english version below
Die physikalische Ozeanographie beschäftigt sich in großen Teilen mit Meeresströmungen: wo sie genau verlaufen, wie stark sie sind und ob sie sich verändern. Im vorherigen Blogeintrag ging es um die Verankerungen, die unter anderem Strömungsgeschwindigkeiten messen können. Diese Methode, also ein Messgerät an einem festen Punkt zu installieren und aufzuzeichnen, was vorbeifließt, nennt man Euler Methode. Der andere Ansatzpunkt – die Lagrange Methode – beruht darauf ein Messgerät ins Wasser auszusetzen, es mit der Strömung treiben zu lassen und seine Bahn zu verfolgen.
Die Idee ein Objekt mit der Strömung driften zu lassen, gibt es schon lange. Georg Neumayer kam auf die Idee Kapitänen auf ihren Reisen eine Flaschenpost mitzugeben, die an bestimmten Orten ins Wasser geworfen werden sollten. In der Flasche befand sich ein Brief, der die Finder bat sich zu melden und Fundort und -zeit zu übermitteln. Die erste dieser Flaschen ging am 14.Juli 1864 vom Schiff „Norfolk“ in der Nähe von Kap Hoorn zu Wasser. Erst drei Jahre später wurde sie an der Südküste Australiens wiedergefunden.
Ein unfreiwilliger Einsatz solcher sogenannten Drifter geschah 1992 bei einem Unfall eines Containerschiffs im Nordpazifik. Das Schiff, das von Hongkong auf dem Weg in die USA war, verlor in einem Sturm mehrere Container. Einer von ihnen hatte Badewannen-Tiere aus Plastik geladen: Quietscheenten, Biber, Schildkröten und Frösche. Geschätzte 29000 dieser Plastiktiere schwammen also plötzlich im Meer und wurden in den kommenden Jahren von Spaziergängen an zahlreichen Stränden gefunden. Zahlreiche Funde konnten auf Hawaii und in Australien vermeldet werden, einige schafften es sogar zur Westküste der USA sowie nach Schottland und England. Wahrscheinlich waren sie durch die Beringstraße nordwärts ins Nordpolarmeer bis nach Grönland in den Nordatlantik gedriftet. So wurde der Containerunfall zu einem Glücksfall für die Wissenschaft.
Die Drifter, die heutzutage eingesetzt werden, können schon ein bisschen mehr als Neumayers Flaschenpost und die verunglückten Plastiktiere. Bei den letzteren beiden, war nicht ersichtlich, welchen Weg sie zwischen Start- und Endpunkt zurückgelegt hatten. Moderne Drifter senden ihre exakten Messdaten automatisch über Satelliten an Datenzentren und machen so die annähernd simultane Beobachtung ihrer Wege möglich.
Auf dieser Fahrt haben wir auch Drifter dabei: gebaut vom Helmholtz Zentrum Hereon in Geestacht. Wissenschaftler*innen vom Hereon haben an einem Prototyp gearbeitet, der weniger Plastik enthalten soll. Jetzt besteht er aus einem Einwegglas, in dem sich Batterien und Software befinden und das erstaunliche Ähnlichkeit zu Neumayers Flaschenpost Idee zeigt. Für zusätzlichen Auftrieb und um das Glas aufrecht in der Wassersäule zu halten, befindet sich ein breiter Holzring am oberen Teil des Glases. Am Ende wird noch ein Aluminiumsegel an die Unterseite des Drifters gehängt, um ihn stabil in der Wassersäule zu halten. Einige der Drifter sammeln zusätzlich zu Positionsinformationen auch Daten über Druck und Temperatur der Luft sowie Wassertemperatur.
Nachdem wir jetzt einige Wochen mit der Vorbereitung der Drifter und dem Zusammenbauen der Einzelteile verbracht haben, sind nun die ersten Drifter zu Wasser gelassen worden. Ob sie zuverlässig funktionieren, wird sich in den nächsten Tagen zeigen. Schon jetzt kann man einige der Drifter online verfolgen. Schaut einfach hier auf der Webseite von Beluga vorbei.
Drifter in a bottle
Physical oceanography is largely concerned with ocean currents: where they go, how strong they are and whether they change. The previous blog post was about the moorings, which can measure, among other things, flow velocities. This method of installing a measuring device at a fixed point and recording what passes by is called the Euler method. The other approach – the Lagrange method – is based on placing a measuring instrument in the water, letting it drift with the current and tracking its trajectory.
The idea of letting an object drift with the current has been around for a long time. Georg Neumayer came up with the idea of giving captains a message in a bottle on their journeys, which should be thrown into the water at certain places. The message was a letter asking the finders to come forward and provide the location and time of the discovery. The first of these bottles was launched on 14 July 1864 from the ship “Norfolk” near Cape Hoorn. It was only three years later that it was found on the south coast of Australia.
An involuntary use of such so-called drifters occurred in 1992 in a container ship accident in the North Pacific. The ship, which was on its way from Hong Kong to the United States, lost several containers in a storm. One of them had loaded bathtub animals made of plastic: squeaky ducks, beavers, turtles and frogs. An estimated 29,000 of these plastic animals suddenly swam in the ocean and were found during walks on numerous beaches in the years to come. Countless finds have been reported in Hawaii and Australia, some even made it to the west coast of the United States, as well as to Scotland and England. They probably drifted north through the Bering Strait into the Arctic Ocean as far as Greenland into the North Atlantic. So the container accident became a stroke of luck for science.
The drifters that are used today can already do a little more than Neumayer’s bottles and the plastic animals. For the latter two, it was not clear which way they had travelled between the starting point and the end point. Modern drifters send their precise measurement data automatically via satellites to data centers, making it possible to observe their paths almost in near real time.
On this trip we also have Drifters with us: built by the Helmholtz Centre Hereon in Geestacht. Scientists from Hereon have been working on a prototype that is supposed to contain less plastic. Now it consists of a big glass containing batteries and software and shows the astonishing resemblance to Neumayer’s bottle post idea. For additional buoyancy and to keep the glass upright in the water column, there is a wide wooden ring at the top of the glass. At the end, an aluminum sail is attached to the bottom of the drifter to keep it stable in the water column. In addition to position information, some of the drifters also collect data on air pressure and temperature as well as water temperature.
After we have spent a few weeks preparing the drifters and assembling the parts, the first drifters have now been launched. Whether they function reliably will be revealed in the coming days. You can already track some of the drifters online. Just check out the website of Beluga here.
English version below
Wenn man an Chemie denkt, denkt man wahrscheinlich schnell an explodierende Gläser, ätzende Säuren und verrückte Professoren, aber nicht an den Ozean. Hier an Bord wird unsere Wissenschaftsteam auch von zwei chemischen Ozeanographen begleitet, Tobias Steinhoff und Kristin Kampen.
Den beiden habe ich die Frage gestellt, „Was findet ihr an der chemischen Ozeanografie spannend?“: Es ist unglaublich interessant, was es alles an unsichtbaren Prozessen im Meer gibt, die unser aller Leben beeinflussen: In der chemischen Ozeanographie untersuchen wir, wie sich chemische Bestandteile im Meer verhalten, z.B. wie sich gelöste Gase (wie CO₂ und Sauerstoff), Nährsalze (wie Nitrat und Phosphat), Spurenmetalle und organische Verbindungen im Meerwasser verhalten und verteilen. Der Ozean nimmt CO₂ auf, produziert Sauerstoff und transportiert Nährstoffe durch den Ozean und überall wirken chemische Prozesse mit. Diese Zusammenhänge zu verstehen ist Grundlage unserer Arbeit.
Auf unserer Ausfahrt in der Labradorsee nehmen sie Seewasserproben und extrahieren gelöstes organisches Material (DOM). Dies umfasst alle organischen Verbindungen, die im Meerwasser gelöst sind, also nicht als Partikel vorliegen. Das sind zum Beispiel Zucker, Aminosäuren, Fette und komplexere Moleküle, die aus abgestorbenen Organismen, Ausscheidungen von Meereslebewesen oder dem Abbau von Algen stammen. Als einer der größten Kohlenstoffspeicher spielt DOM eine zentrale Rolle im marinen Kohlenstoffkreislauf. Die Labradorsee ist eine der wichtigsten Regionen für die Bildung des North Atlantic Deep Water (NADW). Oberflächenwasser sinkt in die Tiefe und nimmt dabei DOM mit. Das NADW verteilt dieses Material dann über Jahrhunderte durch die Weltmeere und entzieht so der Atmosphäre langfristig Kohlenstoff. Zusätzlich werden kontinuierliche Messungen von pCO₂/O₂ im Oberflächenwasser während der Fahrt durchgeführt, um sich den Austausch von CO₂ zwischen Ozean und Atmosphäre anzuschauen. Viele Prozesse sind hierbei immer noch nicht vollständig verstanden, wie z.B. der Gasaustausch bei hohen Windgeschwindigkeiten.
Da es hier auf See, besonders in dieser Region, oft sehr stürmisch zugeht, ist kein Geheimnis und es geht natürlich besonders in einem Chemie Labor dann doch mal etwas zu Bruch. Wie läuft diese Arbeit also bei 11bft und 6 Meter Wellen ab. Wasserproben müssen meist innerhalb von 24 Stunden verarbeitet werden. Da kann man nicht immer Rücksicht auf die Wetterbedingungen nehmen. Einige Arbeiten werden immer noch nasschemisch gemacht und unter Einsatz von Glasmaterial. Sowohl das genaue Abmessen von Reagenzien als auch das Zusammenhalten der Glasware ist nicht immer einfach bei einem rollenden Schiff (und auch nicht immer erfolgreich). Man versucht zwar den doch dann plötzlichen Bewegungen des Schiffes entgegenzuwirken und alle Proben Behälter, Kisten und Flaschen zu sichern. Man wird aber dann doch mal von einem umkippenden Mülleimer überrascht und die noch neu verpackten Plastikröhrchen oder andere Fliegengewichte im Regal finden bei der einen oder anderen Welle ihren Weg auf die gegenüberliegende Seite im Labor. Dazu kommt, dass beim Arbeiten mit chemischen Stoffen und Proben doch des Öfteren beide Hände für die Arbeit gebraucht werden. Wird man dann allerdings von einer Welle überrascht, erfordert das Festhalten mit der dritten Hand (Fuß falls man schnell genug ist), einiges an Bauchmuskeln.
Foto: Julia Pelle
Das Besondere an der Arbeit auf See ist, dass man neben der alltäglichen Schreibtischarbeit auch praktisch arbeiten kann. Dabei ist man auf die enge Zusammenarbeit mit seinen Kollegen angewiesen und lernt sie dabei viel besser kennen. Zusätzlich sind auch viele andere Forschungsbereiche mit an Bord, wodurch es einen spannenden Austausch zwischen den einzelnen Gruppen gibt.
Zum Schluss hier noch ein kleiner Tipp am Rande von unseren Chemikern und für deine erste Forschungsseereise: Laschen, laschen, laschen und immer ein Ohr am Bordfunk: Der Arbeitsplan ist bei den Wetterbedingungen eher ein Vorschlag und kann sich stündlich ändern (die nächste CTD Station ist immer um die Ecke).
Chemistry: Making the Invisible Visible
When you think of chemistry, you probably quickly imagine exploding glassware, corrosive acids, and crazy professors, but not the ocean. Here on board, our scientific team is also accompanied by two chemical oceanographers, Tobias Steinhoff und Kristin Kampen.
I asked them the question: “What do you find exciting about chemical oceanography?”
“It is incredibly fascinating how many invisible processes exist in the ocean that influence all of our lives. In chemical oceanography, we study the fate of various chemical components in the ocean: for example, how dissolved gases (such as CO₂ and oxygen), nutrients (such as nitrate and phosphate), trace metals, and organic compounds behave and are distributed in seawater. The ocean absorbs CO₂, produces oxygen, and transports nutrients through complex cycles, including chemical processes. Understanding these relationships forms the basis of our work.”
During our expedition in the Labrador Sea, they collect seawater samples and extract dissolved organic material (DOM). This includes all compounds dissolved in seawater, meaning they are not present as particles. Examples include sugars, amino acids, fats, and more complex molecules that originate from dead organisms, excretions from marine life, or the breakdown of algae. As one of the largest carbon reservoirs, DOM plays a central role in the marine carbon cycle.
The Labrador Sea is one of the most important regions for the formation of North Atlantic Deep Water (NADW). Surface water sinks into the depths, carrying DOM with it. NADW then distributes this material throughout the world’s oceans over centuries, thereby removing carbon from the atmosphere over the long term. In addition, continuous measurements of pCO₂ and O₂ in surface water are taken during the voyage to study the exchange of CO₂ between the ocean and the atmosphere. Many processes involved are still not fully understood, such as gas exchange under high wind speeds.
It is no secret that conditions at sea especially in this region are often very stormy, and in a chemistry lab, things can occasionally break. So how does this work at 11 Beaufort and 6-meter waves? Water samples usually need to be processed within 24 hours, so you cannot always take weather conditions into account. Some work is still done using wet chemistry and glass equipment. Accurately measuring reagents and holding glassware steady is not always easy on a rolling ship (and not always successful). Although efforts are made to counteract sudden ship movements and to secure all sample containers, boxes, and bottles, you may still be caught off guard by a tipping trash bin, and newly packaged plastic tubes or other lightweight items can suddenly fly across the lab with the next wave.
On top of that, when working with chemicals and samples, both hands are often needed. If a wave hits unexpectedly, holding on with a “third hand” (your foot, if you are quick enough) requires quite a bit of core strength. What makes working at sea special is that, alongside everyday desk work, you can also do hands-on work. This requires close cooperation with colleagues, allowing you to get to know them much better. In addition, many other research disciplines are on board, which creates exciting exchanges between different groups.
Finally, here is a small tip from our chemists for your first research expedition: strap everything down, strap everything down, strap everything down and always keep one ear on the ship’s radio. The work schedule is more of a suggestion under these weather conditions and can change hourly (the next CTD station is always just around the corner).
Between all the scientific work, we celebrated Easter on board, although the weather had other plans for us. Due to rough conditions, we weren’t able to carry out any CTD casts.
Easter itself was spent in a mix of rest and small celebrations. Some of us enjoyed a long Easter breakfast with traditional Easter bread, while others took the opportunity to sleep in. In the evening, we gathered with both crew and scientists for a small celebration. The ship’s cook even organized a quiz, and those who answered correctly were rewarded with Easter chocolate.
The next day, the weather improved, and we began early with the recovery of K1, a 3,495-meter-long mooring in the middle of the Labrador Sea.
We joined the nautical officers on the bridge before sunrise to search for it. Fortunately, K1 has a floating buoy with a light, so we were able to spot it even in the dark. The actual recovery started at first light, and it began to snow while we were working.
Amid all the CTDs and mooring operations, there was also a personal highlight: my (Sarah’s) birthday. Although I’ve spent birthdays away from home before, this one felt especially unique, being so far out at sea, with only limited internet contact.
Normally, I work the 4-8 shift, but my incredibly kind shift team gave me the morning off. That meant I could sleep in and even find time to call family and friends back home. In the afternoon, I was surprised with my favourite cake, baked by Julia.
Our work continued with the mooring array at 53°N, which consists of seven moorings. So far, we have recovered five (K7, K8, K9, DSOW1 and DSOW2), and three of them have already been redeployed (K7, K8 and DSOW1,).
Deploying K7 turned out to be particularly tricky. On our first attempt, sea ice drifted toward us faster than expected, forcing us to recover nearly half of the mooring again. While the ship itself can handle drifting ice, deploying a mooring is much more delicate: a long cable with instruments and floats is released behind the ship before the anchor is dropped, allowing the system to sink into place.
Two days later, we tried again and this time, the deployment was successful.
Afterwards, we moved closer to the sea ice, which was a highlight for many of us. Seeing the ice up close and even spotting a seal swimming nearby, made the experience unforgettable.
Due to the continuing harsh weather, the decision was made to return to K1 and make use of an upcoming weather window for deployment the following day.
German:
Zwischen Stürmen und Wissenschaft: Ostern in der Labradorsee (04.04.26 – 13.04.26)
Zwischen all der wissenschaftlichen Arbeit haben wir Ostern an Bord gefeiert, auch wenn das Wetter andere Pläne für uns hatte. Aufgrund der rauen Bedingungen konnten wir keine CTD-Messungen durchführen (Messungen von Leitfähigkeit, Temperatur und Tiefe im Ozean).
Ostern selbst war eine Mischung aus Erholung und kleinen Feierlichkeiten. Einige von uns genossen ein ausgedehntes Osterfrühstück mit traditionellem Osterbrot, während andere die Gelegenheit nutzten, etwas länger zu schlafen. Am Abend kamen Crew und Wissenschaftler*innen zu einer kleinen Feier zusammen. Der Koch organisierte sogar ein Quiz, und wer die Fragen richtig beantwortete, wurde mit Oster-Schokolade belohnt.
Am nächsten Tag besserte sich das Wetter, und wir begannen früh mit der Bergung von K1, einer 3.495 Meter langen Verankerung mitten in der Labradorsee. (Eine Verankerung ist eine lange, am Meeresboden befestigter Draht, der mit Instrumenten ausgestattet ist, um über längere Zeit Ozeandaten zu messen.)
Noch vor Sonnenaufgang gingen wir mit den nautischen Offizieren auf die Brücke, um nach ihr Ausschau zu halten. Glücklicherweise verfügt K1 über eine schwimmende Boje mit Licht, sodass wir sie bereits im Dunkeln entdecken konnten. Die eigentliche Bergung begann bei Tagesanbruch und es begann sogar zu schneien.
Zwischen all den CTD-Einsätzen und Verankerungsarbeiten gab es auch ein persönliches Highlight: meinen (Sarahs) Geburtstag. Obwohl ich schon öfter Geburtstage fernab von zu Hause verbracht habe, war dieser besonders, so weit draußen auf dem Meer und mit nur eingeschränktem Internetkontakt.
Normalerweise arbeite ich in der 4-8 Uhr Schicht, aber mein unglaublich nettes Schichtteam hat mir den Morgendienst freigegeben. So konnte ich etwas länger schlafen und hatte sogar Zeit, mit Familie und Freunden zu Hause zu telefonieren. Am Nachmittag wurde ich dann noch mit meinem Lieblingskuchen überrascht, den Julia für mich gebacken hat.
Unsere Arbeit ging weiter mit dem Verankerungs-Array bei 53°, das aus sieben Verankerungen besteht. Bisher haben wir fünf geborgen (DSOW1, DSOW2, K7, K8 und K9), von denen drei bereits wieder ausgebracht wurden (DSOW1, K7 und K8).
Das Ausbringen von K7 erwies sich als besonders schwierig. Beim ersten Versuch trieb das Meereis schneller auf uns zu als erwartet, sodass wir fast die Hälfte der Verankerung wieder einholen mussten. Obwohl das Schiff selbst gut durch treibendes Eis navigieren kann, ist das Ausbringen einer Verankerung deutlich anspruchsvoller: Dabei wird ein langer Draht mit Messinstrumenten und Auftriebskörpern hinter dem Schiff ausgesetzt, bevor am Ende der Anker gelöst wird und das gesamte System absinkt.
Zwei Tage später versuchten wir es erneut, diesmal mit Erfolg.
Anschließend fuhren wir näher an das Meereis heran, was für viele von uns ein besonderes Highlight war. Das Eis aus nächster Nähe zu sehen und sogar eine Robbe in der Nähe schwimmen zu beobachten, machte das Erlebnis unvergesslich.
Aufgrund der weiterhin rauen Wetterbedingungen wurde schließlich entschieden, zu K1 zurückzukehren, um ein bevorstehendes Wetterfenster für die Ausbringung am nächsten Tag zu nutzen.
Between Storms and Science: Easter in the Labrador Sea (04.04.26–13.04.26)
Ocean Acidification
Humans Just Flew Around the Moon This Week. But Would Babies Born There Ever Truly Feel Gravity? Ask Jellyfish Babies.
This week, NASA’s Artemis II crew made history by flying around the Moon and returning safely to Earth, the first human journey to the Moon’s vicinity in more than 50 years. It was a stunning reminder that humanity is no longer just dreaming about living beyond Earth. We are actively rehearsing for it.
And that leads to a much stranger, deeper question: even if one day we build skyscrapers on the Moon, raise families there, and turn space into a place to live, will babies born away from Earth develop a normal sense of gravity? Or will their bodies learn the universe differently?
To explore that question, NASA once turned to an unexpected stand-in for human babies: jellyfish babies. On the STS-40 mission, scientists sent thousands of tiny jellyfish polyps into space because jellyfish, like humans, rely on gravity-sensing structures to orient themselves. The experiment asked a simple but profound question: if a living body develops in microgravity, will it still know how to handle gravity later?
The answer was both fascinating and unsettling. The jellyfish developed in space in large numbers, but once back under Earth’s gravity, the ones that had developed in microgravity showed far more pulsing abnormalities than the Earth-grown controls. In other words, their bodies formed, but their sense of balance did not seem to work quite the same way.
That is why this old jellyfish experiment still matters today. Before we imagine lunar cities, schools, nurseries, and generations born off-world, we need to ask not only whether humans can survive in space, but whether developing there changes how the body understands something as basic as up, down, and movement. Jellyfish babies cannot tell us everything about human children, but they may have given us one of the first clues that life born beyond Earth might not come home unchanged.
Reference: https://nlsp.nasa.gov/view/lsdapub/lsda_experiment/0c10d660-6b12-573d-8c3b-e20e071aed3b
Image: GEOMAR, Sarah Uphoff
-
Climate Change9 months ago
Guest post: Why China is still building new coal – and when it might stop
-
Greenhouse Gases9 months ago
Guest post: Why China is still building new coal – and when it might stop
-
Greenhouse Gases2 years ago嘉宾来稿：满足中国增长的用电需求 光伏加储能“比新建煤电更实惠”
-
Climate Change2 years ago
Bill Discounting Climate Change in Florida’s Energy Policy Awaits DeSantis’ Approval
-
Climate Change2 years ago嘉宾来稿：满足中国增长的用电需求 光伏加储能“比新建煤电更实惠”
-
Renewable Energy6 months agoSending Progressive Philanthropist George Soros to Prison?
-
Carbon Footprint2 years agoUS SEC’s Climate Disclosure Rules Spur Renewed Interest in Carbon Credits
-
Greenhouse Gases10 months ago
嘉宾来稿：探究火山喷发如何影响气候预测