screen from the bow of RV EMB<\/em>.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

The catamaran and underlying net was also deployed at every designated stations to sample the sea surface and the reference depth (Figure 3).<\/p>\n\n\n\n

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Figure 3: Catamaran sea surface sampling.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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Figure 4: Sampling of 1m reference water by the ULW net<\/em>.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

So, our task is not a simple one. It is very hard to capture water from the very surface layer of the ocean when the surface is moving and you are standing on a ship\/boat which is also moving. The ship itself is not free of surfactants and there is a risk of contaminating samples, so great care needs to be taken with the way water samples are captured and stored. We also monitor the sea surface during sampling like how wavy is the surface, any breaking waves that generate bubbles or any phytoplankton bloom (Figure 5).<\/p>\n\n\n\n

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Figure 5: Phytoplankton bloom during sea surface sampling<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

All the collected samples will be analysed for several parameters including surfactant activity, colored and florescence dissolved organic matter (C\/FDOM), nutrients, chlorophyll, total amino acids, total sugars, total organic carbon, gel particles (TEP and CSP), bacteria, phytoplankton, viruses and micro-phytoplankton.<\/p>\n\n\n\n

We hope with combining our generated data with data from other research group on board, we can determine to what extent surfactants may control air-sea gas exchange in the Baltic Sea during productive months.\u00a0 As the cruise is about to an end and everyone is getting busy with packing, we will miss all those good and challenging days we had over the last three weeks and we hope to get together in a closed future to present some of the interesting results we managed to generate on this challenging expedition.<\/p>\n\n\n\n

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Figure 6: Josi (left) and Bita (right) after putting all the catamaran peices together.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Text: Bita Sabbaghzadeh (IOW) and Josefine Karnatz (GEOMAR)<\/p>\n\n\n\n

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Deutsche Version:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Oberfl\u00e4chenaktive Substanzen! Sie sind \u00fcberall!!!<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Seit einiger Zeit besch\u00e4ftigen sich Wissenschaftler mit den oberfl\u00e4chenaktiven Substanzen bei allen Austauschprozessen zwischen Luft und Meer. Im Rahmen unserer laufenden Forschungsarbeiten in der Ostsee haben sich Wissenschaftler des IOW und des GEOMAR auf FS EMB295 mit der Frage besch\u00e4ftigt, wie oberfl\u00e4chenaktive Verbindungen in der Ostsee die Geschwindigkeit steuern, mit der Kohlendioxid (CO2<\/sub>) und andere klimaaktive Spurengase die Grenze zwischen Atmosph\u00e4re und Ozean \u00fcberschreiten.<\/p>\n\n\n\n

Bei oberfl\u00e4chenaktiven Substanzen handelt es sich im Allgemeinen um spezielle Molek\u00fcle, die die Bindung verschiedener chemischer Verbindungen erleichtern k\u00f6nnen, die von Natur aus nicht miteinander verbunden sind. So k\u00f6nnen oberfl\u00e4chenaktive Substanzen im Ozean Luft- und Wassermolek\u00fcle aneinanderbinden, die Oberfl\u00e4chenspannung und ihre Wirbelst\u00e4rke verringern und als Folge davon die Gas\u00fcbertragungsgeschwindigkeit (k) und den Luft-Meer-Austausch steuern.<\/p>\n\n\n\n

In den Ozeanen werden biologisch hergestellte l\u00f6slichen und unl\u00f6slichen oberfl\u00e4chenaktive Substanzen durch Phytoplanktonproduktion, Zooplanktonfra\u00df und bakteriellen Abbau produziert, aber sie steuern Austauschprozesse auf unterschiedliche Weise.  W\u00e4hrend unl\u00f6sliche oberfl\u00e4chenaktive Substanzen eine einschichtige physikalische Barriere (wie eine Decke auf der Meeresoberfl\u00e4che) bilden und die Molek\u00fcldiffusion \u00fcber die Oberfl\u00e4che behindern, k\u00f6nnen l\u00f6sliche oberfl\u00e4chenaktive Substanzen den Austausch zwischen Luft und Meer st\u00e4rker beeinflussen, da sie sich nach einer St\u00f6rung der Oberfl\u00e4che durch Wellen\/Wind schneller an der Grenzfl\u00e4che neu bilden.<\/p>\n\n\n\n

Oberfl\u00e4chenaktive Substanzen k\u00f6nnen auch die Durchmischung der Grenzschicht zwischen Atmosph\u00e4re und Meer verringern, indem sie die Kapillarwellen abflachen, die durch den Wind \u00fcber die Oberfl\u00e4che geblasen werden. Durch die geringere Durchmischung reichert sich im Oberfl\u00e4chenwasser CO2<\/sub> und anderen Spurengasen, und die Geschwindigkeit, mit der das Gas vom Meer absorbiert wird, nimmt ab.<\/p>\n\n\n\n

Josi und ich haben an Bord der EMB295 die Aufgabe, die Quantifizierung und biogene Charakterisierung der Mikroschicht der Meeresoberfl\u00e4che zu untersuchen. Daher nahmen wir zweimal t\u00e4glich um 6 Uhr morgens und um 18 Uhr abends Proben der sehr d\u00fcnnen Meeresoberfl\u00e4chenschicht, indem wir die Wasseroberfl\u00e4che mit Hilfe von Glasplatten vom Arbeitsboot beprobten (Abbildung 1) bzw. den Garrett-Screen vom Bug des Mutterschiffes einsetzen (Abbildung 2). Zudem nahmen wir Wasserproben mit einer manuellen Niskin-Flasche aus dem Referenzwasser aus 1 m Tiefe.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 1: Beprobung der Mikroschicht der Meeresoberfl\u00e4che mit Glasplatten auf dem Arbeitsboot. <\/em>Links: Josefine Karnatz (GEOMAR). Rechts: Mathis Bj\u00f6rner (IOW).<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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Abbildung 2: Einsatz des Garrett-Screens vom Bug des FS EMB aus.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Mit Hilfe der Crew wurde zweimal t\u00e4glich einen Katamaran (Abbildung 3) und ein ULW (underlying water) Netz (Abbildung 4) ausgesetzt, um Proben vom Oberfl\u00e4chenwasser und einer Referenztiefe von 1 m zu nehmen.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 3: Probennahme von Oberfl\u00e4chenwasser mit Katamaran.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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Abbildung 4: Probennahme mit dem ULW-Netz aus 1 m Tiefe.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Unsere Aufgabe ist also nicht einfach. Es ist sehr schwierig, Wasser aus der obersten Schicht des Ozeans zu entnehmen, wenn die Oberfl\u00e4che in Bewegung ist und man sich auf einem Schiff befindet, das sich ebenfalls bewegt. Das Schiff selbst ist nicht frei von oberfl\u00e4chenaktiven Substanzen, und es besteht die Gefahr, dass die Proben verunreinigt werden, so dass man bei der Entnahme und Lagerung der Wasserproben sauber und vorsichtig arbeiten muss.<\/p>\n\n\n\n

W\u00e4hrend der Probenahme beobachteten wir auch die Meeresoberfl\u00e4che, z. B. wie wellig die Oberfl\u00e4che ist, ob sich Wellen brechen, die Blasen erzeugen, oder das Vorhandensein von Phytoplanktonbl\u00fcten (Abbildung 5)<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 5: W\u00e4hrend der Fahrt druchquerten wir eine Phytoplanktonbl\u00fcte<\/em> in der Zentralostsee.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Alle gesammelten Proben werden auf verschiedene Parameter hin analysiert, darunter Tensidaktivit\u00e4t, farbige und floreszierende gel\u00f6ste organische Stoffe (C\/FDOM), N\u00e4hrstoffe, Chlorophyll, Gesamtaminos\u00e4uren, Gesamtzucker, gesamter organischer Kohlenstoff, Gelpartikel (TEP und CSP), Bakterien, Phytoplankton, Viren und Mikrophytoplankton.  <\/p>\n\n\n\n

Wir hoffen, mit unseren Daten und den Daten anderer Forschungsgruppen an Bord herauszufinden, inwieweit oberfl\u00e4chenaktive Substanzen den Gasaustausch zwischen Luft und Meer in der Ostsee w\u00e4hrend der produktiven Monate steuern k\u00f6nnen.\u00a0\u00a0 Die Ausfahrt neigt sich nun dem Ende zu und alle sind mit packen besch\u00e4ftigt. Wir werden die sch\u00f6nen und herausfordernden Tage an Bord, die wir in den letzten drei Wochen hatten, vermissen und wir hoffen, dass wir uns in naher Zukunft wieder treffen werden, um einige der interessanten Ergebnisse zu pr\u00e4sentieren, die wir auf dieser anspruchsvollen Expedition erzielen konnten.<\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 6:\u00a0Josi (links) und Bita (rechts) nach dem Aufbau des Katamarans<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Text: Bita Sabbaghzadeh (IOW) und Josefine Karnatz (GEOMAR)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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