Wo die Ostsee den Himmel berührt - Luft-Meer-Interaktion in der Ostsee

14.07 - 20.07.2022 – Allgegenwärtige "Surfactants"

Bei oberflächenaktiven Substanzen handelt es sich im Allgemeinen um spezielle Moleküle, die die Bindung verschiedener chemischer Verbindungen erleichtern können, die von Natur aus nicht miteinander verbunden sind. So können oberflächenaktive Substanzen im Ozean Luft- und Wassermoleküle aneinanderbinden, die Oberflächenspannung und Wirbelstärke verringern und als Folge davon die Gasübertragungsgeschwindigkeit (k) und den Luft-Meer-Austausch steuern.

In den Ozeanen werden biologisch hergestellte lösliche und unlösliche oberflächenaktive Substanzen durch Phytoplanktonproduktion, Zooplanktonfraß und bakteriellen Abbau produziert, aber sie steuern Austauschprozesse auf unterschiedliche Weise. Während unlösliche oberflächenaktive Substanzen eine einschichtige physikalische Barriere (wie eine Decke auf der Meeresoberfläche) bilden und die Moleküldiffusion durch die Oberfläche behindern, können lösliche oberflächenaktive Substanzen den Austausch zwischen Luft und Meer stärker beeinflussen, da sie sich nach einer Störung der Oberfläche durch Wellen/Wind schneller an der Grenzfläche neu bilden.

Oberflächenaktive Substanzen können auch die Durchmischung der Grenzschicht zwischen Atmosphäre und Meer verringern, indem sie die Kapillarwellen abflachen, die durch den Wind auf der Wasseroberfläche erzeugt werden. Durch die geringere Durchmischung reichert sich im Oberflächenwasser CO₂ und anderen Spurengasen an, und die Geschwindigkeit, mit der das Gas vom Meer absorbiert wird, nimmt ab.

Josi und ich haben an Bord der EMB295 die Aufgabe, die Quantifizierung und biogene Charakterisierung der Mikroschicht der Meeresoberfläche zu untersuchen. Daher nehmen wir zweimal täglich um 6:00 Uhr morgens und um 18:00 Uhr abends Proben der sehr dünnen Meeresoberflächenschicht, indem wir Glasplatten vom Gummiboot des Schiffes (Abbildung 1) oder Garrett-Scheiben vom Bug des Mutterschiffes aus einsetzen (Abbildung 2). Außerdem nehmen wir mit einer Niskin-Flasche manuell Proben aus dem Referenzwasser, d. h. aus 1 m Tiefe.

Mit Hilfe der Crew wurde zweimal täglich ein Katamaran (Abbildung 3) und ein ULW (underlying water) Netz (Abbildung 4) ausgesetzt, um Proben vom Oberflächenwasser und einer Referenztiefe von 1 m zu nehmen.

Unsere Aufgabe ist also nicht einfach. Wasser aus der obersten Schicht des Ozeans zu entnehmen, wenn die Oberfläche in Bewegung ist und man sich auf einem Schiff befindet, das sich ebenfalls bewegt, ist äußerst schwierig. Das Schiff selbst ist auch nicht frei von den „surfactants“, und es besteht die Gefahr, dass die Proben verunreinigt werden, so dass man bei der Entnahme und Lagerung der Wasserproben sauber und vorsichtig arbeiten muss.

Während der Probenahme beobachteten wir auch die Meeresoberfläche, z. B. wie wellig die Oberfläche ist, ob sich Wellen brechen, die Blasen erzeugen, oder ob es eine Phytoplanktonblüte gibt (Abbildung 5).

Alle gesammelten Proben werden auf verschiedene Parameter hin analysiert, darunter Tensidaktivität, farbige und floreszierende gelöste organische Stoffe (C/FDOM), Nährstoffe, Chlorophyll, Gesamtaminosäuren, Gesamtzucker, gesamter organischer Kohlenstoff, Gelpartikel (TEP und CSP), Bakterien, Phytoplankton, Viren und Mikrophytoplankton.

Wir hoffen, durch die Kombination unserer Daten mit den Daten anderer Forschungsgruppen an Bord herauszufinden, inwieweit Surfactants den Gasaustausch zwischen Luft und Meer in der Ostsee während der produktiven Monate steuern können.

Die Ausfahrt neigt sich nun dem Ende zu und alle sind mit packen beschäftigt. Wir werden die schönen und herausfordernden Tage an Bord, die wir in den letzten drei Wochen hatten, vermissen und wir hoffen, dass wir uns in naher Zukunft wieder treffen werden, um einige der interessanten Ergebnisse zu präsentieren, die wir auf dieser anspruchsvollen Expedition erzielen konnten.

Text:
Bita Sabbaghzadeh (IOW) und Josefine Karnatz (GEOMAR)