RV Pelagia Cruise Report: Cruise 64PE155, Project MARE-1, Mixing of Agulhas Rings Experiment C. Veth Chief Scientist
NIOZ, Texel, 2000
2
Table of contents nr.
Chapter
page
1
Cruise Narrative
5
1.1
Highlights
5
1.2
Cruise Summary Information
5
1.3
List of Principal Investigators
11
1.4
Scientific Programme and Methods
11
1.5
Major Problems Encountered during the Cruise
18
1.6
List of Cruise Participants
19
2
Underway Measurements
20
2.1
Navigation
20
2.2
Echo Sounding
20
2.3
Thermo-Salinograph Measurements
20
2.4
Vessel mounted ADCP measurements
20
2.5
Meteorological measurements
20
3
Hydrographic Measurements -Descriptions, Techniques, and Calibrations 21
3.1
Rosette Sampler and Sampler Bottles
21
3.2
Temperature Measurements
22
3.3
Pressure Measurements
22
3.4
Salinity Measurements
23
3.5
Oxygen Measurements
23
3.6
Nutrient measurements
24
3.7
CTD Data Collection and Processing
25
3.8
LADCP Data Collection and Processing
25
3.9
Data Management
25
4
Acknowledgements
26
Appendix A (Weekly messages)
27
Appendix B (cruise summary file)
42
3
The research reported here is part of the contribution to the Dutch Clivar programme CLIVARNET that is funded by ALW, subsidiary of the Netherlands Organization for Scientific Research (NWO), contract no. 750.710.01
4
1 Cruise Narrative 1.1 a:
Highlights MARE-project, RV Pelagia cruise 64PE155 in the Agulhas retroflection area (leg 6 in "Pelagia around Africa)
b:
Expedition Designation (EXPOCODE): 64PE155
c:
Chief Scientist:
Drs. C. Veth
Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ) P.O.Box 59 1790AB Den Burg/Texel The Netherlands
d:
Telephone:
+31(0)222-369414
Telefax:
+31(0)222-319674
e-mail:
[email protected]
Ship: RV Pelagia, Call Sign: PGRQ length 66 m. beam 12.8 m draft 4 m maximum speed 12.5 knots
e:
Ports of Call: Cape Town (South Africa) – Cape Town (South Africa)
f:
Cruise dates: February 27, 2000 to March 19, 2000
1.2
Cruise Summary Information
Summary In the evening of February 27th RV Pelagia left port in Cape Town and headed south for the expected northern edge of Agulhas ring ASTRID. The position of ASTRID was determined by satellite altimetry (TOPEX/ERS-2) analysis in combination with infra-red images of the Agulhas retroflection area. We arrived at the northern edge on February 28th around noon and planned to start with two perpendicular sections with the undulating platform SCANFISH in order to determine the approximate size, shape and position of the ring. It was decided to make two SCANFISH transects (north-south and west-east) through the satellite-estimated centre at about 37.5 S, 18.5 E. Based upon the SCANFISH results two CTD-sections were planned through the calculated centre at an angle
5
of 45 (northeast-southwest and southeast-northwest). Technical problems with the tow-link of the SCANFISH resulted in a delay of some hours, but at about 17:00 UTC the north-south SCANFISH transect along the 18.5 East meridian through ASTRID started. The SCANFISH was set to undulate in the depth interval 15 -190m. In order to monitor the crossing of the ring edge without interrupting the data collection, the salinity and temperature were recorded by hand each time the undulator reached the 100 dbar pressure level(later at 50 dbar). With a cruising speed of about 6 knots the SCANFISH system made undulations of a period duration of 15 minutes, corresponding to one upand-down motion in 1.5 nautical mile. The north-south transect was prematurely interrupted by mechanical problems with one of the steering flaps before the southern edge of the ring was crossed. The estimated repair time was so long that we decided to steam to the starting point of the second SCANFISH transect at 3745' S, 16.5 E, the west-east transect. This transect was completed at 3745' S, 20 E without interruption. The SCANFISH sections ended on March 2nd at about 17:00 UTC. At the end of the undulator section a first test with the microstructure profiler FLY was performed. Technical problems with the special winch and line-pulling system caused this test to end prematurely. The first CTD-section started at March 3rd in the morning. At intervals of 10 nm CTD/Rosette casts were performed. Most casts to a depth of 1000 m and occasionally to the bottom (between 4000 and 5000 m). The hydrographical CTD/Rosette series was interrupted occasionally by a geological station with an extra CTD-cast and two multinet hauls. The NE-SW transect was not entirely completed due to bad weather. The transect ended on March 5th at 21:00 UTC. It was decided not to wait for the weather to improve and continue the transect, but to steam to the beginning of the second (SE-NW) CTD/Rosette transect that started on March 6th at about 10:00 UTC. Halfway this transect, near the centre of the ring ASTRID, two ARGOS buoys were deployed separated by a distance of about 10 nm. The CTD transect was completed on March 9th in the afternoon. During the crossing of the northwest edge of the ring a series of microstructure casts have been made. In collaboration with the "home base" at the University of Utrecht it was decided to complete the nonfinished north-south SCANFISH transect and the northeast-southwest CTD-transect with a number of extra CTD-casts. After completing this part of the programme, R.V. Pelagia steamed to the assumed location of the second Agulhas ring "LAURA", centerd around position 35 S, 14.5 E . Between ASTRID and LAURA a series of CTD-cast were done to get information on the region between the two rings. From infra-red imagery it seemed that small satellite rings appeared next to ASTRID. The first series of CTD/Rosette casts, with additional microstructure measurements in LAURA looked very different from the profiles measured in ASTRID and after consultation the "home base" at the IMAU it was clear that the ring LAURA was probably at a different location. The infra-red images of this region are hard to interprete due to an abundance of clouds and all kinds of surface water streamers. Near the newly proposed position of the ring LAURA, around 37 S, 14.5 E a series of CTD/Rosette casts was performed from northwest to southeast and after consultation Utrecht it was decided to finish the programme with a last long CTD/Rosette section through LAURA in the direction of ASTRID as far as time permitted. In the assumed centre of LAURA an ARGOS buoy was
6
deployed and at the far end of the measurement series an extra ARGOS buoy was deployed in ASTRID, because it appeared that one of the first two buoys didn't give a signal. All the CTD-series were interrupted occasionally by geo-stations with an extra CTD-cast and two multinet hauls.
Cruise Track
Figure 1.
Cruise track of RV Pelagia cruise 64PE155. The dots idicate hydrographic stations
and the dashed circle the position of ring Astrid at the beginning of the cruise as determined by satellite altimetry.
Hydrographic Stations Details on the hydrographic stations can be found in the Cruise Summary (Appendix A) A total of 89 hydrographic stations was performed. On 3 of these stations a SCANFISH undulator haul was done. In these cases a station was defined by the period between deployment and recovery of the SCANFISH. On 84 stations standard CTD casts were recorded (see figure 2). In 7 cases an extra shallow (400 m) CTD cast was recorded to take samples for the geological research and two multinet hauls were performed. Water samples were taken at most stations inside ring Astrid and ring Laura
7
(see figure 4.) for the determinations of nutrients, salinity and dissolved oxygen and on geological stations for geological and biological research. Three water samplers in the rosette system were fitted with reversing electronic pressure sensors. A Lowered Acoustic Doppler Current Profiler (LADCP) was attached to the CTD/Rosette frame to measure the vertical profiles of the current speed and direction. At 20 stations a microstructure probe FLY was deployed. ARGOS drifters were deployed at 4 stations. The positions of the hydrographic stations are indicated in figure 2. At the hydrographic stations the SBE9/11+ CTD was lowered with a speed of about 1 m/s. Due to the use of a bottom indicator switch we were able to sample to within quite a short distance from the bottom (5 m).
Figure 2. The CTD-stations
Hydrographic Sampling SCANFISH Two perpendicular transects were made with a SCANFISH MKII-1250 (GMI (Denmark)), undulating wing-type platform supplied with a Seabird SBE9/11+CTD and a Chelsea Fluorometer. The SCANFISH undulated in a vertical depth range between 15 and 190 m at a sailing speed of 6 to 7 knots.
8
Scanfish sections
Latitude (South)
-34
st1 -36 st1
st2
st3
st3
-38 st2 -40 12
14
16
18
20
22
Longitude (East)
Figure 3. Scanfish transects
CTD/Rosette During the up-cast of each CTD/rosette station water up to 24 samples were taken at regular depth intervals. The vertical distribution of the sampling locations and depths is indicated in figure 4.
W a te r s am p le s ta ke n S tatio n nu m b er
0
10
20
30
40
50
60
70
0
Pressure (dbar)
1000 2000 3000 4000 5000
Figure 4.
Vertical distribution of the water samples versus station number.
9
80
90
Lowered ADCP At most stations current velocity and direction from the entire CTD-cast depth were measured with two synchronized, self-contained 300 kHz ADCP's mounted on the CTD/Rosette frame. One of the two is downward looking (the master), and the other one upward looking (the slave).
ARGOS drifters During the cruise four ARGOS drifters were deployed. The drifters used were standard spherical WOCE/TOGA mixed layer drifters (diameter 30 cm), fitted with a holey sock drogue at 15 m. The drogues had a length of 7 m, and a diameter of 1 m. The ARGOS ptt numbers of the drifters are 19289, 19286, 19288 and 19287 (See figure 5, A, B, C, and D respectively, for the deployment positions). Number 19288 failed to work.
ARGOS drifters
Latitude (South)
-34
-36 D C
B
-38
A
-40 12
14
16
18
20
22
Longitude (East)
Figure 5.
Positions of drifter deployments.
Microstructure Profiler FLY II At a number of stations (see figure 6), mainly near the edges of Agulhas rings, the micro-structure probe FLY II has been deployed in order to determine the rate of dissipation of turbulent kinetic energy
. The FLY II deployment requires a special winch and linepuller, in such a way that the
instrument can make a free-falling motion through the water. Initial technical problems with the winch and linepuller caused two deployment failures with this instrument. The turbulence level in the ring edges turned out to be so low, that the micro-structure probe had difficulty measuring the dissipation level. The threshold level of the instrument is about 2e-9 W/kg for
. Near the ring edges the turbulent dissipation levels were of this order of magnitude, but 10
in the ring centre probably lower. That means that only an upper level of turbulent dissipation can be estimated.
Microstructure Profiler FLY
Latitude (South)
-34
-36
-38
-40 12
14
16
18
20
22
Longitude (East)
Figure 6. Position of micro-structure probe deployments
*.SUM file (the stations summary) A hard copy of the preliminary *.SUM file describing all stations is added in the appendix B.
1.3
List of Principal Investigators
Name
Responsibility
Affiliation
Drs. C. Veth
LADCP, FLY-measurements.
NIOZ/Texel
Dr. H.M. van Aken
Ocean hydrography, ARGOS drifters.
NIOZ/Texel
Drs. A.K. v. Veldhoven
Ocean hydrography
NIOZ/Texel
J.H.F. Jansen
Geology, Multinet, aquaflow pump
NIOZ/Texel
Dr. G.M. Ganssen
Geology, Multinet, aquaflow pump
VU/Amsterdam
Ing. S. Ober
CTD/rosette & (L)ADCP-technology
NIOZ/Texel
Dr. M. Rouault
meteorology and air-sea interaction
UCT/Cape Town
1.4
Scientific Programme and Methods
The physical research within the MARE (MARE =Mixing of Agulhas Rings Experiment) programme. The Physical Department of NIOZ participated in the MARE-project that is one of the main components of the Dutch contribution to CLIVAR (Climate Variability and Prediction). Climate variability at interannual, decadal to millennial time scales is coupled to variations in the ocean’s
11
thermohaline circulation (THC). Interocean exchange of water (between the Indian Ocean and the South Atlantic) around South Africa is thought to be a key link in the maintenance of the THC. As a result, variability in interocean exchange induces variability in the global THC and can affect the production of North Atlantic Deep Water (NADW) and associated climate variability over Europe. Interocean exchange between the Indian Ocean and Atlantic Ocean, or Agulhas leakage, occurs on an intermittent basis. It is determined largely by the shedding of Agulhas rings which is extremely variable on an interannual time scale. As a result Agulhas rings seem to be the most likely source of South Atlantic circulation anomalies that, in the long run, influence NADW production. However, at present it is unclear what fraction of Agulhas Ring Water is transferred to the THC by mixing with the Benguela Current in the Cape Basin. The main objective of the MARE programme is to determine the proportion of the Agulhas leakage that contributes to the northward branch of the THC, to estimate its variability at interannual to millennial time scales and to determine the impact of anomalous Agulhas leakage on the strength of the Atlantic overturning circulation and associated (actuo- and palaeo-) climate fluctuations over the northeast sector of the Atlantic Ocean. Sub-questions (‘operational questions’) to answer are: 1.
What is the decay rate of an individual ring: how fast does a ring loose its properties to the surrounding water?
2.
What is the relative role and magnitude of air-sea interaction in the initial stage of ring formation and in later stages?
3.
What is the relative role of interleaving with subsequent, vertical-shear induced turbulence and double-diffusive processes on the exchange of Agulhas ring water with its surroundings?
4.
What is the influence of bottom topography on the decay of Agulhas rings? To achieve these goals, three cruises were planned of which the first two have already been
carried out. During the first cruise (MARE I, March 2000), that was carried out within the framework of “Pelagia around Africa”, a newly formed Agulhas ring (called "Astrid") was investigated, south of Cape Town. At this stage the ring was visible with satellite altimetry measurements (sea surface height, SSH) as well as with satellite sea surface temperature measurements (SST). The same Agulhas ring "Astrid" will be investigated again during the second cruise (MARE II, July 2000) on board S.A. Agulhas. At that time the ring will only be visible in the SSH. In between the cruises the ring will be tracked by satellite altimetry and ARGOS-buoys. During the cruise the Agulhas ring was crossed a couple of times with an undulating CTD-system, CTD (Conductivity, Temperature, Depth) and (Lowered) ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) equipment, which yielded profiles and sections of temperature, salinity, potential density and the velocity components and chemical parameters from the water samples taken.
12
The Physical Department of NIOZ is mainly involved in the sea-going part of the project. The other participating institutes (IMAU- Utrecht, KNMI-De Bilt) emphasize the modelling and theoretical study of this subject. The objective of the geological research within the MARE programme is threefold. In the first place, we want to develop a record of the history of the Agulhas Rings during the late Quaternary, with its glacial to interglacial variations of the global climate. Special emphasis lies on a highresolution record of the last 20 000 years, the last deglaciation. The second objective is to describe the South Atlantic oceanographic system during periods when it looked different from today, possibly even without incoming Agulhas Rings. For these two objectives, sediment cores will be taken during the forthcoming MARE 2 and MARE 3 expeditions. Thirdly, we will develop proxies for the Agulhas Rings; proxies being characteristic properties of the sediment that describe the marine environment above. For this purpose, we sampled plankton with the multinet. This device is towed through the water with low speed (2 to 2.5 knots) while it is slowly raised. By successively opening and closing the different nets, the plankton is collected out of nine intervals between 800 m, 500, 300, 150, 100, 75, 50, 25, and 10 m water depth, and the sea surface. In these samples, the plankton composition will be studied, particularly of the foraminifera, a group of calcareous zooplankton. At each multinet station, two CTD casts were taken to determine the nutrient contents and stable isotope composition of the seawater at different depth in the water column. From all CTD depths, water samples were filtered on board for the measurement of stable isotope composition and chlorophyll a of the Particulate Organic Matter, and to study the coccolithophores, a calcareous phytoplankton group. Additionally, the same type of plankton and water samples were collected twice a day from 5 m below the water surface with the aquaflow pump, to get informed about the spatial distribution of the proxies.Thanks to the close co-operation with the physical oceanography staff, we have been able to successfully sample a nice collection of samples for the study of foraminifera and other components and proxies in the two visited Agulhas Rings Astrid and Laura, and their margins.
13
GEO-stations -34
Latitude (South)
58 -36
39 36
75
12
-38
8 28
20/21
-40 12
14
16
18
20
22
Longitude (East)
Figure 7. The positions of the geo-stations (with station numbers) The objective of the biological research within the MARE programme is twofold 1. Diversity and dynamics of microbial communities in an Agulhas Ring Cytological techniques, such as flow cytometry, and molecular biological methods, such as PCR, DGGE and DNA sequence analysis are used.. These parameters have been studied in relation to general parameters determined during the cruise, such as nutrient concentrations. Also the phytoplankton has been studied with flow cytometry. Water samples of different sites, inside and outside the ring, and at different were filtered in order to collect the micro-organisms. DNA of these organisms will be isolated. The DNA will be used in several molecular biological techniques in order to compare the structure of the different communities in space and time, and to identify the dominant populations. The study must give a better understanding about the structural and functional stability of the microbial communities in the different water masses inside and outside Agulhas rings. (Sub project participants: Marcel Veldhuis, Gijsbert Kraay, Harry Witte, en Gerard Muyzer) 2. Phytoplankton composition and viability The second biological aim of the MARE-1 cruise was to determine the phytoplankton composition on a transect across the agulhas rings named Astrid and Laura as well as the viability of this plankton component. For this purpose discrete water samples (6 to 12) were taken of the upper 300m of the water column. Samples were analyzed using a flow cytometer, which determines the size, chlorophyll, and phycoerythrin fluorescence of each individual particle. Based on these optical characteristics phytoplankton can be classified on the species level or clustered in-groups with similar size and fluorescence content. The most abundance species which could be assigned was Synechococcus. This species can easily be distinguished from the other phytoplankton components by its orange fluorescence caused by the pigment phycoerythrin. Next in abundance is a variety of eukaryotic phytoplankton species, largely varying in size with depth and along the transect but these were far
14
below in abundance in comparison with the Synechococus. Further classification will be done on base of the detailed pigment composition. For this purpose samples were taken at most CTDfys1000 stations at 4 different depths. In order to have an indication of the ‘health’ of the phytoplankton, subsamples were examined for their viability. This assay was performed directly after sampling. But before we have any idea of usefulness this new technique we must carefully analyze the data at home. (Gijsbert Kraay & Marcel Veldhuis)
Preliminary Results At this stage of the project we will only show some preliminary results of the physical oceanographical research, mainly based upon the CTD-data. The CTD-data were already processed and analyzed on board, in order to adapt the cruise plan to the actual situation encountered in the field. At the start of the cruise the Agulhas ring Astrid coincided rather well with the position obtained from satellite-altimetry data. The two perpendicular SCANFISH sections were used to estimated the central position of the ring. An example of a SCANFISH measurement is given in figure 8, the westeast temperature and salinity section.
15
Figure 8. West-East SCANFISH sections of temperature and salinity The central part of the ring shows a homogeneous watermass of warm and salty water of Indian Ocean origin. Near the edges strong horizontal and vertical gradients are visible. The CTD-sections, that run from Northeast to Southwest (stations 5 to 20) and Southeast to Northwest (stations 21 to 39) confirm this picture. Examples of CTD-sections (combined stations 21 to 39 and 50 to 59) to a depth of 1000 m, are given in figure 9. Theta-S plots of the stations indicate that the water warmer than about 12ºC in the ring is different from the water outside of the ring. The 12ºC isotherm is a kind of border between the warm and salty ring water and the "background" water. This isotherm has a depth of about 600 m in the centre of the ring and 200 m in the ring edges. The isopycnals bulge downward under the weight of the warm and salty dome of Indian Ocean water in such a way that strong geostrophic currents run more or less in a circular way around the ring centre. These currents, that Figure 9. CTD-sections of potential temperature, salinity and density through ring Astrid (station 21 – 39) and outer-ring area.
16
have a speed of about 3 to 4 knots at the surface near the ring edge, clearly influenced the navigation of R.V.Pelagia. With the Lowered ADCP measurements, the picture of the geostrophic currents that run in circles was confirmed. The layers of water rotated roughly as a rigid body, but with a different speed at different depths. That means that inside the ring the main velocity gradient was directed vertically. At the ring edge the main velocity gradient also had an important horizontal component. A picture of the measured Lowered ADCP velocities, averaged over layers of a thickness of 200 m, is shown in figure 10. As well as the geostrophic current derived from the density sections as the directly measured currents indicate that the rotational motion is detectable as deep as the bottom (4500 – 5000 m). This means that an Agulhas ring is a feature that is present over the whole water column.
Figure 10. The velocity field in the ring “Astrid” as measured with the lowered ADCP during the MARE-I cruise. The velocities are averaged over depth intervals of 200 m, indicated by the rings in the figure, except for the surface layer that is averaged over 100 m. The maximum velocities at the surface are of the order of 1.5 m/s (3 knts). The individual discs seem to rotate almost as a rigid body with a strong velocity shear near the ring edge. Rotation of the ring is detectable as deep as the bottom
17
at 5000 m. The velocity field measured by LADCP corresponds well with the geostrophic velocity field as determined by density sections. In the gradient zones near the ring edges the isopleths of temperature and in particular salinity are very irregular although the isopycnals are smooth. This indicates interleaving of water masses at the ring edge, probably due to the strong horizontal velocity gradients at the edge. The stations 50 to 59, 60 to 69 and 70 to 89 constituted sections that have been worked in a search for another Agulhas ring: Laura. An indication for a weak ring has been found centered around station 75. The final section of stations 75 to 89 to the east entered ring Astrid again and showed that the ring had moved to the north-northwest over a distance of about 100 km in 2 weeks. This was later confirmed by ARGOS drifter positions.
1.5
Major Problems encountered during the Cruise
A number of problems was encountered during the cruise, most of them were solved without great loss of time. a.
The gyro-compass was broken down. This was detected in the harbour of Cape Town during the implementation of the software for the vessel-mounted ADCP. It was possible to find the right spare part in Cape Town in time, thanks to the shipping agent.
b.
The tow-link of the SCANFISH undulator showed considerable wear and had to be repaired. A different way of mounting this tow-link solved the problem.
c.
An axis of one of the undulator flaps was not secured well enough and caused almost the loss of the steering flap. Thanks to the ships technician this problem was solved.
d.
The line-puller of the FLY II micro-structure probe showed very much friction. Reparation of a ball bearing by the ships technician solved the problem.
e.
The FLY II winch cable easily gives problems when the FLY is recovered after a deployment. The winding process has to be guided manually, otherwise complicated knots are made.
f.
Some of the temporary sailors didn't have much experience with the handling of equipment. For this reason the captain advised to end a CTD section prematurely because of increasing wind at a moment where the regular crew should have operated still. Also due to this lack of experience a tow link of the multinet was damaged during the handling of the A-frame.
g.
On the way back to Cape Town, the ABC-system, that, among other things, saves the data of the underway measurement system, broke down due to a hard-disc crash. The problem was solved temporarily and partially by giving more tasks to another disc.
h.
The memory of the Lowered ADCP has to be read out regularly because of the limited size of the memory. This reading is going very slowly and requires very much time. Only thanks to the deployment time of the multinet, it was possible to empty the LADCP memories without too much time loss. Occasionally it was necessary to drop a LADCP measurement at a less
18
important station. It would be very nice to find a way to read the LADCP memories faster. This problem must be addressed to R&D Instruments Inc. i.
The LADCP files tend to break up into parts. This problem seriously disturbs the processing of the LADCP data. A relation between file break-up and the battery power has been suggested, but in that case the battery voltage specifications have not been met. This problem will be addressed to R&D Instruments Inc.
1.6
Lists of Cruise Participants
Scientific crew person
responsibility
Institute
C. Veth
Chief Scientist, micro-structure, CTD, LADCP
NIOZ
H.M. van Aken
Hydro-Watch, CTD, ARGOS drifters, Data Management NIOZ
J.D.J. Derksen
Computer Network, Electronics
NIOZ
G.M. Ganssen
Geology, Multinet, aquaflow pump,
VU
B.P. Groot
Oxygen determination
NIOZ
M.A. Hiehle
Hydro-Watch, Salinity Determination, Data Management
NIOZ
J.H.F. Jansen
Geology, Multinet, aquaflow pump
NIOZ
G.W. Kraay
Flowcytometer, pigments,
NIOZ
S. Ober
CTD system, Thermometry, ADCP, LADCP
NIOZ
M. Rouault
Meteorology
UCT
M. van der Vegt
Hydro-Watch, CTD
IMAU
A.K. v. Veldhoven Hydro-Watch, CTD
NIOZ
N.C. Vervaet
Hydro-Watch, CTD
IMAU
E.M. v. Weerlee
nutrients determination
NIOZ
C.P. Whittle
Hydro-Watch, CTD
UCT
NIOZ: Netherlands Institute for Sea Research, Texel IMAU: Institute for Marine and Atmospheric Research, Utrecht University UCT: University of Cape Town (South Africa)
Ships crew John Ellen
captain
Marco van Duijn
first mate
Bert Puyman
second mate
Jan Pieterse
first engineer
19
Jan Kalf
second engineer
A. de Wolf
cook
Roel v.d. Heide
ships technician
M. Verschoor
sailor AB
G. Struik
sailor AB
M. v.d. Ruit
sailor AB
2
Underway Measurements
2.1
Navigation
RV Pelagia has several different navigational systems. We used the Differential GPS receiver for the determination of the position. For a large part of the cruise only GPS was applied, because coast stations were not available within the reach of the ship. At certain periods of the day, mainly during the night shift of 00:00 to 04:00 GMT, strong jumps in the GPS-position occurred. The data from the GPS receiver were recorded every ten seconds in the ABC data logging system. After the removal of a few spikes these data were sub-sampled every 5 minutes.
2.2
Echo Sounding
The 3.5 kHz echo sounder as well as the navigational Furuno echo sounder were used on board to determine the water depth. The uncorrected depths from these echo sounders were recorded in the ABC data logging system. Over steeper parts of the bottom topography the depth digitizer of the 3.5 KC echo sounder was occasionally not able to find a reliable depth. The maximum range of the Furuno echo sounder to obtain reliable results was about 800 m.
2.3
Thermo-Salinograph Measurements
The Sea Surface Temperature, Salinity, and Fluorescence measured continuously with an AQUAFLOW thermo-salinograph system with the water intake at a depth of about 3 m. For the calibration of the salinity sensor, water samples were taken regularly.
2.4
Vessel mounted ADCP measurements
A 75 kHz vessel mounted ADCP (RDI) recorded the water current field continuously down to a depth of 600 m below the ship. The quality of these data depend very much on reliable GPS and gyrocompass data. A first look to the VM-ADCP data shows that they are good, but it will take some time in the post-processing phase to get the final data.
20
2.5
Meteorological measurements
A number of meteorological data are recorded by the ABC underway logging system. The following instruments are the standard meteo-set of the R.V. Pelagia as "selected ship", partially provided by the Royal Dutch Meteorological Institute (KNMI): Instrument
range
accuracy
Wind anemometer
0-75 m/s
0.10 m/s
Wind direction
0-360 degrees
1 degree
Dry bulb air temp
-30 – 50 ºC
0.05 ºC
Rel. humidity
0 – 100 %
0.5%
Air pressure
940 – 1060 hPa 0.06 hPa
Global radiation
0 – 2000 W/m2 1% of measured value
(PAR-sensor) In addition to the standard instrument set, specific sensors were installed by the participants of the University of Cape Town: 1.Radiation measurements: To calculate the net heat budget at the surface, measurement of the incoming short wave and long wave radiation was required. The outgoing long wave radiation is calculated as a function of the sea surface temperature and the outgoing short wave radiation is taken as a fraction of the incoming short wave radiation (7%). The incoming short wave radiation was measured with an Eppley precision spectral pyranometer. It has a thermopile detector with a long term stability. The pyranometer has two hemispheres, with the inner hemisphere blocking the infrared radiation from the outer one. The incoming long wave radiation was measured with an Eppley precision infrared radiometer. It measures the exchange of radiation between a horizontal blackened surface and the sky. Both devices were sampled with a Campbell CR10 datalogger system. 2.Backup relative humidity and temperature measurements Relative humidity and temperature measurements were supplied by a Vaisala HMP35D relative humidity sensor, housed in a radiation shield. This instrument utilises a HUMICAP, a thin film capacitive sensor that has become a reseach standard. The humidity and temperature were sampled every 10 s with a datalogger system. 3.CR10 Datalogger: The CR10 is a measurement and control system protected in a sealed and rugged canister. It provides sensor measurement, timekeeping, communication, data reduction and data and program storage. The datalogger interfaces with a wiring panel where the slow response sensors (pyranometer and radiometer) can be powered and sampled. Communication was also maintained with a laptop computer so that the data stored on the datalogger could be backed up to magnetic tape daily.
21
3 Hydrographic measurements - Descriptions, Techniques, and Calibrations 3.1
Rosette Sampler and Sampler Bottles
A 24 position rosette sampler was used, fitted with 5 and 10 litre NOEX sampler bottles. A multivalve system, developed at NIOZ, allowed closing the sampler bottles by computer command from the CTD operator. The general behaviour of the samplers was good. No errors in the functioning of the rosette sampler itself could be detected. A problem with the NOEX sampler bottles that occurred during the MARE-0 cruise was solved. For a number of bottles an O-ring had to be replaced by one with another diameter and softer type of rubber.
3.2
Temperature Measurements
No reversal thermometers were used for the calibration of the CTD-thermometer S/N 2118, but in principle the pre- and post-cruise factory calibration was adapted as standard. In laboratory circumstances the stability was < 0.001 ºC/year and the accuracy 0.002 ºC. For monitoring the behaviour of the temperature sensor of the CTD-system during the cruise a high precision SBE35 reference temperature sensor was mounted on the CTD-rack, which recorded the temperature every time a sampler was closed. Preliminary results of comparison of the primary CTD temperature sensor with the SBE35 sensor indicate that the temperatures showed a strong agreement. Comparison of CTD-thermo sensor and SBE35 are summarized in the table:
diff. TEMP
all
>500
>1000
>2000
cleaned
mean
0.0125
0.0070
0.0040
0.0013
0.0013
stdev
0.0473
0.0213
0.0120
0.0016
0.0012
median
0.0019
0.0019
0.0011
0.0011
0.0011
max
0.4511
0.0814
0.0719
0.0054
0.0036
min
-0.0903
-0.0903
-0.0085
-0.0011
-0.0003
133
78
48
30
25
N
The final calibration of the temperature sensor S?N 2118 was completed before the end of the cruise.
3.3
Pressure Measurements
Pre- and post-cruise factory calibrations of the CTD pressure sensor S/N 48349 showed a stability of 3 dbar over a period of 5 year. In the thermometer racks, mounted on sampler bottles, also SIS reversing electronic pressure sensors were placed. Before the cruise these sensors were calibrated by the manufacturer. Also readings of the deck pressure was performed with the SIS sensors to determine the zero offset. Comparison between the CTD-pressure sensor and the SIS sensors is summarized in the table: diff. PRES
dPRS
dPRS
dPRS
22
dPRS
(p6532)
(P6500)
(P6543)
all
mean
-1.0
-1.6
-0.8
-1.2
stdev
1.2
1.3
1.2
1.3
max
0.9
0.6
1.1
1.1
min
-3.1
-5.0
-3.3
-5.0
median
-1.1
-1.5
-0.6
-1.2
The final calibration of the pressure sensor S/N 48349 was completed before the end of the cruise.
3.4
Salinity Measurements
Water was drawn from the samplers into a 0.25 litre glass sample bottle for the salinity determination after 3 times rinsing. The sample bottles had a stopper as well as a screw lid. The salinity of water samples was determined by means of an Guildline Autosal 8400B salinometer. The salinometer was installed in a laboratory container, fitted with an air conditioning system. This kept the surrounding air temperature constant within 1°C. The readings of the instrument were performed by computer, giving the average and statistics of 10 consecutive readings. For each sample 3 salinity determinations were carried out. The standard water used was from batch P134 with a K15 ratio of 0.99989 (S=34.996). From each deep CTD/rosette cast an extra duplicate sample was drawn. Salinity determinations from the duplicate samples obtained from independent runs were used to determine the reproducibility of the salinity determination. The results from the water sample salinities will be used to determine the calibration of the CTD conductivity sensor. A preliminary analysis of the difference between the water sample salinity and the CTD salinity sampled is presented in the table:
diff. SAL
all
> 1000 dbar
> 2000 dbar
mean
0.0003
0.0002
-0.0009
stdev
0.0051
0.0053
0.0010
RMS
0.0051
0.0053
0.0013
median
-0.0005
-0.0006
-0.0009
max
0.0391
0.0391
0.0015
min
-0.0125
-0.0125
-0.0032
N
113
82
36
Post- and pre-cruise calibration of the conductivity sensor S/N 995 showed a stability of <0.0001 (S/m)/year and an accuracy of 0.0002 S/m.
3.5
Oxygen Measurements
23
For the oxygen determination water samples were drawn in volume calibrated 120 ml pyrex glass bottles. Before drawing the sample each bottle was flushed with at least 3 times its volume. The determination of the volumetric dissolved oxygen concentration of water samples was carried out by means of a spectrophotometer Winkler technique, recently developed at NIOZ [see Su-Chen Pai et al., Marine Chemistry 41 (1993), 343-351]. Before and after the cruise the spectro-photometer was intercalibrated with an automatic end point determination Winkler method. The stock solution of KJO3 used in the analysis was prepared and calibrated in the laboratory by using gravimetric methods. The stock solutions were stored at low temperature (~4C). At each cast where samples for the oxygen determination were drawn, duplicate samples and were drawn from the deepest water sampler in order to determine the precision of the analysis.
3.6
Nutrient Measurements
From all sampler bottles samples were drawn for the determination of the nutrients silicate, nitrite, nitrate and phosphate. The samples were collected in polyethylene sample bottles after three times rinsing. The samples were stored dark and cool at 4 ºC. All samples were analysed for the nutrients silicate, nitrite, nitrate and phosphate within 10 hours with an autoanalyzer based on colorimetry. The laboratory container was equipped with a Technicon TRAACS 800 autoanalyzer. The samples, taken from the refrigerator, were directly pored in open polyethylene vials (6 ml) and put in the auto-sampler trays. A maximum of 60 samples in each run was analysed. The different nutrients were measured colorimetrically as described by Grashoff (1983):
Silicate reacts with ammoniumolybdate to a yellow complex, after reduction with ascorbic
acid the obtained blue silicamolybdenum complex was measured at 800 nm (oxalic acid was used to prevent formation of the blue phosphatemolybdenum).
Phosphate reacts with ammoniummolybdate at pH 1.0, and potassiumantimonyltartrate was
used as an inhibitor. The yellow phosphatemolybdenum complex was reduced by ascorbic acid to blue and measured at 880 nm.
Nitrate was mixed with a buffer imidazole at pH 7.5 and reduced by a copperized-cadmium
coil (efficiency > 98%) to nitrite, and measured as nitrite (see nitrite). The reduction-efficiency of the cadmium-column was measured in each run.
Nitrite was diazotated with sulphanilamide and naftylethylenediamide to a pink coloured
complex and measured at 550 nm.
The difference of the last two measurements gave the nitrate content.
Calibration standards were prepared by diluting stock solutions of the different nutrients in the same nutrient depleted surface ocean water as used for the baseline water. The standards were kept dark and cool in the same refrigerator as the samples. Standards were prepared fresh every day. The samples were measured from the surface to the bottom to get the smallest possible carry-over effects. In every run a mixed control nutrient standard containing silicate, phosphate and nitrate in
24
a constant and well known ration, a so-called nutrient cocktail, was measured, as well as control standards, sterilized in an autoclave or by gamma radiation. These standards were used as a guide to check the performance of the analysis. The autoanalyzer determined the volumetric concentration (μmol/dm3) at a temperature of approx. 20ºC. In order to obtain the densimetric concentration in μmol/kg the volumetric concentrations were divided by the density of sea water at 20ºC, sample salinity, and zero sea pressure.
3.7
CTD Data Collection and Processing
The SBE 9/11+ CTD-system was fitted with temperature sensor S/N 2118 and conductivity sensor S/N 995. For the data collection the Seasave software, version 4.224, supplied by SBE, was used. The CTD data were recorded with a frequency of 24 data cycles per second. After each CTD cast the data were copied to a hard disk of the ship's computer network. Back-up copies were made on CD-ROM. On board the up-cast data files were sub-sampled to produce files with CTD data corresponding to each water sample, taken with the rosette sampler. On board the down-cast CTD data were processed with the preliminary calibration data, and reduced to 1 dbar average ASCII files, which were used for the preliminary analysis of the data. Full re-calibration and data processing will be carried out at NIOZ, Texel.
3.8
LADCP Data Collection and Processing
Current velocity and direction data from the entire water column were measured with two synchronized self-contained 300 kHz ADCP's mounted on the CTD frame. One of the two is downward looking (the master), the other one upward looking (the slave). Data collection takes place during the down- and up-cast of the CTD/Rosette. The data are subsequently stored in solid state memory inside the ADCP. The LADCP data collection was started a few minutes before the deployment of the CTD and was stopped immediately after the CTD was back on deck. Then the data were transferred from the internal solid state memory to the dedicated service computers, and subsequently copied in the appropriate directory on the ships computer network. A MATLAB master script file developed by Martin Visbeck, LDEO, version 4.0, Jan. 2000, has been used for data processing, data reduction and calculations of the currrent velocity and direction profiles. The master script file refers to several other sub-script files. Each of these sub-script file has a specific task controlled by the master script. Essential in the calculations are the correct input of start and stop times and start and stop positions of the CTD (time and positions are derived from the GPSsystem). The MATLAB programme plots the results of the measurements and calculations as well as
25
several quality parameters. The content of the master script and the results of the water profile and bottom track calculations are also stored in three separate ASCII files. See Chapter 1.5.h and 1.5.i for problems with the LADCP.
3.9
Data Management
All raw data were copied to a cruise directory on the network computer of R.V. Pelagia in different groups of sub-directories. Subsequent processed data, final products, documents and figures were copied to separate sub-directories within the cruise directory. Daily back ups were made. At the end of the cruise copies of the whole cruise directory have been made on CD-ROM. By help of a range of measurement forms all data were tracked. A final overview of the hydrographic stations, water samples, and the available raw data was made in a cruise summary file and a water sample file.
4
Acknowledgements The research reported here is a part of the NIOZ/IMAU/KNMI contribution to the Dutch CLIVAR
programme (CLIVARNET). The project was funded by ALW), subsidiary of the Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO), contract no. 750.710.01 . The see-going party of the MARE-community thanks the MARE home front for their continuous support in helping to locate the rings. In particular I like to mention Will de Ruyter, Sybren Drijfhout, Peter-Jan van Leeuwen , Taco de Bruin and Johann Lutjeharms. We thank the ships crew and the personnel of the supporting technical departments of NIOZ for their professional support and active participation in the preparation and execution of the MARE-1 cruise. Also Theo Buisman, Marieke Rietveld and the Cape Town shipping agency Meihuizen Int. for their logistic support.
26
Appendix A De weekberichten, The weekly messages (in Dutch) Proloog op de weekberichten van MARE-1 In deze proloog zal ik uitleggen waarom we met de Pelagia op deze afgelegen plek van de wereldzee zijn, ten zuiden van Kaap de Goede Hoop, en wat we hier proberen te meten. MARE staat voor Mixing of Agulhas Rings Experiment. Het MARE-project is een samenwerkingsproject van een aantal Nederlandse instituten (IMAU Univ. Utrecht, KNMI DeBilt en het NIOZ Texel) en buitenlanse instituten, vooral de Universiteit van Kaapstad. Het onderzoek vindt plaats in het kader van het internationale project CLIVAR betreffende variabiliteit van het klimaat en de voorspelling er van. De gedachte achter MARE is als volgt: In de wereldzeeën lopen een aantal stromen. Sommige hiervan worden aangedreven door de wind, andere door dichtheidsverschillen in het water. De dichtheid van water hangt af van bijvoorbeeld de temperatuur (warm water is lichter omdat het uitgezet is), of van het zoutgehalte (zout water is zwaarder dan zoet water). Deze eigenschappen van water houden een soort lopende band van bewegend water in stand aangedreven door verwarming en verdamping van water rond de evenaar en afkoeling in noordelijker streken. In het dagelijks gebruik van oceanografen wordt deze lopende band “The Great Conveyor Belt” genoemd. In de poolstreken koelt het water af en zal dan onder het toegenomen gewicht gaan zinken. Dit vindt vooral plaats in de noordelijke randzeeën van de Atlantische Oceaan. Dit koude water verspreid zich over de bodem van de oceanen en komt, na langzaam weer veranderd te zijn door menging met het andere water, naar boven in vooral de Stille Oceaan en de Indische Oceaan. Aan het oppervlak stroomt het water dan weer terug naar de Atlantische Oceaan en via het Caribisch gebied, waar het water flink warmer wordt en zouter (door verdamping), gaat het water even later als “Warme Golfstroom” weer naar het noorden. In west-Europa danken wij daar ons zachte klimaat aan. Een heel rondje duurt bij elkaar gemiddeld 500 tot 1000 jaar. Wat heeft dit nu met “Agulhas Ringen” te maken? Het water van de Indische Oceaan dat terug wil stromen naar de Atlantische Oceaan doet dat niet gewoon als een nette stroom. Langs de Afrikaanse zuid-oostkust stroomt de Agulhasstroom weliswaar naar het zuidwesten, maar even voorbij Kaap de Goede Hoop komt deze stroom de grote stroom tegen die om Antarctica heendraait van west naar oost. Zo buigt de Agulhasstroom af naar het oosten en keert terug naar de Indische Oceaan. Dit hadden de oude zeevaarders al ontdekt en er hun voordeel mee gedaan. Vlak bij de kust had men een sterke tegenstroom, maar een stukje naar het zuiden had men de stroom mee op weg naar naar Indië. Bij het omdraaien van richting van de Agulhasstroom gaat wel eens wat mis en snoert de stroom eerder af. Het achtergebleven stuk “stroom” maakt een draaiende beweging en bestaat uit Indische-Oceaanwater dat nu zelfstandig in een omgeving van
27
Atlantisch water zit dat nagenoeg stilstaat. Deze draaiende bel Indische-Oceaanwater heet Agulhas Ring. Deze ring beweegt zich met een boog in de richting van zuid-Amerika en keert tenslotte ook weer naar het zuiden om te verdwijnen in de grote stroom om Antarctica. De ring is echter aan slijtage onderhevig en zal water verliezen. Het is nu dit verloren water dat eigenlijk terugkeert in de lopende band. Het MARE-project. In het MARE-project sporen we zo’n ring op. Dat kan met behulp van satellietgegevens bijvoorbeeld door het meten van het zeeniveau (Topex/Poseidon, ERS) of de oppervlaktetemperatuur. Omdat Indische-Oceaanwater wat warmer is, is het wat uitgezet en staat er als het ware een warm bobbeltje op het zeeniveau dat in het midden enkele decimeters hoger staat dan het omringende Atlantische water. Zo’n bobbeltje heeft een diameter van 300 tot 400 kilometer. Deze ring zullen we doormeten en zien hoeveel extra warmte en zout er in zit vergeleken met Atlantisch water. Door na een half jaar en ook weer na een jaar de ring weer door te meten, kunnen we bepalen hoeveel water van de ring is afgestaan aan de Atlantische omgeving van de ring. We kijken dus eigenlijk naar de afgestane schilletjes van de ring. Agulhasringen en klimaat. Het afgestane ringwater brengt extra warmte en extra zout in de Atlantische Oceaan. Met computermodellen is uitgerekend dat er een verband is tussen het aantal ringen dat bij Kaap de Goede Hoop de hoek om komt en het klimaat in de noordelijke Atlantische Oceaan. Grofweg gezegd en ook zeker nog niet bewezen: minder ringen geeft een zwakkere Golfstroom en dus minder warmte in onze richting. Om meer over deze hypothese te weten te komen moeten we in het verleden kijken. De ringen brengen ook plankton mee uit de Indische Oceaan. Dit plankton gaat dood en zakt naar de bodem van de oceaan. Restanten van sommige soorten zijn terug te vinden in laagjes in de zeebodem. Geologen kunnen van die laagjes de ouderdom bepalen. Als er veel ringen zijn in een bepaalde geologische periode in het verleden, kunnen we eventueel veel restanten van Indische-Oceaanplankton aantreffen, en zo ook het omgekeerde. Interessant is het te weten of er bijvoorbeeld in de ijstijd, toen de Golfstroom heel anders liep minder of geen Agulhasringen waren. Misschien is een verandering in het aantal ringen dat per jaar ontstaat een indicatie voor een klimaatverandering. Wat doen wij nu aan boord? Aan boord van de Pelagia wordt een eerder uit satellietbeelden opgespoorde ring bezocht. Deze wordt vanuit verschillende richtingen doorgevaren en zoutgehalte- en temperatuurverdelingen ervan bepaald. Er worden metingen van de turbulentie gedaan in de randen om de wrijving met het omringende water te bepalen en dus de slijtage van de ring. Er wordt naar het soort plankton gekeken en hoe dit uitzinkt naar de bodem. Het laatste gebeurt met een verankering die al eerder is uitgezet. Telkens na een half jaar bezoeken we de ring weer en kijken hoe alles is veranderd. Om de ring weer terug te vinden gooien we voor de zekerheid ook nog wat boeien in zee, midden in de ring, die via satellieten hun positie aan ons doorgeven. Bij de tweede en derde tocht worden ook kernen uit de zeebodem genomen om de geologische laagjes met of zonder Indische-Oceaanalgen op te sporen.
28
In komende berichten hopen we te kunnen vertellen hoe alles aan boord nu werkelijk verloopt. De plannen zijn goed en de stemming ook, maar er moet voortdurend opgelet worden op pechduiveltjes en de grillen van Neptunus. Kees Veth
Weekbericht 1 MARE-1, woensdagavond 1 maart 19 uur UTC “Wetenschappelijk” deel. De MARE-expeditie is de oorspronkelijke aanleiding tot het “Rondje Afrika” van de Pelagia. MARE staat voor Mixing of Agulhas Rings Experiment. De doelstelling van MARE heb ik uitgelegd in de “proloog”. Voor wie de proloog niet heeft gezien: het gaat er om een ring die ontstaan is door afsnoering van de Agulhasstroom nabij Zuid-Afrika, te volgen over een periode van een jaar in een drietal vaartochten. Er wordt gedacht dat deze ringen een rol spelen in het klimaat omdat de ringen warm en zout water uit de Indische Oceaan afstaan aan de Atlantische Oceaan. Het aantal ringen dat ontstaat per jaar lijkt verband te houden met het klimaat in Europa. MARE-1 is eigenlijk al begonnen tijdens de tocht die er aan vooraf ging. Door Geert-Jan Brummer zijn tijdens MARE-0 verankeringen met sedimentvallen uitgezet op plaatsen waar we verwachten dat Agulhasringen zullen passeren. Door de juiste sedimentmonsters te correleren met passages van ringen die te zien zijn op satellietbeelden, is na te gaan of men in bodemmonsters mogelijk IndischeOceaanalgen aantreft. Zoals gebruikelijk is de haventijd eigenlijk te kort om alle noodzakelijke dingen te doen en alles klaar te hebben op het moment dat de metingen moeten beginnen. De satellietbeelden die op het laatste moment gebracht waren door Prof. Johann Lutjeharms van de Universiteit van Kaapstad lieten zien dat al zeer korte tijd na vertrek uit Kaapstad de noordkant van de pas-afgesnoerde ring (naam Astrid) bereikt zou worden. Het satellietbeeld gaf een ring met als vermoedelijk centrum 37.8 Zuid, 18.5 Oost en een diameter van circa 300 kilometer. Bij aankomst zou de Scanfish als eerste ingezet worden om snel de ruimtelijke verdeling van zoutgehalte en temperatuur, dus de structuur van de ring te bepalen door een noord-zuid sectie en daarna een west-oost sectie. De Scanfish is een instrument in de vorm van een vliegtuigvleugel dat automatisch achter het schip op-en-neer kan bewegen tussen 15 en 190 meter en daarbij zoutgehalte en temperatuur meet. Geplaagd door tow-link problemen is de noord-zuid doorsnee vertraagd begonnen en onderbroken geworden, maar de resultaten bleken heel mooi. De eerste sectie liet een mooie symmetrische bel water zien met een diameter van 2.5 graden. Over een diepte van 90 m is het water hierin zeer homogeen en laat zien dat het hierin warmer en zouter is dan in het omringende Atlantische-Oceaanwater. Het omringende water heeft een heel ingewikkelde structuur en bevat filamenten van diverse oorsprong. Allerlei slierten water lopen hier door elkaar. Dit
29
alles kan met de Scanfish heel mooi worden opgelost omdat er ongeveer om de 1.3 km een profiel gemaakt wordt van temperatuur en zoutgehalte. We zijn inmiddels bezig met de west-oost sectie en meten vanaf 37.75 Z, 16.5 O naar het oosten met de Scanfish. Uit de meetkamer heb ik gehoord dat we zojuist weer de ring zijn binnengevaren. We vervolgen deze sectie tot we aan de oostkant weer de ring Astrid verlaten. Als dit alles goed gaat zullen we aan de oostrand van de ring turbulentiemetingen gaan doen en daarna “normale” CTD-secties door de ring onder hoeken van 45 graden, zodat we de ring in allerlei richtingen doorkruisd hebben. Dit vooral ook om de preciese vorm te bepalen voor budgetberekeningen. De geologen hebben in de diverse zones van de ring water gefiltreerd om planktonsoorten te bepalen die interessant zijn om Indische-Oceaanwater te markeren. Restanten daarvan hopen we terug te vinden in de sedimentvallen uit de verankeringen van MARE-0 en misschien zelfs in bodemkernen die tijdens MARE-2 en 3 zullen worden genomen.
Het “minder wetenschappelijk” gedeelte van Weekbericht 1 MARE-1 Allereerst de “présentation de la troupe”: In de “Ban van de Ring” (citaat van Margriet Hiehle) zijn: 1. Astrid van Veldhoven als toekomstig AIO en erop gebrand dat ze op de meetgegevens zal kunnen promoveren, 2. Hendrik van Aken, “klassiek” fysisch oceanograaf, zal de eerste gegevens uitwerken tot aan boord al goed bruikbare resultaten en aan Astrid de kneepjes van het vak leren, 3 en 4. Fred Jansen en Gerald Ganssen, geologen die zullen kijken of er aan het plankton te zien is of men vroeger ook in de ban van de ring kon zijn, 5. Christo Whittle, een fysisch oceanografische PhD-student uit Kaapstad die alles van satellietbeelden van ringen weet, hij kwam met de laatste plaatjes aan boord, 6.Mathieu Rouauld, een fransman die in Kaapstad werkt, specialist op het gebied van lucht-zee wisselwerking en houdt ervan apparatuur in het kraaiennest te hangen, 7. Sven Ober, verantwoordelijke voor de werking van diverse fysische meetapparaten, waaronder enkele nieuwe, 8. Jan Derksen, electronicus , netwerkman en algemeen inzetbaar bij problemen, 9. Margriet Hiehle, verantwoordelijk voor de juiste zoutcalibraties en de onderwegmetingen, 10. Evaline van Weerlee, verschaft ons kennis betreffende een aantal voedingsstoffen in het water, 11. Bas de Groot, meet de zuurstofconcentratie in het water en vervanger van zijn leermeester Rinus, 12. Gijs Kraay, zal als bioloog proberen te zien of er verschil is in algen- en pigmentensamenstelling binnen en buiten een ring, 13 en 14. Norbert Vervaet en Maarten v/d Vegt, studenten fysische Oceanografie, die de kunst willen afkijken en tenslotte 15. Kees Veth, die de regie heeft en daarnaast met zijn FLY de turbulentie zal gaan meten, maar ook graag helpt bij reparaties. Toneelmeester is Kapitein John Ellen, bijgestaan door Marco en Bert op de brug, Jan en Jan voor de draaiende delen, Roel, Gerrit, Marc en Marius voor de vele dekwerkzaamheden die bovenstaande wetenschappers veroorzaken met hun vreemde apparatuur en voor de voorstreffelijke catering is Adrie verantwoordelijk.
30
Let the play begin: Kaapstad maakt door de Tafelberg een grote indruk op mensen die de berg voor het eerst zien. Het is zo’n kenmerkend beeld, en het klimaat hier is zo goed, dat ik me goed kan voorstellen dat deze plaats werd uitgekozen als verversingsplaats van de VOC. Heel veel namen van straten en andere dingen doen nog denken aan de tijd van Van Riebeek die deze pleisterplaats stichtte in 1652. Onder het wakend oog van de Tafelberg moest echter hard worden gewerkt door een aantal mensen om het schip gereed te krijgen voor de MARE-ploeg. Zowel de techneuten van de MARE-0 tocht, Jack Schilling en Jeroen de Wit, als een paar mensen die eerder waren gekomen, Sven, Jan en Kees, hebben het samen met de bemanningsleden druk gehad om uit al de spullen die aan boord waren juist die dingen te vinden die voor MARE nodig waren. Dank zij het labelsysteem lukte dit aardig. Alle op het laatst nagestuurde apparatuur was ook aangekomen. Theo Buisman en de agent hier hebben waar nodig allerlei dingen geregeld op het gebied van vervoer, reparatie, immigratie en nog veel meer. Daarbij hoorde onder andere een bezoek aan de S.A. Agulhas, een zuidafrikaans onderzoekingsvaartuig/bevoorradingsschip dat eventueel in aanmerking kan komen voor MARE-2. Het is een enorm groot schip, en lijkt in eerste instantie geschikt voor ons doel, maar we moeten wel waarschijnlijk zelf al onze spullen, inclusief lieren, meenemen. Na het vertrek van de Pelagia gaan de techneuten nog hun specialistenblik werpen op het schip. Het toeval wil dat Bert Puijlman, een van de stuurlieden, ooit electronicus op de Agulhas is geweest. Op zaterdagavond was er door de consul generaal in Kaapstad een ontvangst geregeld aan boord. Vooral mensen van het oceanografisch instituut waren hiernaartoe gekomen. Geert-Jan en Kees hebben daarbij wat verteld over het “Rondje Afrika” en MARE. Het vertrek op zondagavond ging niet zonder problemen. Het gyro-kompas bleek ernstige kuren te vertonen en dankzij de inspanningen van de agent bleek op zondag iemand te vinden die zowel dit exemplaar kende als, bij toeval, de reserveonderdelen te hebben. Het stellen van het magnetisch kompas dat bij de blikseminslag ontregeld is geraakt, moest worden uitgesteld. De haventijd is altijd te kort. Er moest door te weinig mensen te veel gedaan worden, vooral omdat de eerste ring “Astrid” al heel dichtbij Kaapstad te vinden was, binnen 20 uur stomen. In die tijd moest de Scanfish in orde gemaakt worden, meteospullen in de mast worden gehangen voor Mathieu, de nieuwe LADCP moest worden gemonteerd (dat is een apparaat waarmee met geluid de snelheidsverdeling onder water kan worden gemeten), pitch- en roll-sensors moesten aan de ADCP van het schip gekoppeld, kisten versjouwd over het hele schip en bij voorkeur zware over grote hoogteverschillen. Zuurstof- en zoutopstellingen moesten worden in orde gebracht, diep in het schip door Margriet Hiehle en Bas de Groot. Waterpompinstallaties door Fred Jansen en Gerald Ganssen. Een container moet worden omgedraaid voor Kees Veth omdat hij zonodig achteruit wil kijken als de FLY gaat vliegen. En nog veel meer…. In de haven is dat alles een enorm warme klus, maar op zee blijkt het ten gevolge van de beruchte zuidelijke-Oceaandeining helemaal geen pretje. Diverse studenten vragen zich af waarom ze oceanografie hebben gekozen als richting. Zelf ervaren opstappers vragen zich af of het echt zo leuk is om aan “Rondje Afrika” mee te doen. Gelukkig zijn alle
31
waangedachten na korte tijd weer verleden tijd en neemt het bezoek aan de maaltijden gestaag toe. Jammer genoeg is het vertrek uit Kaapstad in de late avond, want het uitzicht op de Tafelberg, Signal Hill, de Leeuwekop en de Twaalf Apostelen behoort tot de mooiste skylines. Na een, gelukkig loos, brandalarm in de nacht bereiken we in de maandagmiddag het meest noordelijke puntje van waar de satelliet zegt dat de ring is. Omdat Astrid op de gegevens moet gaan promoveren, wordt deze ring ASTRID genoemd. Gestart wordt met de Scanfish, de gesleepte op-en-neergaande zout- en temperatuurmeter, omdat dit een snelle manier is om de preciese plaats en structuur van de ring te vinden. Helaas bleek electrisch contact tussen meetkamer en Scanfish onderbroken en hadden we een paar uur vertraging door reparatie van de tow-link. Het doormeten van een noord-zuid sectie door de ring ging wetenschappelijk gezien heel goed, maar de tow-link bleek vaker een probleem. Ook bleek op een bepaald moment een asje van een van de stuurflappen van de Scanfish kapot, maar alles was reparabel, zij het ten koste van veel slaap van Sven en Jan, die daarnaast aaanvankelijk nog moesten vechten tegen de katterigheid in de lange deining. Op de west-oost sectie die we nu varen gaat de Scanfish naar wens. Jan Derksen had bovendien veel werk hoog in de mast met de meteo-apparatuur van Mathieu, die in ernstig mechanisch conflict aan het komen was met de radar. Er valt in principe veel meer te vertellen over deze korte periode, maar dat stel ik uit tot de volgende berichten. Tot slot, de Pelagia heeft vermoedelijk aan de zuidkant van de ring Astrid haar meest zuidelijke geografische punt bereikt en ik denk dat die positie niet snel zal worden overschreden, want dan begint het Antarctisch onderzoek te worden. Wij doen de groeten aan het thuisfront, familie, vrienden collega’s en belangstellenden. Namens allen, Kees Veth
Donderdag 2 maart 2000, circa 09.00 scheepstijd, midden in de ring ASTRID
Weekbericht 2 (wetenschappelijk deel) van MARE-1 (leg 6) "Message in a bottle" John Ellen, de kapitein, verzendt tweemaal daags de e-mail aan boord. Bij mensen op zee is altijd de behoefte geweest aan kontakt met het vaste land en thuis. Dit hangt vast ook samen met het feit dat de zee eigenlijk geen natuurlijk oord is voor de mens. De methoden om berichten te versturen zijn in de loop van de tijd regelmatig verbeterd. De consul-generaal van Kaapstad vertelde op de ontvangst aan boord dat in de VOC-tijd schepen op weg naar de Oost brieven in Kaapstad achterlieten onder een speciale steen, die dan naar Holland terug werden gebracht door schepen op weg naar huis, of brieven achterlieten bestemd voor de terugkerende schepen. Na de periode van de marconist, radio-offcier en het inmiddels ter ziele Radio Holland, zijn we beland in het satelliettijdperk waarin zelfs e-mail aan boord mogelijk is. Iets wat kan, moet ook gelijk maar. John zei dat hij van plan was om flessenpost te versturen vanuit de ring waar we nu in zaten. Het aardige van flessenpost is dat je precies weet waar en wanneer je de berichten verstuurt, maar niet
32
waar en wanneer het aankomt. Dit is vooral voor een Agulhasring een essentiele wetenschappelijke vraag. Het betreft de vraag waarom we hier eigenlijk zijn. De ringen worden steeds kleiner, door afstaan van water aan de omgeving, maar ze leven lang genoeg om de Atlantische oceaan over te steken naar Brazilie en Argentinie om afbuigend naar het zuiden weer in de grote stroom om Antarctica opgenomen te worden. Een fles in het centrum van de ring zou zo kunnen aanspoelen op het Copacabana-strand bij Rio, of op Vuurland. Zit de fles daarentegen ergens in het randgebied van de ring, dan zou de fles mogelijk losraken van de ring en meegenomen worden met de Benguelestroom naar het noorden. Via het Caribisch gebied en de Warme Golfstroom zou de flessenpost gevonden kunnen worden op de Hebriden of in een Noorse fjord, misschien zelfs wel in de Texelse Slufter. De hoeveelheid water die zo zijn weg naar het noorden vindt is van groot belang voor het klimaat in NW-Europa. We willen daarom weten hoe de ring in de loop van de tijd afslijt. Je moet de ring dan wel terug kunnen vinden en daarom werpen we vandaag (dat is op woensdag 8 maart) twee ARGOS-boeien in ring Astrid. Door het Argossatellietsysteem wordt de preciese positie voortdurend bijgehouden en kunnen we na vijf maanden met deze super-flessenpost onze Astrid terugvinden.
"Dead-reckoning" en treinwielen. In de VOC-periode was navigeren nog een hachelijke zaak. Tegenwoordig kennen we onze positie op zee met een nauwkeurigheid van enkele meters, vroeger moest men op grond van de met het log geschatte snelheid en de kompasrichting de afgelegde weg en positie uitrekenen, het zogenaamde "dead-reckoning". Als het dan niet klopte, lag dat bijvoorbeeld aan de niet in aanmerking genomen zeestroming en de wind. We hebben nu, voor de aardigheid, aan boord ook een dergelijke methode toegepast. Eerst berekenen waar je had moeten zijn gebaseerd op snelheid en koers, en dan zien waar je in werkelijkheid uit bent gekomen. Door er van uit te gaan dat het verschil veroorzaakt wordt door stroming, waren we in staat de watersnelheden in de ring te schatten. Het ziet er naar uit dat de ring aan de rand een snelheid heeft van 2 a 3 knopen, dat is ongeveer 1 a 1.5 meter per seconde. De ring lijkt te draaien als een cylinder tegen de klok in. Dat wil dus zeggen dat de ring in ongeveer 12 dagen om zijn as draait. Bij het doen van zout- en temperatuurmetingen aan de rand van de ring kunnen we de hoge snelheid ook goed zien doordat de kabel waaraan de apparatuur hangt heel scheef naar beneden staat wanneer het schip op de stationspositie probeert te blijven. Het omliggende water staat verhoudinggewijs stil. Dat betekent dat de draaiende cylinder aan de buitenkant wordt afgeremd net als een treinwiel waaromheen remschoenen worden geklemd. Hierbij komt wrijvingsenergie vrij. Het wordt niet zo warm als in die remschoenen, maar de geordende beweging van de roterende cylinder wordt aan de rand flink verstoord en het water van binnen en buiten de rand wordt dooreen geroerd. Bij het meten van een temperatuur- en zoutgehalteprofiel zien we dan ook dat in de ring en ruim buiten de ring nette gladde profielen zijn, maar in de buurt van de rand is het een rommeltje van watersoorten door elkaar. We noemen dat "interleaving". Hier is het erosieproces zichtbaar aan de
33
gang. De wrijvingsenergie wordt gebruikt om het water dooreen te roeren en de ring langzamerhand te verkleinen.
Randverschijnselen en magnetische variatie. Het soort onderzoekers dat aan boord is, behoort niet tot de categorie "feugeltjeskiekers", zoals men op Texel zegt. Toch is het zelfs hen opgevallen dat er meer vogels aan de rand van de ring zijn dan in het midden van de ring. Om de thuisblijvers even jaloers te maken: er waren ook reuzestormvogels en albatrossen bij, zelfs hele grote, maar vraag geen details. Ook in de rand van ring waren 's nachts veel meer inktvissen rond de CTD-kabel en vreemde doorzichtige supercondoomachtige beesten (zakpijpen?). Het centrum van de ring daarentegen is biologisch gezien een arm gebied. Onze biologische man Gijs vond eigenlijk slechts cyanobacterien met zijn supersofisticated flowcytometer. Blijkbaar waren de voedingsstoffen opgebruikt in de bovenlagen van het ringcentrum aan het eind van de zuidelijke zomer, terwijl er door de turbulente bewegingen en circulatie aan de ringrand nog voedingsstoffen naar boven werden gebracht. Om een beter idee van de snelheidsschering over de rand te krijgen, worden een aantal ADCP metingen gedaan. ADCP staat voor Acoustic Doppler Current Profiler. Met behulp van geluissignalen (heel hoog, wel met 75 kHz en 300 kHz) wordt door slim van het dopplereffect gebruik te maken de watersnelheid en richting gemeten terwijl de CTD (zout- en temperatuurmeter) aan een kabel naar beneden gaat. Omdat dat systeem van instrumenten en waterscheppers niet stil hangt en kan draaien, moet de preciese richting van de waterbeweging bepaald worden met een ingebouwd kompas. Men moet dan rekening houden met het feit dat het magnetisch noorden niet samenvalt met het echte geografisch noorden. De afwijking, de magnetische variatie, staat in de zeekaarten. Die is hier wel 24 graden. Dat is heel veel, vooral als men bedenkt dat juist Kaap Agulhas (= naaldkaap) zo genoemd is omdat hier in de VOC-tijd de beide noordrichtingen samenvielen. Prof. Lutjeharms van de universiteit van Kaapstad heeft een oude kaart gevonden uit 1750 waar dit bij de kaap vermeld stond. Voor onze watersnelheidsmetingen moeten we hiervoor dus tegenwoordig beslist corrigeren.
Geen emmer met water. Als je zo'n ring als Astrid doormeet, hoe ziet het er dan uit in de diepte? Stel je een emmer voor met water. Laat die draaien en kijk naar het wateroppervlak. Dat gaat hol staan, tegen de wanden op. Als op het water een lichtere vloeistof wordt gedaan, dan staat het grensvlak tussen de vloeistoffen ook hol. Holler nog dan het bovenoppervlak. Dit alles is het gevolg van de bekende centrifugale kracht. De snelheid van de ringomtrek mag dan wel groot zijn, de ring zelf is ook groot. Daarom is in de ring geen merkbare centrifugale kracht. Toch staat het tussenoppervlak tussen het lichte warme oppervlaktewater en het koude diepere water ook hol, net als in de emmer. Dit is het gevolg van de zogenaamde Corioliskracht ten gevolge van de draaiing van de aarde. We kennen van school deze kracht in de vorm van de Wet van Buys Ballot. De wind stroomt niet van hogedrukgebied naar lagedrukgebied, maar evenwijdig aan de isobaren. De wind draait om het lage- of hogedrukgebied
34
heen. Dat gebeurt ook bij de Agulhasringen. Het is als het ware een soort hogedrukgebied in zee. Het water wil wegstromen, maar de Wet van Buys Ballot zegt dan dat de stroming naar links moet. Op het noordelijk halfrond zou het naar rechts zijn. Alle weerkaartjes moeten we hier ook andersom (gespiegeld t.o.v. de evenaar) bekijken; de zon beweegt ook van rechts naar links tegen je gevoel in. Als je nu alle krachten die op het water werken in aanmerking neemt dan ziet zo'n ring er als volgt uit: het onderwater vormt een kommetje en het bovenwater ligt daar als een soort bolle lens bovenop. Totaal is het in het midden hoger dan aan de rand. Deze lens water bevat het extra zout en warmte dat van belang is voor ons klimaat.
"De beste stuurlui staan aan wal" Zoals de "Heeren Zeventien" opdrachten gaven aan de VOC-schepen om vaaropdrachten uit te voeren, zo kennen wij ook onze thuisbasis. Het MARE-project is in hoge mate een samenwerkingsproject tussen het Instituut voor Marien en Atmosferisch onderzoek van de Universiteit van Utrecht (IMAU), het KNMI te De Bilt en het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) te Texel. De Utrechters en Biltenaren zullen vooral het theoretisch en modelleerwerk doen en de Texelaars het meetwerk op zee. Een groot deel van de participanten is natuurlijk niet aan boord, maar er wordt vanuit Utrecht en Texel wel regelmatig informatie naar ons toegestuurd over de vermoedelijke verblijfplaats van de ringen uit satellietbeelden. In Utrecht wordt ook regelmatig vergaderd door het thuisfront en de voorlopige resultaten bekeken. Uit de reacties hebben het vermoeden dat ze ook graag het roer in handen zouden nemen. De praktijk is echter dat de Pelagia geen animatie op een beeldscherm is dat men met een muis naar believen kan sturen, maar een echt schip in water dat soms rustig is, maar soms ook wild, dat er mensen midden in de nacht uit bed getrommeld worden om snel reparaties uit te voeren, terwijl ze net een uur in bed liggen na een lange werkdag; dat prachtige "op papier timing" niet altijd garandeert dat het in de praktijk precies zo loopt. Het is soms een afwegen om al naar een andere sectie te gaan of de storm uit te zitten. We proberen zo mogelijk de aan wensen van het thuisfront tegemoed te komen. Uitwisseling van informatie doet het programma aanpassen. Er zullen nog extra metingen in de randgebieden gaan plaatsvinden. Dit gaat wel ten koste van ring LAURA. Kees Veth,
Woensdag 8 maart, nog even vanuit Ring Astrid en binnenkort Ring Laura.
Of dit onderstaande bericht hoort bij het wetenschappelijk gedeelte wordt betwijfeld door degenen die het niet hebben gezien, maar degenen die het wel gezien hebben zijn er duidelijk over: het was iets bijzonders. Ik heb het voor de zekerheid tussen "wetenschappelijk" en "sociaal" in geplaatst. Men heeft achter het schip een grote gekleurde vis gezien. Het bijzondere van deze vis was, dat naarmate de tijd verstreek, in de beschrijvingen de vis groeide en de kleuren bonter werden. Vermoedelijk is het net zo'n vis als de vis die voorkwam in het jeugdprogramma van de VPRO op zondagochtend "Het zullen je ouders maar wezen". Foto's ontbreken helaas.
35
Weekbericht 2 MARE-1 (sociaal) Als mensen enige tijd vaste grond onder de voeten missen, gaat er van alles mis met hun geestesgesteldheid. De brug was op een bepaald moment omgetoverd in een kapsalon. Dit hangt natuurlijk samen met het verlagen van de BTW-tarieven voor knippen, maar het toch niet dalen van de prijzen. Marco ontpopte zich als de barbier van Sevilla en vierde zich bot op een aantal hoofden met de tondeuse. Alleen het bijbehorende gezang ontbrak. Probleem was echter dat slechts 1 coupe binnen het repertoire van de beginnende kapper lag en wij zagen dan ook alras een aantal gemillimeterde hoofden onder onze scheepsgenoten. Er werd met begerige blik gekeken naar de nog aanwezige krullen, maar vooralsnog hebben die dragers daarvan niet toegegeven. Midden in een expeditie is er altijd een periode van betrekkelijk rust en toch hard werken. Iedereen is ingeslingerd, de reparaties zijn verricht, het eind is nog niet in zicht, dus geen kanaalkoorts (in dit geval Kaapkoorts), dus routine heeft overhand. De mensen zitten te ploeteren in hun diverse containertjes of kantoortjes en ik zal daarvan een beeld schetsen. Diep beneden in het schip werken Evaline, Margriet en Bas. Dat heeft als voordeel dat het daar het minst schommelt, maar je moet altijd die rottrap af. Evaline verwerkt superkleine hoeveelheden water en weet ons daarna haarfijn te vertellen of een bepaalde monsterfles niet goed heeft gewerkt. Bepaalde chemische stoffen komen nu eenmaal niet of juist wel ergens voor en als dat niet klopt is er iets mis. Bas doet de zuurstofjes. Hij doet dat zo voortvarend, dat er ernstige zorgen zijn dat we er te veel doen. De chemicalien raken op en het volgende leg moet er ook nog mee doen. Dat ligt niet aan hem, maar aan de nieuwsgierige onderzoekers die veel monsters voor hem tappen. Dit zuurstoftappen behoort tot de ware tapkunsten. Zij die dit kunnen zullen zonder meer kunnen solliciteren bij gerenommerde tapperijen. Margriet doet de zoutjes. Dat heeft niets te maken met zakjes van Smith, maar met flesjes waarin het zoutgehalte wordt bepaald. Hiermee wordt het CTD-systeem geijkt. Dat CTD-systeem meet op electronische wijze de temperatuur en het zoutgehalte tegen de diepte van het water. Margriet en de CTD zijn het onderling in hoge mate met elkaar eens (afwijking hoogstens 0.002 op 35 zoutgehalte-eenheden). Op dekniveau treffen we Gijs aan. Hij doet ingewikkelde dingen met algen. Het neemt monsters voor DNA-onderzoek. Toch open-ocean crime? Verder kijkt hij naar soorten algen en bacterien. Volgens hem is het maar een arme boel in de ring, alleen cyanobacterien. Daar zie je met het blote oog niets van. De zee is dan ook heel blauw. Gijs probeert soms wel eens een inktvisje te vangen met een hengel. Ook op dit niveau werkt Fred. Hij moet tijdens een geostation enorme hoeveelheden water verwerken en al weten wij dat hij muziekliefhebber is, wij wisten niet dat hij ook van waterballetten houdt. Gerald Ganssen bestuurt het multinet. Dat is een net waarin een aantal netten verwerkt zitten, die op gewenste dieptes geopend kunnen worden. Urenlang wordt het net door het water getrokken en zit Gerald naar een schermpje te staren en de moderne computertechnologie te verwensen als het programma crasht. Hoe het mogelijk is weten wij niet, maar er zijn altijd mensen die
36
hem wat vragen op het moment dat hij tenminste drie getallen van vier cijfers tegelijk moet onthouden. In visserijtermen uitgedrukt draagt de vangst nauwelijks bij tot de vangstquota. In het tussengebied tussen dek en een verdieping hoger treffen wij ook een aantal personen aan. Hendrik is daar een van. Hij behoort tot de CTD-operateurs en is de dataverwerker. De snelheid waarmee hij de net binnengekomen data verwerkt doet vermoeden dat hij stiekem al een meting vooraf heeft gedaan, zodat hij eerder de data lijkt te hebben verwerkt dan gemeten. Hij heeft vandaag de grote eer gehad de ARGOS-boeien in het water te gooien (zie wetenschappelijk bericht). Daarna mag hij het magneetje houden. Deze ARGOS-boeien zijn curieus ingepakt. Je gooit ze overboord na het plastic eraf gehaald te hebben, en alle verdere kartonnen verpakkingsmaterialen gaan dan vanzelf los door het zeewater. De ARGOS-boei ontplooit zichzelf verder. Ook op dit niveau werken onze studenten Maarten en Norbert en de bijna-af student Astrid en de zuid-Afrikaan Christo. Zij zijn vooral bezig met de CTD-operatie, het tappen van watermonsters uit de waterbottles en eerder met de Scanfish. Dit soort werk hoort tot de harde kern van de waarneming. Er wordt in drie ploegen gewerkt, waar ook Margriet deel van uitmaakt. Zwervend over allerlei dieptelagen van het schip vinden we Jan en Sven. Jan heeft de pech om bij storingen uit zijn bed gehaald te worden. Bij voorkeur gebeurt dat op onhandige momenten. Hij weet ook alles van het netwerk. Tow-links, dat zijn de verbindingsstukken tussen een onderzeekabel en een instrument, zijn aan slijtage onderhevig. Jan heeft er al diverse gerepareerd. Sven is vooral betrokken bij allerlei nieuwe instrumenten. Hij speelt het bovendien klaar om in het al zo volle CTDRosettesysteem, met al de slangetjes en snoertjes, toch weer plaats te vinden voor nieuwe instrumenten. Nieuw voor ons tijdens deze tocht zijn de LADCP en de Scanfish. Het werken ermee lijkt goed te gaan. Een probleem is dat de snelheid waarmee het geheugen van de LADCP wordt gevuld zo groot is, dat er tussen de stations nauwelijks gelegenheid is om de geheugens uit te lezen. We zijn dan ook blij met een geostation waar vele uren met netten wordt gewerkt. Op het hoogste niveau werkt Mathieu. Hij is onze weerman en werkt aan de interactie tussen zee en atmosfeer. Zijn meetinstrumenten hangen hoog in de mast en hij gebruikt de data van het ABCsysteem. Hij is meestal aan het werk in het donkerste hokje van het schip: de computerkamer. Hij heeft voor de komende dagen goed weer voorspeld en daar is niks mis mee. De mensen hebben soms wel eens een uurtje vrij. Bij uitstek de plek om te zitten is dan het achterdek. Omdat CTD's doorgaans worden gedaan met de wind van stuurboord, is het op het achterdek doorgaans goed toeven in de beschutting van enkele containers. We zijn niet jaloers op de sneeuw en hagel in Holland. O ja, ik heb niet de gave van bi-lokatie, dus er gebeuren ook vast vermeldenswaardige dingen waarvan ik geen weet heb. Weest U ervan overtuigd dat wij met plezier werken. Namens allen een hartelijke groet, Kees Veth
37
MARE-1
3e weekbericht, wetenschappelijk deel
In de salon van het schip, dat is de ruimte waar ook de bar is en waar de concentratie rokers doorgaans het hoogst is, staat in de hoek een klein boekenkastje. Tussen de boeken ligt een dun boekje van Herman Pleij: De kleuren van de Middeleeuwen. Dit boekje is ooit als geschenk gegeven aan de deelnemers aan een wetenschapsdag, waarbij wetenschappelijke instituten hun activiteiten aan het grote publiek tonen. De Pelagia wordt ook ingeschakeld op zulke dagen. Deze weekberichten hebben in wezen ook zo'n funktie: men kan even kijken in de wetenschappelijke keuken. Als wetenschappelijke resultaten gepubliceerd zijn, is het vaak niet meer zichtbaar hoe alles tot stand gekomen is. In de praktijk zijn er vaak hobbels die na het bewerkingsproces van de gegevens niet meer voelbaar zijn. Een van de hobbels was het vinden van de tweede ring Laura. Infra-rood satellietbeelden van het gebied lieten een mooi rond gebiedje zien ten noordwesten van de ring Astrid. Wij zijn daar aan begonnen te meten en al na een stukje transect bleek dat de kenmerken van een ring, die na Astrid vertrouwd waren geworden, niet gevonden werden op de plek waar we Laura vermoedden. Haastig overleg met het Utrechtse thuisfront leverde een nieuwe positie voor Laura op. Deze nieuwe Laura bleek bijna geheel onder een wolkendek verscholen te liggen en daarom vrijwel onzichtbaar op de infra-rood plaatjes die we hadden gekregen. De nieuwe ring Laura is duidelijk van een oudere datum. De ring is zo'n twee maanden ouder dan Astrid en heeft inmiddels al een behoorlijk verouderingsproces ondergaan. Dit verouderingsproces is tweeledig. In het begin wordt de ring, doordat er een groot temperatuurverschil is tussen zeeoppervlak en lucht, veel warmte afgestaan aan de atmosfeer. De bovenste laag koelt dan af en omdat het oppervlaktewater daarbij zwaarder wordt gaat het zinken en mengen de bovenste lagen goed dooreen. Dat proces was enigzins waarneembaar met de turbulentiemeter. Astrid was daarom goed herkenbaar aan een dikke homogene bovenlaag van circa 100 m dik. Deze warmteuitwisseling wordt ook gemeten aan boord, door een meteoroloog van Kaapstad, Mathieu. Bij Laura is dit proces al verleden tijd omdat de bovenlaag zich al heeft aangepast aan de atmosfeer. Hier vinden we dan ook een veel dunner homogeen oppervlaktelaagje. Daarnaast heeft Laura een poos "in de wachtkamer" gezeten. Ten zuidwesten van Kaapstad is een onderzeesche bergrug en het lijkt erop dat ringen even halt houden voordat ze de rug passeren naar het noorden. In dit gebied zitten soms een paar ringen tegelijk die soms slierten water van elkaar afsnoepen, soms opsplitsen of ook samenvloeien tot een grotere ring. Dit alles heeft tot gevolg dat de eigenschappen binnen en buiten de ring minder gaan verschillen. Hierdoor draaien ze ook minder snel, wat goed te zien was tijdens het doen van de metingen. De kabel met meetinstrumenten ging veel rechter naar beneden. Met de gecombineerde metingen van Astrid en Laura hebben we dus een idee van een jonge ring en een ring van enkele maanden oud. In het vervolgproject proberen we het verval van deze ringen over een periode van vijf maanden en een jaar te bestuderen in de vaartochten MARE-2 en MARE-3. Dat ook ring Astrid niet geheel vrij ronddraait in Atlantische-Oceaanwater is te zien aan mogelijke satellietwerveltjes die tegen Astrid aan lijken te zitten. De continue metingen van watersnelheden vanuit het schip met behulp van
38
geluidbundels (met de ADCP en LADCP) geven uiteindelijk misschien het beste weer hoe de bewegingen in de omgeving van een ring plaatsvinden. Misschien bestaat Astrid wel uit een tripool, dat is een speciaal geordend groepje van drie wervels, die onder laboratoriumomstandigheden al eens geproduceerd zijn, maar in de natuur eigenlijk nog niet zijn waargenomen. Het bovenstaande is vooral fysisch werk. Het gaat over beweging, warmte en dergelijke. Het project heeft daarnaast ook een geologische kant. Geologen kijken vooral in het verleden. Een belangrijk stuk gereedschap in de geologie is de palaeontologie, de studie van de oude botten. Ten behoeve van het MARE-project kijken onze geologen niet naar oude dynosauruskluiven, maar naar de restanten van planktondiertjes die in vroegere perioden zijn afgezet op de zeebodem hier, voornamelijk foraminiferen, die hele kleine minischelpjes hebben achtergelaten. Volgens Fred zijn dit de soorten plankton waar biologen doorgaans niet in geinteresseerd zijn. Deze tak van de geologie is de micro-palaeontologie. Men probeert te herkennen of er op de zeebodem lagen zijn die restanten van dit plankton uit de Indische Oceaan bevatten. Dan moet je eerst te weten komen of in de tegenwoordige ringen verschillen te zien zijn tussen de planktonsoorten in het Agulhas-ringwater en omringend Atlantische-Oceaanwater. Daarvoor heeft Fred inmiddels 1500 liter water gefiltreerd en heeft Gerald vele duizenden kuub water op verschillende diepten door het multinet laten trekken. De verschillen zouden vooral moeten zitten in de isotopenverhouding van de koolstofatomen in die kleine planktondiertjes. Bij planktonbloeien in water worden lichte koolstofatomen bevoordeeld bij de opname, want ze zijn beweeglijker. De zwaardere koolstofatomen hebben meer kans om achter te blijven in het zeewater. Agulhasringen bevatten water dat al een hele lange weg heeft afgelegd en is relatief ouder dan Atlantische-Oceaanwater, dus bevat meer zware koolstof. De verhouding tussen zware en minder zware koolstofatomen geeft zo informatie over de ouderdom en herkomst van het water. Foraminiferen die gegroeid zijn in de Indische Oceaan en dus voorkomen in de Agulhasringen, nemen deze zwaardere koolstof op uit het water. Bij het uitzinken van de restanten hiervan, wordt dit vastgelegd in het bodemsediment. Op die manier wordt langzamerhand het geschiedenisboek geschreven van de hoeveelheid Indische-Oceaanwater die dit gebied bereikt. Naast verschillen in isotopenverhouding van koolstofatomen in de foraminiferen, is er ook een soort die alleen in de Indische Oceaan voorkomt, en dus herkenbaar is in het sediment. Grote hoeveelheden water moeten gefiltreerd en bevist worden, omdat de ringen heel arm aan foraminiferen zijn. In MARE-0, de tocht die aan onze tocht voorafging zijn zogenaamde sedimentvallen, dat zijn speciale grote trechters, in zee uitgezet om restanten van dit plankton op te vangen en te zien wat er op de zeebodem terecht komt uit voorbij trekkende ringen. Op die manier kan men de bodemlaagjes in verband brengen met het wel-ofniet voorkomen van ringen met Indische-Oceaanwater. Bij de latere tochten zullen zogenaamde bodemkernen gestoken worden. Daarbij laat men meterslange pijpen in de bodem vallen om het neergeregende sediment te monsteren. De kernen, dat zijn die geschiedenisboeken, kan men lezen tot diep in het verleden. Er wordt vermoed dat er in het verleden grote verschillen waren in de aantallen Agulhasringen. Die grote verschillen hangen samen met klimaatverschillen op de aarde. Het kijken naar de processen die nu plaatsvinden om te begrijpen wat er in het verleden met het uitzakken van het
39
plankton is gebeurd heet actuo-micro-palaeontologie, en dat is dus wat onze geologen hier aan boord bedrijven. De vaartocht begint ten einde te lopen en er zal weer ingepakt moeten gaan worden. Daarbij hoort ook het "inpakken" van de meetgegevens. Het ziet er naar uit dat we zeker met 2 Gigabyte data thuis zullen komen. Dat zijn heel veel getallen, maar gelukkig passen die op enkele CD-roms. Kees Veth
MARE-1
3e weekbericht, sociaal deel
De MARE-1 tocht begint al weer ten einde te lopen. Regelmatig geplaagd door passerende perioden van veel wind, maar vooral deining, naderen we nu het laatste grote transect door de Agulhasring LAURA. De ring was eerst moeilijk op te sporen, maar we hebben haar gevonden. Voortdurende vergelijking van profielen van zout en temperatuur van binnen en buiten Ring ASTRID met nieuwe profielen van LAURA moeten laten zien of we er wel of niet zijn. De vaste meetploegjes van Hendrik met Norbert, Astrid met Christo, Margriet met Maarten, zijn tot het laatst in stand gebleven, terwijl daartussen door Sven en Kees rondvlogen om "de kabeltjes" los of vast te maken. Dit betreft de aansluitsnoeren naar de LADCP, die ook naar beneden moet met de grote CTD-kerstboom. De snelheid waarmee de gegevens binnenkomen van het laatste instrument geeft soms logistieke problemen in verband met het leeglezen van de geheugens binnen de beschikbare tijd tussen de stations. In de eerste raai door Laura heen hebben we geen water getapt om wat snel er doorheen te kunnen gaan. Dit gaf Gijs de gelegenheid om wat te vissen. Hij heeft daarbij enkele flinke inktvissen gevangen, die zullen eindigen als borrelhapje. Ook op het nutrienten-, zuurstof- en saliniteitsfront was even rust voor Evaline, Bas en Margriet. Dat gaat nu weer veranderen met de laatste raai. Ook Fred en Gerald zullen nog een drukke dag krijgen met hun laatste "geo-station". Niet alles blijft voortdurend goed werken. De zee stelt hoge eisen aan de instrumenten en technische uitrusting en veroorzaakt daarbij slijtage. Het is altijd weer de kunst voor de troubleshooters Jan, Jan en Jan om alles in orde te krijgen voor het volgende station. Tow-links, lieren en dergelijke zijn meestal de kwaaie pieren. Maar ook zeer goed ontknoopwerk is verricht door Roel en Marius, die honderden meters dun kevlardraad hebben gered op de FLY-lier. Op een morgen kwam de "Polarstern" voorbij. Voor enkelen van ons een oude bekende. Het schip kwam uit Antarctische wateren en had net een flinke storm achter de rug, waarvan wij de deining gevoeld hebben. Ze vonden de zee "vrij knobbelig". Op de weerkaarten die we soms wel, maar ook soms wel eens niet, krijgen uit Zuid-Afrika was goed te zien dat er in het zuiden behoorlijk slecht weer was. Mathieu staat in regelmatig kontakt met zijn collega's voor het laatste weernieuws. Op een avond dat het wat rustiger was met werk, omdat we van Astrid naar Laura voeren, hebben de twee studenten Norbert en Maarten nog een praatje gegeven over Agulhasringen. Dit is een
40
hele kunst in de vergaderkamer die voor in het schip is gesitueerd terwijl het schip flink op en neer gaat. En nog een nieuwtje over de vis: De bijzondere vis schijnt inmiddels geidentificeerd te zijn, het is een Yellow-tail fish. De opstappers zijn veel dank verschuldigd aan de kapitein en bemanning van de Pelagia die zowel professioneel als sociaal ons over de wilde baren geleid hebben. Het is een plezier met ze te varen. Bedankt John, Marco, Bert, Jan, Jan, Roel, Gerrit, Marc, Marius en Adrie De rest van de verhalen zult U kunnen horen wanneer we weer thuis zijn. Tot spoedig. Namens de MARE-ploeg,
Kees Veth
41
Appendix B
cruise summary (*.SUM file) of Pelagia cruise 64PE155
42
