Categorie: Cruise Blog

28 juni 2023 – Drie gedaan, twee te gaan! Alsof de Van Veen grijper, de box corer en de GEMAX corer het DEHEAT-team nog niet genoeg sedimentstalen opleveren om de bodem van Hvalfjördur en de biogeochemische processen die er plaatsvinden beter te leren begrijpen, sturen de wetenschappers nog twee extra soorten apparaten naar de bodem om nog meer sediment te verzamelen.

De eerste is de ‘long gravity corer’ (de ‘lange zwaartekrachtboor’), die in wezen bestaat uit een smalle boor van 3 m waarin een monsterbuis is aangebracht – of twee van zulke boren en buizen samen, in totaal 6 m – en een enorm gewicht om de boor in de zeebodem te drijven (vandaar ‘zwaartekrachtboor’). Op deze manier worden veel diepere sedimentlagen aangesneden dan met de andere technieken, waarbij dieper ouder betekent. De lange kernen maken het mogelijk om de sedimentologische geschiedenis van de zeebodem te reconstrueren en een heleboel geheimen uit het verleden te ontrafelen. In het geval van DEHEAT en de biogeochemici aan boord wordt dit uiteraard gedaan met aandacht voor hoe silicaatverwering hier in de loop van de tijd is geëvolueerd en hoe historische veranderingen kunnen worden gekoppeld aan klimaatrelevante processen.

Christian März, professor algemene geologie aan de universiteit van Bonn, Duitsland, is vooral geïnteresseerd in het diepere deel van de sedimenten en is daarom afhankelijk van de lange boorkernen. Door deze te bestuderen kan hij bepalen hoe de samenstelling van het sediment in de loop der tijd veranderde en hoe deze veranderingen de cyclus van essentiële elementen zoals koolstof, metalen en nutriënten in de zeebodem beïnvloedden. Door omgevingen uit het verleden te bestuderen op basis van de sedimentaire gegevens, kunnen ook signalen van klimaatverandering worden afgeleid.

“Het is ook spannend om dieper in te gaan op het onderwerp van silicaatverwering, een nieuw en heel hip onderwerp vanwege de noodzaak om de opwarming van de aarde te stoppen en te keren. Door deze link kregen mijn collega Katrin Wagner en ik de kans om mee te gaan op de expeditie met RV Belgica in IJsland als samenwerkingspartners van het DEHEAT-project. In die hoedanigheid brengen we onze expertise in ten voordele van ons onderzoek en dat van DEHEAT”, legt Christian uit.

Het uitzetten en ophalen van de long gravity corer is echter allesbehalve eenvoudig. En eenmaal in het water blijkt de eigenlijke bemonstering van de bodem ook niet eenvoudig te zijn. De polyvalente en interdisciplinaire RV Belgica is niet perfect uitgerust voor dit type van bemonstering. Het vergt veel inventiviteit en voortschrijdend inzicht om de procedure goed te krijgen, maar de zeer gemotiveerde bemanning slaagt erin en levert regelmatig bruikbare ‘lange kernen’ af aan de wetenschappers.

Christian: “De long gravity corer kan niet over de zijkanten van RV Belgica worden uitgezet, dus dit moet vanaf het achtersteven gebeuren. Als de deining ervoor zorgt dat de amplitude van de beweging van het achterschip groter is dan de nauwkeurigheid waarmee de positie van de corer ten opzichte van de diepte van de zeebodem bekend is, is het bijna onmogelijk om deze methode met succes toe te passen. We moeten het soms meerdere keren proberen, maar dankzij de bemanning lukt het uiteindelijk om goede boorkernen te bekomen”. Hij voegt er lachend aan toe: “Daarom werk ik zo graag in het centrale noordpoolgebied. Daar voorkomt het ijs dat het schip beweegt en kunnen we nauwkeuriger werken”.

Tot slot is er nog een vijfde manier waarop sediment naar de oppervlakte wordt gebracht tijdens de DEHEAT-cruise: de benthische lander. Het zou echter oneerbiedig zijn om dit apparaat te verslijten als een eenvoudige grondgrijper. De lander doet immers veel meer dan dat. Het is een platform dat de diepte in wordt gestuurd om metingen te doen op de zeebodem zelf, en dat is uitgerust met zogenaamde ‘benthic flux chambers’ die de stroming van stoffen tussen de zeebodem en het water erboven meten. De lander blijft één of meerdere dagen op de zeebodem achter terwijl de DEHEAT-wetenschappers op een ander station monsters nemen en de voorgeprogrammeerde acties uitvoeren terwijl ze de resulterende gegevens opslaan in een datalogger op batterijen.

De benthische lander die gebruikt wordt tijdens de DEHEAT-expeditie is eigendom van de Universiteit van Göteborg, Zweden, die een echte benthische lander-goeroe in dienst heeft in de vorm van Mikhael Kononets. Het is bijna ondenkbaar dat de lander zou worden ingezet zonder de aanwezigheid van Mikhael om toezicht te houden op de operatie, dus regelde het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen een contract voor hem voor de duur van het RV Belgica-avontuur in IJsland, evenals voor de daaropvolgende expeditie in Groenland. Hij ging aan boord in Galway, Ierland, en was voortdurend betrokken bij de lander tijdens de reis naar IJsland en tijdens het tweedaagse verblijf in Reykjavik. Mikhael en de lander lijken met elkaar verweven en hij zette zelfs geen voet op IJslandse bodem, maar hield zich bezig met ervoor te zorgen dat de lander helemaal klaar is voor zijn taken op de RV Belgica. “Het is maar beton, dat is toch overal hetzelfde?” grapt hij.

Er komt wat bij kijken om de lander vanop de RV Belgica uit te zetten, en vooral om hem terug aan boord te halen. Mikhael legt uit hoe dit in zijn werk gaat: “Het uitzetten van de lander is niet zozeer het probleem. Hij kan over de kant worden getild, waarna ballast hem naar de zeebodem laat zinken. Oude stukken spoorrails, die ons zijn geschonken door het Zweedse bedrijf Stena Recycling, worden in dit geval gebruikt als ballast. Nadat de lander zijn werk heeft gedaan, activeren we het ontkoppelingsmechanisme met een akoestisch signaal via een hydrofoon, waarna de met piepschuim gevulde compartimenten ervoor zorgen dat hij weer naar de oppervlakte stijgt. De sporen blijven achter, wat geen probleem is omdat de primaire productie in de zee beperkt wordt door de beschikbaarheid van ijzer”.

Pas dan begint het moeilijkste werk: de lander weer aan boord krijgen. Mikhael: “Eerst moeten we de drijvende lander spotten. Meestal kennen we zijn positie heel precies, maar als we hem niet meteen kunnen zien – bijvoorbeeld door golfslag – kunnen we met een eenvoudig radiosignaal bepalen in welke richting we moeten zoeken. Eenmaal gevonden, wordt de lander dan voorzichtig met een RHIB (rigid-hulled inflatable boat) naar de achtersteven van de RV Belgica gesleept, vanwaar hij aan boord kan worden gehesen. De tijd die verstrijkt tijdens het roepen en opstijgen van de lander door de waterkolom kan soms zenuwslopend zijn … er zijn immers gevallen bekend van landers die voor eeuwig verloren zijn gegaan …”.

Voor het te water laten van deze grote verscheidenheid aan bemonsteringsapparatuur, voor de eigenlijke bemonstering van de waterkolom en de bodem, en voor het terug ophalen van de apparatuur, is het uiteraard zeer belangrijk dat het platform waarop deze operaties plaatsvinden zeer stabiel is en zeer nauwkeurig ter plaatse blijft. De RV Belgica is inderdaad een zeer stabiel schip, maar wind en golfslag zijn ook belangrijk en men is ook afhankelijk van de deining. Voor het tweede komt het zogenaamde Dynamic Positioning System om de hoek kijken. Dynamische positionering is een computergestuurd systeem om de positie en koers van een schip automatisch te behouden door gebruik te maken van de eigen propellers en thrusters. Het DEHEAT-team is gezegend: alle bemonstering verloopt volgens plan in Hvalfjördur dankzij de gunstige omstandigheden en de Dynamic Positioning van de RV Belgica. Duimen dat dit ook later op het continentaal plat het geval zal zijn.

Nu, begrijp ons niet verkeerd, de genoemde bodembemonsteringstechnieken worden niet alleen gebruikt op de dag dat ze in deze blog worden beschreven, maar maken deel uit van de dagelijkse routine. Hetzelfde geldt voor de CTD die we eerder bespraken en voor veel van de handelingen en analyses die zullen volgen.

En de fjord? Die blijft zijn pittoreske zelf!

27 juni 2023 – Hoeveel manieren kun je bedenken om modder van de zeebodem naar de oppervlakte te brengen? Maar liefst vijf technieken worden toegepast tijdens de DEHEAT-campagne met RV Belgica, allemaal verschillende ontwerpen maar met één gemeenschappelijk doel: stalen van de kostbare modder, zijn bewoners en chemische gradiënten, naar de wetenschappers brengen zonder dat ze nat hoeven te worden! Voorkomen dat ze vuil worden is echter niet gegarandeerd! Toegegeven, het is beter om te spreken van ‘sediment’ in plaats van modder, want technisch gezien is het niet altijd modder dat naar de oppervlakte wordt gebracht. Net zoals het ene water het andere niet was, is ook het ene sediment het andere niet.

Laten we beginnen met de eenvoudigste low-tech methode, die meestal de eerste sedimentbemonsteraar is die wordt ingezet op elk nieuw staalnamestation tijdens de DEHEAT-campagne: de Van Veen grijper (of simpelweg de Van Veen). Zodra de CTD weer aan boord is, wel te verstaan. Dit instrument is niets meer dan een roestvrijstalen schelpvormige emmer die als een schaar wordt opengespreid terwijl hij door de waterkolom naar beneden wordt gelaten. Het vergrendelingsmechanisme wordt losgelaten wanneer het toestel de zeebodem raakt, waardoor de emmerhelften zich sluiten en een sedimentstaal grijpen wanneer het apparaat weer omhoog wordt getrokken.

In het uitgebreide programma wordt meestal een box corer naar de zeebodem gestuurd als de Van Veen-bemonstering voltooid is. Dit kan één of meerdere keren gebeuren, afhankelijk van de staalnamebehoeften. Technisch gezien is de box corer ook een vrij eenvoudig apparaat om sediment te verzamelen, dat in wezen bestaat uit een cilindrische kern die afhankelijk is van gewichten om de cilinder te helpen in de bodem te dringen en van een spade die de kern van onderen afsluit om te voorkomen dat het sedimentstaal verloren gaat wanneer het apparaat terug naar de oppervlakte wordt getild.

De volgende stap op het programma is het inzetten van de GEMAX corer. Deze ziet er een beetje uit als een dubbele torpedo met vleugels (zie foto, waarop het apparaat te zien is voordat het naar de zeebodem wordt neergelaten) waar buisvormige monstercontainers in de twee kernen worden gestoken die er na het ophalen – hopelijk gevuld met sediment – weer uit worden gehaald.

In tegenstelling tot de Van Veen grijper en de box corer wordt de GEMAX niet slechts één of een paar keer ingezet bij elk staalnamestation, maar worden er tot 22 sedimentkernen per locatie verzameld.

Per Hall, marien biogeochemicus en emeritus hoogleraar aan de Universiteit van Göteborg, legt uit: “De GEMAX neemt onverstoorde kernen en levert daardoor een representatiever sedimentstaal dan bijvoorbeeld de box corer. Deze laatste verstoort het sediment meer, om verschillende redenen. Een daarvan is dat het een zeer grote ‘boeggolf’ heeft die deeltjes van het sedimentoppervlak kan wegblazen. Ook kan het sediment in de box meer verstoord zijn, er kunnen scheuren in zitten, er kan water tussen de boxwand en het sediment komen. Dat is vaak prima, bijvoorbeeld als je voor faunamonsters gaat, maar als je ongestoorde chemische gradiënten in je kernen wilt, zoals nodig is voor veel van de biogeochemische analyses van DEHEAT, is de GEMAX een veel betere keuze. De keuze van de boor hangt dus af van het doel van je bemonstering.”

Per is een senior academicus die niet vies is van vuile handen. “Hoewel ik officieel met pensioen ben, doe ik nog steeds parttime onderzoek omdat ik er in geïnteresseerd en enthousiast over blijf. Vandaag neem ik deel aan deze expeditie op uitnodiging van Sebastiaan, waarbij ik mijn expertise probeer in te brengen in de hele keten, van de praktische aspecten van de bemonstering tot de discussies over de gegevens”.

Saheed Puthan Purayil van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen helpt Per met de verschillende sedimentkernen. Hij is doctor in de fysische oceanografie en heeft uitgebreide ervaring in oceaanonderzoek, voorspellingen en modellering. Maar het opstropen van de mouwen maakte minder deel uit van deze ervaringen.

“Ik heb deel uitgemaakt van veel wetenschappelijke expedities op zee en in sommige gevallen was ik hoofdwetenschapper, maar het is de eerste keer dat ik echt help met het nemen van sedimentkernen. Ik vind het bijzonder om te zien hoe de kernen worden verwerkt nadat we ze aan andere wetenschappers hebben overgedragen, en hoe sommige gegevens al tijdens de expeditie verschijnen”, zegt hij.

Saheed geniet er duidelijk van om deel uit te maken van de DEHEAT-expeditie: “Het is ook een leuke en boeiende expeditie, met wetenschappers uit zoveel verschillende vakgebieden en instituten, en van zoveel verschillende nationaliteiten, en een prachtig schip en bemanning. En iedereen is heel vriendelijk!”

Alle bovenvermelde sedimentcorers en de CTD worden uitgezet aan stuurboordzijde van RV Belgica, met behulp van een kraan en lier die speciaal geïnstalleerd zijn voor het uitzetten van dergelijke instrumenten.

De CTD heeft zelfs zijn eigen hangar en uitzetsysteem, omdat je niet wilt dat rondvliegende sedimenten de waardevolle watermonsters verontreinigen. Grapje! Natuurlijk worden de sedimenten ook met grote zorg behandeld. Maar bij het afspuiten van de corers tussen de bemonsteringen door (want zelfs sedimentresten van de ene bemonstering mogen de volgende niet beïnvloeden) is het niet ondenkbaar dat er wat sediment op de CTD-rozet of in de watermonsters terechtkomt. En voor de wetenschappers die de nauwkeurige en schone CTD-bemonstering uitvoeren, is het ook correcter en prettiger om beschut te kunnen werken bij slechte weersomstandigheden.

Over het weer gesproken, we waren gewaarschuwd dat het weer in IJsland ook in de zomer alle vormen kan aannemen. Vandaag waren we daar getuige van, met afwisselend zonneschijn, wolken, mist, een regenvlaag en zelfs een vlokje sneeuw. Maar Hvalfjördur bleef in al deze omstandigheden even dramatisch mooi!

26 juni 2023 – Vanochtend is het een drukte van belang op de RV Belgica, want het schip verlaat de haven van Reykjavik en stoomt naar het eerste bemonsteringsstation. Er hoeft geen lange weg te worden afgelegd, want de eerste dagen van de expeditie zullen worden doorgebracht in een fjord net ten noorden van de IJslandse hoofdstad. De fjord in kwestie is de Hvalfjördur, letterlijk vertaald de ‘walvisfjord’. Het duurt nog geen twee uur om aan te komen bij station HF3, dat de primeur krijgt om als eerste te worden bemonsterd. Die eerste bemonstering is altijd een cruciaal moment, want het is zeker beter voor het moreel om met een succes te beginnen. Slechts één ding is zeker op dit moment: het weer zal zeker geen spelbreker zijn! Het water is kalm, de wind is afwezig en er is een aangenaam zonnetje.

De DEHEAT-campagne begint met het inzetten van de CTD, wat de reguliere start van de activiteiten op elke monsterlocatie zal worden. CTD staat voor geleidbaarheid, temperatuur en diepte, parameters die worden gemeten door sensoren die zijn ingebouwd in een constructie die verder bestaat uit 24 zogenaamde Niskin-flessen die in een rozet zijn geplaatst. Om het eenvoudig te houden, noemen we het geheel gewoon ‘CTD’.

De CTD-constructie is een essentieel oceanografisch instrument. Terwijl de CTD door de waterkolom afdaalt tot net boven de bodem, kunnen de diepte en de veranderingen in temperatuur, zoutgehalte en zuurstofgehalte van het water in realtime op een computerscherm worden gevolgd. Afhankelijk van het verloop van deze parameters beslissen de wetenschappers op welke dieptes er waterstalen worden genomen. Dat is waar de Niskin-flessen van pas komen, die met een simpele muisklik één voor één op afstand kunnen worden gesloten. Dit gebeurt tijdens de reis van de rozet terug naar de oppervlakte.

Tijdens de eerste trip van de CTD naar de bodem en weer naar boven was het bijzonder druk in het wetlab waar de computer staat waarop de CTD-parameters worden gevolgd. Iedereen wilde persoonlijk getuige zijn van de allereerste gegevens die verschenen tijdens de DEHEAT-expeditie. In de volgende dagen zal dit moment veel minder druk bezocht worden. Dit heeft natuurlijk niets te maken met een verlies aan interesse, maar is volledig te wijten aan het feit dat er tijdens de allereerste CTD nog geen andere activiteiten gestart waren. Op volgende stations zal het heel anders gaan en de timing van de activiteiten van verschillende wetenschappers zal daardoor ook steeds meer uiteenlopen.

Later zullen het dus vooral een aantal vaste gezichten zijn die bij elke CTD aanwezig zijn, de beslissingen nemen over het verzamelen van watermonsters en de Niskin-flessen sluiten. Naast DEHEAT-hoofdwetenschapper Sebastiaan van de Velde bestaat het vaste CTD-team uit Kate, Lei en Felipe. Zij zijn het ook die uiteindelijk de inhoud van de Niskin-flessen op verschillende manieren en voor verschillende doeleinden zullen bemonsteren.

Er komt een behoorlijke administratie bij kijken, want iedereen aan boord wil zijn deel van het water, en het ene water blijkt het andere niet te zijn … Er moeten monsters genomen worden voor het bepalen van alkaliniteit, opgeloste anorganische koolstof, voedingsstoffen, silicium, metalen, zuurstof, magnesium en strontium, saliniteit, … en al deze monsters zijn nodig in verschillende volumes, moeten opgeslagen worden in verschillende recipiënten, vereisen verschillende bewerkingen en moeten naar verschillende plaatsen op het schip gebracht worden. Om de zaken nog ingewikkelder te maken, moeten sommige stalen enkel in de fjord verzameld worden, of later enkel in de open oceaan, of enkel op bepaalde diepten, en verschillende expeditiedeelnemers komen met grote of nog grotere flessen om ook hun deel van het water te krijgen …

Kate Hendry heeft de belangrijke taak om de gegevens bij te houden, niet alleen voor CTD-bemonstering maar voor zowat alle stalen die tijdens de expeditie worden genomen. Kate is oceanisch klimaatwetenschapper, chemisch oceanograaf of biogeochemicus bij de British Antarctic Survey. Ze maakt deel uit van de wetenschappelijke en stuurgroepen van DEHEAT en is ook aangewezen als de tweede hoofdwetenschapper van de expeditie.

Kate legt uit wat dat betekent: “De functie van co-hoofdwetenschapper houdt in dat je er bent als gezond-verstand-check en als klankbord voor de hoofdwetenschapper. Op een expeditie als deze is er veel om over na te denken en in de gaten te houden, en er moeten veel belangrijke beslissingen worden genomen. Het is mijn taak om met ideeën, suggesties, alternatieven en oplossingen te komen voor eventuele problemen. Maar om eerlijk te zijn, Sebastiaan doet het geweldig, dus voor mij valt het allemaal wel mee, het loopt allemaal op rolletjes”.

Over de taak om alles bij te houden voegt ze toe: “Naast de wetenschap richt ik me op het gegevensbeheer, het verzorgen van het papierwerk, ervoor zorgen dat alles wordt gearchiveerd. Het laatste wat je wilt is dat er belangrijk papierwerk zoekraakt, dus ik zorg ervoor dat alles wordt gescand en gearchiveerd. Daarom zorg ik ervoor dat alles wordt gescand en gearchiveerd. Dit blijkt soms zelfs maanden of jaren na een veldcampagne nog nuttig te zijn, als iets mensen in verwarring brengt of voor een raadsel stelt, waardoor ze terug moeten gaan naar de vitale originele logboeken”.

Nu terug naar de CTD-bemonstering. Felipe Sales de Freitas, chemisch/geochemisch oceanograaf en postdoctoraal onderzoeker aan de Université Libre de Bruxelles, is direct betrokken bij het DEHEAT-project en zorgt voor wat kan worden beschouwd als de ‘klein volume CTD-bemonstering’ voor een hele reeks doelen, waarvan de meeste vereisen dat het water uit de Niskin-flessen wordt gefilterd.

“Maar eerst moeten we het heilige ritueel uitvoeren om elk recipiënt of werktuig drie keer te spoelen met het water dat we gaan bemonsteren”, legt hij lachend uit. “Vervolgens persen we water door spuiten en filters tot onze duimen helemaal verkrampt zijn”.

Felipe licht zijn rol in de DEHEAT Belgica-expeditie verder als volgt toe: “In deze expeditie ben ik eigenlijk een extra paar handen bij verschillende bemonsteringsacties vanwege mijn ervaring in veldbemonstering en analyse. Later zal ik veel van de outputgegevens van de sedimentboringen en wateranalyses gebruiken voor de geochemische modellering van DEHEAT”.

Lei Chou sleept ondertussen grotere containers heen en weer tussen de Niskin-flessen en een meer geavanceerde filteropstelling die ze zelf heeft meegebracht en die beter geschikt is om grotere volumes te filteren. Ze is marien biogeochemicus en emeritus professor aan de Université Libre de Bruxelles en blijft actief en betrokken bij zowel onderzoek als het opleiden van studenten.

Lei had heel weinig tijd om zich voor te bereiden op de DEHEAT-expeditie, maar haalt het onderste uit de kan: “Ik kreeg een ligplaats aangeboden op RV Belgica slechts enkele weken voor de start van de expeditie toen er plots een plaats vrijkwam door de annulering van een andere deelnemer. Ik moest snel schakelen en twee koffers met materiaal naar Reykjavik sturen omdat de Belgica de thuishaven Zeebrugge al had verlaten. Ik wil immers van de gelegenheid gebruik maken om bijkomende stalen te verzamelen voor het gehalte aan zwevende stoffen, voedingsstoffen, metalen en chlorofyl als aanvulling op het reeds zeer ambitieuze DEHEAT-plan”.

We kunnen er zeker van zijn dat het IJslandse zeewater veel minder geheimen zal hebben na de analyse van de DEHEAT-monsters.