Schepen en instrumentarium

From MarineSpecies Traits Wiki
Jump to: navigation, search

Voor waarnemingen aan het oppervlak of in relatief ondiepe delen van de waterkolom worden dikwijls schepen ingezet, uitgerust met de benodigde meetinstrumenten. Afhankelijk van het doel wordt andere apparatuur gebezigd en kunnen schepen gekozen worden die al dan niet specifiek voor wetenschappelijk onderzoek gebouwd zijn.


Schepen

Onderzoeksschepen worden ingezet voor vele toepassingen. Zo zijn ze bijvoorbeeld essentieel voor het inzetten van sommige duiktuigen. Door te hoge kosten en relatief kleine aantallen zijn ze minder geschikt voor het verzamelen van elementaire abiotische gegevens (zoals temperatuur en saliniteit) op grotere schaal[1]. Daarom wordt ook gewerkt met Ships-Of-Opportunity (SOOP), ook gekend als VOS (Volunteer Observing Ships), cargo- of passagiersschepen die regelmatig langs dezelfde routes navigeren[2]. Doelafhankelijk kan zo een schip opgeladen worden met één of meerdere instrumenten die werkzaam zijn tijdens het varen. Frequent gebruikte meettoestellen zijn CTDs, TSGs, XBTs en CPRs[3]. Gegevens worden wereldwijd verzameld en worden gebruikt voor verschillende toepassingen. Zo wordt de ruimtelijke variabiliteit gekwantificeerd voor meteorologisch en oceanisch onderzoek. Tevens kunnen systematische fouten in rasterdata (zoals bv. bekomen via satellieten) geïdentificeerd worden. Klimaatonderzoek steunt ook op deze gegevens.

Een specifiek voorbeeld van het gebruik van SOOP voor het bepalen van in-situ omgevingsvariabelen is de “FerryBox”. Dit is een autonoom monitoringstoestel, dat een variëteit aan sensoren bevat voor het meten van parameters zoals saliniteit, temperatuur, opgeloste zuurstof, fluorescentie en positie[4]. Al deze sensoren werken simultaan en zijn gecontroleerd door een computer, die eveneens geïntegreerd is in de FerryBox[1]. De toestellen worden speciaal ontworpen voor het gebruik aan boord van ferry’s en worden wereldwijd toegepast. In Europa zijn er momenteel (2012) 30 FerryBox routes, een netwerk onderhouden door de European FerryBox Community. Samengevat heeft het systeem de volgende voordelen:

  • Omdat er genoeg energie is op het schip kunnen complexere systemen gebruikt worden.
  • Omdat de apparatuur beschut is kan deze meer gesofistikeerd zijn.
  • Geen extra schiptijd is nodig voor het onderhoud van de apparatuur; dit kan in de haven gebeuren.
  • Informatie over een transect is vaak waardevoller dan info verzameld op één bepaald punt.
  • Aangroei van organismen kan gemakkelijk vermeden worden.
  • Relatief goedkoop omdat er geen scheepskosten zijn.


Instrumentarium

Figuur 1: Rozet met CTD[3]

Meettoestellen bestaan in een enorme diversiteit. Hier worden enkel de belangrijkste besproken.

CTD

Een CTD (Conductivity, Temperature, Depth) is het primaire toestel bij het vaststellen van essentiële fysische eigenschappen van zeewater. Conductiviteit of geleidbaarheid wordt gemeten als maat voor de saliniteit. De diepte wordt berekend aan de hand van de gemeten druk en temperatuur. De CTD-sonde kan gebruikt worden op zichzelf, vastgemaakt aan bv. duiktuigen of in een rozet[5].

Een rozet (Figuur 1) wordt vaak gebruikt vanop schepen en de naam verwijst naar het rozetvormige frame waarin de apparatuur zit. De CTD-sonde wordt centraal bevestigd en is omringd door maximaal 36 meestal plastieken cilinders; de Niskin flessen. Met elke buis kan een waterstaal genomen worden op de gewenste diepte. Ze worden “afgevuurd” door een signaal gegeven vanuit het schip, waarbij kleppen onderaan en bovenaan de fles afsluiten.

TSG

Figuur 2: Thermosalinograaf[6]
Een TSG (thermosalinograaf; Figuur 2) is een meetsysteem dat, aan boord van een schip, continu de temperatuur en conductiviteit meet van het oppervlaktewater[6]. Saliniteit wordt, net zoals bij een CTD, afgeleid uit deze gemeten twee grootheden. Optioneel kunnen ook andere sensoren (zoals een fluorimeter) aan het doorstroomsysteem worden toegevoegd. Een TSG wordt manueel aangezet van zodra het schip de haven verlaat. Water stroomt door buizen tot aan het instrument, dat zich in de romp van het schip bevindt. Om contaminatie te vermijden worden TSGs meestal zo dicht mogelijk bij de wand geplaatst, zodat de lengte van de buizen minimaal is.

De positie van het schip wordt gegeven door een GPS. Een computer verzamelt alle data, verwerkt deze en controleert de realtime overdracht van data via satellieten. De data kan ook worden opgeslagen en later worden opgehaald[7].

XBT

Figuur 3: XBT met lanceringstoestel[8]
Een eXpendable BathyThermograph is een sonde die neergelaten wordt vanaf een varend schip voor het bepalen van temperatuur profielen (Figuur 3). De diepte wordt niet bepaald door een sensor maar wordt berekend als functie van de zinksnelheid van de sonde en de schipsnelheid. De sonde is zo ontworpen dat de manier en het tempo van neerdalen altijd dezelfde zijn. Temperatuur wordt gemeten van zodra de sonde in het water is en de waarden worden doorgestuurd via een dunne kabel naar een computer. Gegevens kunnen zowel direct verzonden worden via satelliet als tijdelijk worden opgeslagen[7].

XBTs worden zowel ingezet vanaf onderzoeksschepen als Ships Of Opportunity. Er kunnen twee staalname strategieën toegepast worden[7]. Bij de eerste soort operaties worden metingen genomen relatief dichtbijeen (ca. 25km) en ongeveer om de 3 maanden. Een hoge ruimtelijke densiteit aan profielen is belangrijk voor het bepalen van de thermale structuur van de bovenste waterlagen. Zo kan onder meer de temporele variatie in stromingen en hittetransport worden onderzocht. De tweede manier houdt in dat profielen verder van elkaar genomen worden (om de 100-150km), maar op transecten die minstens maandelijks bevaren worden.

Omdat er altijd wat variatie zit op de daalsnelheid kunnen de profielen een bepaalde fout hebben. In 2008 werd er een systematische fout ontdekt in de gebruikte valsnelheidsfunctie waardoor de temperatuur overschat werd[8]. Daarom is het nodig de voordien bekomen data te corrigeren alvorens gebruik[9].

CPR

Figuur 4: Bouw van een CPR[10]
De Continuous Plankton Recorder (CPR) is een apparaat voor het doorlopend verzamelen van plankton langs een bepaald traject op een diepte van ongeveer 10m (Figuur 4). De eerste sleep vond plaats in 1931 in de Noordzee en werd uitgevoerd door de uitvinder van het toestel, Sir Alister Hardy. Sindsdien werd de CPR wereldwijd (inclusief zoetwater meren) in gebruik genomen en worden maandelijks nog steeds verscheidene staalnames uitgevoerd. Daardoor is het één van de langst lopende mariene biologische onderzoeken ter wereld[11].

Een CPR is relatief simpel en robuust gebouwd, waardoor het gemakkelijk kan gehanteerd worden vanop Ships Of Opportunity of onderzoeksschepen tijdens hun activiteiten. Dit laat toe herhaaldelijk stalen te nemen op een grote schaal. Tot nu toe werd dan ook reeds 6 miljoen kilometer gesampled, met de hoogste concentratie in de Noordzee en de noordoostelijke Atlantische oceaan. Tegenwoordig worden ook regelmatig CTDs aangewend om gelijktijdig abiotische data te verwerven.

Overkoepeling

Verschillende organisaties, opgericht in de loop van de jaren, richten zich op verschillende delen van de wereld en werken onderling samen. De “moeder” organisatie is SAHFOS (Sir Alister Hardy Foundation for Ocean Science), die CPR data verzamelt sinds 1931. Alhoewel onderzoek oorspronkelijk plaatsvond in het noordelijke deel van de Atlantische oceaan, voert SAHFOS sinds 2000 ook CPR slepen uit in het noorden van de Stille oceaan. Verder is er ook nog het NEFSC (Northeast Fisheries Science Center) dat het noordwesten van de Atlantische oceaan bemonstert (sinds 1977), de Australian Antarctic Division voor de Zuidelijke oceaan (sinds 1977) en het AusCPR project, voor de oceaan rondom Australië (sinds 2009)[10]. Sinds september 2011 is er een samenwerkingsverband tussen deze vier organisaties en andere onderzoeksgroepen. De alliantie staat gekend als de GACS (Global Alliance of Continuous Plankton Recorder Surveys) en heeft tot doel het verstaan van de veranderingen in plankton biodiversiteit op wereldschaal.

Toepassingen

Onderzoek met de CPR heeft geleid tot een beter begrip van de planktondynamiek in de oceanen in de loop van de jaren. Eind 2001 waren reeds 900 wetenschappelijke publicaties verschenen die gebruik maakten van de CPR resultaten. Deze focusten op verscheidene toepassingen, zoals biodiversiteit, productiviteit, oceaanverzuring, pollutie, ecosysteem gezondheid en klimaatsverandering. Meer specifiek kunnen vragen beantwoord worden omtrent soortensamenstellingen, het leefgebied van sommige soorten, de aanwezigheid van nieuwe soorten en de interactie van plankton met de oceaan.

Werking

De CPR wordt achteraan een schip gehangen waarbij zeewater binnenstroomt via een kleine opening (ter grootte van een duimspijker) in de neus van het toestel. Het water stroomt in een grotere ruimte, zodat de druk verminderd wordt. Het plankton wordt hierdoor zelf niet beschadigd en de filter geraakt minder snel verstopt. De filter is een zijden band die van rol naar rol wordt gedraaid (analoog aan het mechanisme in een cassette) door tandwielen, die worden aangedreven door een kleine turbine achterin. Op die manier beweegt de band aan een tempo evenredig met de snelheid van het schip, zodat 10cm zijde overeenkomt met ongeveer 10 zeemijlen (18,5 kilometer) en 3m³ gefilterd water. Op de filter wordt een bedekkende lap zijde gelegd alvorens die op de tweede rol wordt gedraaid. Voor conservatie en fixatie wordt de gebruikte band in een opslagtank bewaard met formaldehyde. Eén cassette is voldoende voor een traject tot 450 zeemijlen[12][11]

In het labo wordt de filter verdeeld in gelabelde stukken van 10 zeemijlen. Daarna worden de doeken geanalyseerd volgens een gestandaardiseerde methode die sinds 1950 niet meer gewijzigd is. Allereerst wordt een fytoplankton kleurindex (green-ness index) gegeven, aan de hand van een standaard kleurenkaart. Een laag nummer wijst op een bleker doek en een kleinere fytoplankton biomassa in het water[12]. Vervolgens wordt het plankton in drie stappen geteld en geïdentificeerd. In een eerste stap wordt dit gedaan voor het fytoplankton. Omdat het onmogelijk is alle organismen te tellen, worden 20 “fields of view” (beeld dat gezien wordt onder een microscoop of binoculair) onderzocht per stuk. In stap twee wordt zoöplankton geïnspecteerd langsheen één lijn in de breedte van de band (1/49st van bandoppervlak), van begin tot einde. Stap drie bestaat uit het tellen en determineren van alle zoöplankton groter dan 2mm. Alle data wordt in een centrale database gebracht en publiekelijk beschikbaar gesteld[12].


Zie ook

http://en.wikipedia.org/wiki/Continuous_Plankton_Recorder


Bronnen

  1. 1.0 1.1 http://imos.org.au/soop.html
  2. http://www.oco.noaa.gov/resources/Annual_Program_Reports/FY07_Program_Report/chapterII/05-c-Weller_FY07_VOS.pdf
  3. 3.0 3.1 http://www.jcommops.org/soopip/ Cite error: Invalid <ref> tag; name "torpedo" defined multiple times with different content
  4. http://www.sepa.org.uk/water/marine_science/ferry_box_project.aspx
  5. http://oceanexplorer.noaa.gov/technology/tools/sonde_ctd/sondectd.html
  6. 6.0 6.1 http://www.vliz.be/imis/imis.php?module=infrastruct&infraid=21
  7. 7.0 7.1 7.2 http://www.aoml.noaa.gov/phod/tsg/about.php Cite error: Invalid <ref> tag; name "aoml" defined multiple times with different content
  8. 8.0 8.1 http://continentalshelf.gov/missions/08arctic/sep19b.html Cite error: Invalid <ref> tag; name "cont" defined multiple times with different content
  9. http://icdc.zmaw.de/xbt.html?&L=1
  10. 10.0 10.1 http://imos.org.au/australiancontinuousplanktonr.html
  11. 11.0 11.1 Reid, P. C., Colebrook, J. M., Matthews, J. B. L., Aiken, J., 2003. The Continuous Plankton Recorder: concepts and history, from Plankton Indicator to undulating recorders. Progress in Oceanography. 58, p117-173.
  12. 12.0 12.1 12.2 http://www.sahfos.ac.uk/


The main author of this article is Van Beveren, Elisabeth
Please note that others may also have edited the contents of this article.

Citation: Van Beveren, Elisabeth (2012): Schepen en instrumentarium. Available from http://www.coastalwiki.org/wiki/Schepen_en_instrumentarium [accessed on 2-12-2020]