Anton und ich bringen soeben CTD-Cast Nummer 45 an das Tageslicht. Während wir gerade wieder einmal mit viel Enthusiasmus frisch gezapfte Flaschen durchschütteln, meine ich, ein nett gemeintes, aber deutliches Kopfschütteln bei Jamileh erkennen zu können, als sie uns ein Guten Morgen zulächelt. Das denken sich hier scheinbar alle: Bereits 45 CTD-Einsätze? Und viele davon an ein- und derselben Stelle? Warum das Ganze? Wir müssten das Wasser doch kennen, sobald wir es einmal „vermessen“ haben, oder? Naja, irgendwie schon.
„Unsere“ CTD, von den Biologen bevorzugt auch „Wasserschöpfer“ genannt, wird seitlich aus dem Hangar herausgefahren, herabgelassen und misst in der Basisversion quasi kontinuierlich (mit 24 Hz) Leitfähigkeit (Salzgehalt), Temperatur und Druck (Tiefe) (Conductivity, Temperature, Depth), idealerweise hinunter bis zum Meeresboden. Darüber hinaus werden Sauerstoffgehalt und Fluoreszenz gemessen, was eine Abschätzung der biologischen Produktivität ermöglicht (siehe Blogeinträge zu „Mikrokreaturen“ von Nicole und Manfred). Als praktische Zugabe können mithilfe der 24 Niskin-Flaschen Wasserproben in verschiedenen Tiefen genommen werden (Manfred ist da nebenbei bemerkt mit Abstand unser bester Kunde).
Für Ozeanographen sind aber vor allem die kontinuierlichen Messungen von Temperatur und Salzgehalt von entscheidender Bedeutung, da wir daraus z.B. ableiten können, wie stabil das Wasser geschichtet ist oder woher Wassermassen und geostrophische Strömungen kommen. Dies sind wichtige Informationen, die Rahmenbedingungen darstellen, die das lokale Ökosystem stark beeinflussen. Um eine möglichst hohe Genauigkeit der physikalischen Messungen zu erreichen, nehme ich auch selbst Wasserproben, allerdings „nur“ zur späteren Kalibrierung der verschiedenen Sensoren und nicht zur Analyse der darin enthaltenen kuriosen Lebewesen.
Die meisten Einsätze wurden bisher in Küstennähe 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 „Deckschicht“ (Mixed Layer), in welcher alle gemessenen Größen durch den Wind gut durchmischt sind. . Wir beobachten, dass die Tiefe der Deckschicht variiert, aber grundsätzlich – wie für die Wintermonate in diesen Breiten typisch – relativ mächtig ist. An unserer ersten Station betrug die Deckschichttiefe sogar ca. 200 Meter!
Temperatur (rot), Salz (blau), Sauerstoff (gelb) als auch Chlorophyll (grün) zeichnen praktisch vertikale Linien in das Diagramm. Interessanterweise bildet sich genau an bzw. unter der Deckschicht häufig ein Maximum an Chlorophyll, welches als Indikator für das Vorkommen von Phytoplankton dient (siehe wieder Nicoles und Manfreds Blog-Eintrag). Obwohl Phytoplankton grundsätzlich autotroph, also auf Sonnenlicht angewiesen ist, kann es in dieser recht Tiefen Schicht mit sehr wenig Sonnenlicht überleben. Ein Grund dafür ist der erhöhte Nährstoffgehalt in tieferen Schichten.
Darüber hinaus bildet die Pyknokline direkt unterhalb der Deckschicht eine starke physikalische Barriere für vertikale Vermischung und kann Organismen, die selbst nicht aktiv schwimmen können, praktisch „einsperren“. 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.
Um Wassermassen zu identifizieren, werden Temperaturen und Salzgehalte in einem sogenannten „T-S Diagramm“ (wie in Abbildung 4) gegeneinander aufgetragen. In unserem Beispiel sieht man gut, dass das Wasser rund um Madeira zu einem großen Teil aus Nordatlantischem Zentralwasser (Eastern North Atlantic Central Water) besteht. Dieses dominiert die Pyknokline im großen Nordatlantischen Wirbel und ist deutlich salzhaltiger als im Südatlantik (vgl. Eastern South Atlantic Central Water). In unserem Profil Nummer 41 (Abbildung 3) fällt aber noch etwas anderes ins Auge. Auf etwa 1100 Metern Tiefe zeigt sich eine Nase mit noch einmal deutlich erhöhtem Salzgehalt, die nicht so recht zum linear verlaufenden Zentralwasser zu passen scheint. Hier macht sich der Einfluss des Mittelmeerwassers (MW) bemerkbar, welches aufgrund der überwiegend 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 größeren Tiefen um typischerweise 1100-1200 Meter. Wir sehen im T-S Diagramm aber auch, dass das Mittelmeerwasser im Süden 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 können, findet sich das berühmte Nordatlantische Tiefenwasser (North Atlantic Deep Water). Dieses wird unter anderem durch Tiefenkonvektion im Nordatlantik gebildet und spielt eine zentrale Rolle für die globale thermohaline Zirkulation, und die gesamte Klimadynamik. Es ist für Tiefenwasser relativ „jung“ und damit reich an Sauerstoff (wir sagen gerne „gut ventiliert“) 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 sonnenlichtabhängigen Phytoplankton in den obersten ~150 Metern. Im Vergleich mit den großen bekannten Sauerstoffminimumzonen im subtropischen Ost-Atlantik und -Pazifik, ist jedoch noch vergleichsweise reichlich Sauerstoff vorhanden.
Nun kennen wir das Profil einer CTD-Station etwas genauer. Im Grunde ist dieses sogar ziemlich repräsentativ für die übrigen 44. Die Frage, warum Anton und ich wie die Wahnsinnigen weiter „CTDs fahren“, bleibt also noch unbeantwortet. Wenn wir jedoch genauer hinschauen, sehen wir, dass die Temperatur- und Salzprofile nicht komplett „glatt“ verlaufen. Tatsächlich entdecken wir kleine wellenförmige Abweichungen. Messungenauigkeiten? Nein. Es sind interne Wellen, die die Profile lebendig machen. Interne Wellen können in jedem stratifizierten Medium auftreten, also Fluide, in denen die Dichte nicht konstant ist. Es gibt zwei rückstellende Kräfte, die auf interne Wellen im Ozean wirken: Gravitation und die Corioliskraft. Hauptantriebe für interne Wellen sind die Gezeiten (wie Ebbe und Flut), dicht gefolgt von Wind. Wir wissen, dass interne Wellen eine entscheidende Rolle für den Energietransport im Ozean spielen. Wie gewöhnliche Oberflächenwellen, können auch interne Wellen brechen. Wenn sie das tun, findet Vermischung statt. Das wiederum kann Nährstoffe transportieren und dadurch die biologische Produktivität beeinflussen. Die Wechselwirkung von internen Wellen mit Topographie (d.h. Inseln wie Madeira) und Strömungen ist sehr komplex und noch nicht vollumfänglich verstanden. Durch eine hohe Anzahl an Stationen zu verschiedenen Zeiten (und Gezeitenstadien) erhalten wir eine bessere räumliche und zeitliche Auflösung des internen Wellenfeldes und können die Prozesse besser verstehen. Deswegen sind wir z.B. Fans von sogenannten „Jo-Jo-CTDs“. Wie bei einem echten Jo-Jo fahren wir die CTD an ein- und derselben Stelle mehrfach direkt hintereinander auf- und ab.
In der obigen Abbildung haben wir sechs direkt aufeinander folgende Profile eines „Jo-Jos“ übereinander 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.
Besonderer Nervenkitzel kommt auf, wenn zur „Eddy-Jagd“ 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 bekanntermaßen die Biodiversität beeinflussen können. Sie entstehen über einen Zeitraum von Tagen / Wochen und sind leider kaum vorhersagbar. Daher checken wir täglich Satelliten- und Modelldaten für die Region, um ein mögliches Feature zu identifizieren, und falls möglich, in situ mit dem Schiff zu beproben. Starke Eddies können ein Signal in der Meereshöhe, den Oberflächentemperaturen und im Chlorophyll erzeugen.
Unsere Kollegen vom Ozeanographischen Institut Madeira unterstützen uns vor Ort mit regionalen Satelliten- und Modelldaten (siehe https://oomdata.arditi.pt/msm126/ ). Es ist insgesamt beeindruckend, wie gut die Zusammenarbeit an Bord und darüber hinaus funktioniert! In der Nacht vom 13. auf den 14. Februar fand bereits eine „Eddy-Jagd“ statt. Allerdings war das Satellitensignal schwach und dementsprechend konnten wir vor Ort mit unserem schiffseigenen ADCP (das Ozeanströmungen bis in knapp 1000 Meter Tiefe misst) keinen starken, kohärenten Wirbel nachweisen.(Randbemerkung: Es wurde dabei aber ein anderes spannendendes feature (mutmaßlich eine kräftige interne Welle) in der Deckschicht ausgemacht, welches wir nun analysieren.)
In einem der nächsten Blogeinträge wollen wir euch beweisen, dass unsere lieb gewonnene CTD dank raffinierter Tunings, unter anderem mit hochauflösenden Kamerasystemen, rein „objektiv“ etwas ganz Besonderes ist. Dann klären wir auf, warum auch Anton, obwohl er kein physikalischer Ozeanograph ist, gerne „Jo-Jos“ fährt, und es gibt endlich wieder Fotos von Wassertierchen!
Viele Grüße von Bord der MARIA S. MERIAN,
Marco Schulz und Anton Theileis
By Leonie Jaeger (ICBM Oldenburg)
The ocean is the dominant climate regulator of our Earth. I am on board the RV Meteor to conduct measurements that helps us better understand the critical processes at the interface between the atmosphere and the ocean. The focus of these measurements is heat and freshwater fluxes, two key drivers that both influence and regulate Earth’s climate.
The ocean stores and transports vast amounts of heat across the whole globe. The exchange of heat between the atmosphere and the ocean is controlled by different surface heat fluxes. The sun emits shortwave radiation, which warms the surface ocean, though part of this radiation is reflected at the water surface. At the same time, the ocean emits longwave radiation towards the sky due to its temperature, some of which is reflected and absorbed by water vapor and clouds. To quantify these fluxes, I use radiometers: sets of upward- and downward-looking sensors that measure radiation coming from the sky and from the ocean. Specifically, pyranometers measure shortwave radiation, while pyrgeometers measure longwave radiation.
Over the open ocean, freshwater fluxes result from two processes: evaporation and precipitation. Approximately 80% of the global freshwater flux occurs over the ocean, underscoring the ocean’s dominance in the global water cycle and its influence on climate over land. In a warming climate, evaporation is expected to intensify as temperatures rise and the atmosphere’s capacity to hold moisture increases. That makes is very important to better understand these fluxes. However, high-quality measurements of precipitation and evaporation using remote techniques remain challenging. On this cruise, I am using a disdrometer, an instrument that measures rain in high resolution. It allows us to investigate not only the total amount of rain but also the velocity and size of individual raindrops, enabling a detailed characterization of rain events.
Our cruise track crosses the Atlantic Ocean from South to North, passing the equator. This transect will provide a valuable dataset. Importantly, we will cross the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ), a region near the equator characterized by heavy rain and thunderstorms. These storms originate from warm, moist air that rises continuously. As the air rises, it cools and condenses, forming thick clouds and intense precipitation. Because the ITCZ is driven by the convergence of trade winds from both hemispheres, it maintains persistent bands of convection. In this zone, these convective systems can trigger even more convection in the atmosphere driving the tropical climate. Together with warm surface temperatures, these high-energy processes can lead to the genesis of tropical cyclones. Thus, the atmosphere influences the ocean, and the ocean influences the atmosphere. Direct measurements at their interface are essential to better understand these processes shaping our climate. My responsibilities include installing and maintaining the measurements systems, as well as data validation and data storage. Maintaining sensors close to the ocean requires frequent cleaning, because sea spray leaves salt deposits everywhere, leading to corrosion. Together with ship-based measurements such as air temperature, wind speed and humidity, and oceanographic underway measurements including continuous observation of the water temperature, salinity, turbidity and chlorophyll, our data will provide a comprehensive dataset to study fresh and heat water fluxes between the ocean and the atmosphere.
Welcome to the M219 ocean blog!
Here, we will share updates and stories about the scientific work taking place during this research expedition. We also hope to offer a glimpse into daily life and work at sea.
For many members of the scientific party, this is their first time aboard METEOR. It will also be their last, as METEOR is embarking on its final voyage before retiring from service as a German research vessel after more than 40 years at sea. Over the course of its distinguished career, METEOR has travelled more than 1.7 million nautical miles, which is equivalent to more than 8 times the distance between the Earth and the Moon. Throughout those decades the vessel has supported countless scientific discoveries and generations of marine scientists. We are very grateful and honored to be part of the final chapter of this remarkable ship’s history and to accompany her on the last few thousand miles of her legendary journey.
The scientific program of this cruise focuses on long-term observations of ocean currents off the coast of Brazil and at the equator, as well as interdisciplinary measurements near the Cape Verde Islands. At all these sites, GEOMAR has maintained observational programs for the past 10 to 20 years. Over the next four weeks, we will introduce these regions and the measurements carried out there in more detail. But first, let’s look at what happened in Brazil before the cruise began.
On Thursday, May 28, many of the scientists and students left the hotel early in the morning to attend a seminar at the Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), celebrating the long-standing scientific collaboration between Brazil and Germany.
The seminar was opened by Prof. Dr. Marius Müller, a former student at GEOMAR and now a professor for biological oceanography at UFPE. These meetings have become a valued tradition, having been organized for more than 20 years by now. This year marked the 9th edition of the seminar since its inception over 20 years ago.
A total of 8 scientists and students from Brazil, Germany, and the U.S. presented their research on various aspects of the tropical Atlantic Ocean. We would like to thank Marius Müller, Doris Veleda and all the Brazilian scientists and students who helped organize the seminar and provided such a warm welcome. We greatly enjoyed the exchange of ideas and look forward to celebrating the 10th seminar in the years to come.
After the seminar we returned to the hotel, but there was little time to rest. Later that same day, the captain of METEOR and the German Consul General in Recife hosted a reception aboard METEOR in the Port of Recife.
The event brought together members of the scientific party, representatives of local institutions, and guests from the Brazilian and German scientific communities. It provided an excellent opportunity to celebrate the long-standing partnership between the two countries.
On Friday, May 29, the scientific party finally boarded METEOR. There was little time to settle into our cabins and workspaces, as preparations for departure were already in full swing. We left the Port of Recife as soon as possible and at around 1pm METEOR set sail and began the final voyage of her remarkable career.
About 12 hours after leaving port, we arrived at our first station. Thanks to the dedicated efforts of technical and scientific teams, all instruments had been installed and prepared in time for the start of operations. This station marked the beginning of our observational program off the coast of Brazil, which includes the deployment and recovery of tall moorings as well as CTD measurements. An intensive first week lies ahead, with a demanding schedule of measurements and mooring operations. After months of planning and preparation, everyone is excited to finally begin the scientific work and make the most of the final weeks aboard METEOR.
There are more than 2,000 species of gobies (Gobiidae) known to science today, making them the largest family of fish in the ocean. But these small creatures are far more complex and essential to marine ecosystems than first meets the eye. Found all around the world in brackish, fresh and salt water in tropical and subtropical regions, they are an astonishingly diverse group of fish with several curious characteristics that set them apart.
Most gobies are quite small and don’t usually measure more than six inches long. Measuring just about eight millimeters long, the dwarf pygmy goby (Trimmatom nanus) is not only the tiniest goby known to science but also one of the smallest of all fish species in the world.
Primarily bottom-dwellers, gobies are known to be excellent foragers and have evolved expert burrowing behaviors over time. As they sift around looking for food like copepods, seaworms and tiny crustaceans, their movement helps to aerate sediment and keep algae in check. Some are even known to be “cleaner fish,” snacking on parasites they remove off larger creatures. It’s like a spa day for the animal being cleaned and a choose-your-own-adventure buffet for the gobies. Studies also show that cleaner goby activity is largely tied to the microbial health of coral reefs, showcasing that even the tiniest of species are essential to functioning marine ecosystems.
Gobies have some unique aspects to their anatomy, too. First, their fused pelvic fins are designed to help them form a strong suction cup to perch on coral reefs, rocks and other ocean terrain amidst turbulent currents. Some freshwater species are even known to use this suction to climb waterfalls. It may come as no surprise then that gobies are cousins to mudskippers, animals known to “walk” through mud. There are more species-specific features that set certain gobies apart. From the use of bioluminescence to symbiotic relationships with shrimp, the adaptations within the goby family are truly wide-ranging. Some species have even been found to use marine terrain memorization to navigate back to the tide pools where they were born. Isn’t nature mind-blowing sometimes?
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Gobies have equally complex and varied behaviors. Male gobies are infamous for being territorial protectors of their nests. Many larger males are known as “guarders;” these hopeful fish make careful nests to attract a mate, and once fertilization occurs, guarders will remain diligently near the nests to keep eggs safe. However, there’s another type of male goby that complicates this dynamic. These other males are known as “sneaker gobies” and are called that for one reason: They’re sneaky! If guarder gobies aren’t careful, sneakers can creep into the nest, fertilize some of the eggs and quickly escape. As if on an underwater episode of Maury, guarder males who aren’t careful could end up unknowingly babysitting little gobies that aren’t their actual offspring.
Gobies serve as indicators of ecological health and are essential to keeping delicate food webs in check. Unfortunately, many changes in our ocean threaten their ability to survive and thrive today. Coral bleaching and degradation endanger the health of one of their key habitats, and a combination of warming waters and coastal development can make it difficult for both juvenile and adult gobies to survive and thrive.
Healthy gobies mean a healthy ocean. Their essential role in marine ecosystems demonstrates that even the tiniest creatures play a major role in helping hold together the beautiful yet fragile habitats that make up our beloved ocean. Visit Ocean Conservancy’s Action Center and join the movement to protect our blue planet today and for years to come—from the tiniest goby to the largest whales, our ocean is counting on us.
The post All About Gobies appeared first on Ocean Conservancy.
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