METEOR M116/1

Sauerstoffminimumzonen (oxygen minimum zones, OMZ) erstrecken sich in Tiefen von 100 bis 900 Metern im östlichen tropischen Atlantik und ebenso im östlichen tropischen Pazifik. Den geringsten Sauerstoffgehalt im Atlantik findet man in 300-500 Metern Tiefe, von wo aus er dann zur Wasseroberfläche hin rapide ansteigt. In der OMZ des Ostatlantiks misst man Sauerstoff-Minimalwerte von ca. 40 μmol/kg.
Transportprozesse versorgen das Innere des Ozeans mit Sauerstoff. Allerdings findet diese Belüftung nicht immer und überall gleichmäßig statt und sie erfolgt über verschiedene Wege. Insbesondere die Belüftungsprozesse der sogenannten ‚shadow zones’, in denen die OMZs liegen, sind noch nicht vollständig erforscht. Um die Raten und die Effektivität der verschiedenen Wege zu quantifizieren, werden Ergebnisse aus Modellen und Beobachtungen kombiniert.

Mit dem Sauerstoffversorgungs-Tracer-Release-Experiment (OSTRE) sollen vor allem die Wege der horizontalen durch ozeanische Wirbel verursachte Sauerstoffzufuhr in der OMZ des tropischen Nordatlantiks untersucht werden. Dazu wurde im Dezember 2012 auf der Forschungsfahrt MSM23 eine künstliche, ungiftige Marker-Substanz (Tracer) im Zentrum der OMZ ausgebracht. Während mehrerer Folgefahrten wurde die Verteilung dieses Tracers durch natürliche Vermischungs- und Transportprozesse verfolgt. Auch die aktuelle Expedition dient diesem Zweck.

OSTRE beschäftigt sich mit einem der zentralen Thema des SFB 754: Wie kann gelöster Sauerstoff in die OMZ über mittlere Sauerstoffgradienten hinweg transportiert werden? Dies kann nicht das Ergebnis einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit sein, die bei nichtvorhandener Vermischung und/oder signifikanten lokalen Quellen oder Senken parallel zu den mittleren Eigenschaftsgradienten ausgerichtet sein muss. Daher muss die Sauerstoffversorgung der OMZ durch nichtlineare Vermischung, wahrscheinlich durch horizontale Vermischungsprozesse in mittelgroßen Wirbeln (Eddies), hergestellt werden. Wie effizient sind diese Wirbeltransporte? Stellen unsere Modelle diesen grundlegenden Prozess der Dynamik der OMZ quantitativ korrekt dar?

Weitere Ziele der Fahrt sind:
1) die Sauerstoffverteilung in der OMZ des östlichen Nordatlantiks mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu vermessen;
2) die Ursache subtropisch-tropischer Zirkulationswege, die die östliche tropische OMZ mit Sauerstoff versorgen, zu identifizieren;
3) die zeitlichen Schwankungen (z.B. jährlich, saisonal, kurzzeitig) der Sauerstoffzufuhr zur und im Sauerstoffbestand der OMZ selbst zu beobachten.

Zusätzlich werden bei dieser Reise Messungen des Karbonatsystems, der Nährstoffe und der Transient Tracer auf Stationen durchgeführt, auf denen bereits auf früheren Fahrten qualitativ hochwertige Messungen vorgenommen wurden. Diese Wiederholungen erlauben eine Abschätzung dekadischer Schwankungen in der Physik und Biogeochemie des Ozeaninneren.
Während der gesamten Fahrt werden kontinuierliche Messungen des Oberflächenwassers auf folgende Parameter durchgeführt: Temperatur der Meeresoberfläche (SST) und Salzgehalt (SSS), CO2-Partialdruck (pCO2) und gelöste Sauerstoffkonzentration.