SONNE - Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe
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Forschungsschiff
SONNE
Reise Nr. SO279
04. 12. 2020 - 05. 01. 2021
NAPTRAM - Plastiktransportmechanismen, Senken und Interaktionen mit
Biota im Nordatlantik
Herausgeber:
Universität Hamburg, Institut für Geologie
Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe
http://www.ldf.uni-hamburg.de
Gefördert:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
ISSN 2364-3692Forschungsschiff / Research Vessel
SONNE
Reise
Nr. SO279 / Cruise No. SO279
04. 12. 2020 - 05. 01. 2021
NAPTRAM - Plastiktransportmechanismen, Senken und Interaktionen mit
Biota im Nordatlantik
NAPTRAM - North Atlantic plastic transport mechanisms, sinks, and
interactions with biota
Herausgeber/Editor:
Universität Hamburg, Institut für Geologie
Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe
http://www.ldf.uni-hamburg.de
Gefördert durch/Sponsored by:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
ISSN 2364-3692Anschriften / Addresses Dr. Aaron J. Beck Telefon: +49 431 600-1296 GEOMAR Helmholtz Zentrum E-Mail: ajbeck@geomar.de für Ozeanforschung Kiel http: www.geomar.de Wischhofstr. 1-3 D-24148 Kiel Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe Telefon: +49 40 42838-3640 Institut für Geologie Telefax: +49 40 42838-4644 Universität Hamburg E-Mail: leitstelle.ldf@uni-hamburg.de Bundesstraße 55 http: www.ldf.uni-hamburg.de D-20146 Hamburg Reederei Briese Briese Schiffahrts GmbH & Co. KG Telefon: +49 491 92520 160 Research | Forschungsschifffahrt Telefax +49 491 92520 169 Hafenstraße 6d (Haus Singapore) E-Mail: research@briese.de D-26789 Leer http: www.briese.de Projektträger Jülich Telefon: +49 038 120356-291 System Erde - Meeresforschung E-Mail: ptj-mgs@fz-juelich.de Schweriner Straße 44 http: www.ptj.de/rostock D-18069 Rostock GPF-Geschäftsstelle Gutachterpanel Forschungsschiffe (GPF) E-Mail: gpf@dfg.de c/o Deutsche Forschungsgemeinschaft Kennedyallee 40 D-53175 Bonn
Forschungsschiff / Research Vessel SONNE
Vessel’s general email address sonne@sonne.briese-research.de
Crew’s direct email address n.name@sonne.briese-research.de
Scientific general email address chiefscientist@sonne.briese-research.de
Scientific direct email address n.name@sonne.briese-research.de
Each cruise participant will receive an e-mail address composed of the first letter of his
first name and the full last name.
Günther Tietjen, for example, will receive the address:
g.tietjen@sonne.briese-research.de
Notation on VSAT service availability will be done by ship’s management team / system
operator.
Data exchange ship/shore: on VSAT continuously / none VSAT every 15 minutes
Maximum attachment size: on VSAT no limits / none VSAT 50 kB, extendable on
request
The system operator on board is responsible for the administration of all email
addresses
(Iridium Open Port) +881 623 457 308
Phone Bridge
(VSAT) +47 224 09509SONNE Reise / SONNE Cruise SO279
04. 12. 2020 - 05. 01. 2021
NAPTRAM - Plastiktransportmechanismen, Senken und Interaktionen mit
Biota im Nordatlantik
NAPTRAM - North Atlantic plastic transport mechanisms, sinks, and
interactions with biota
Fahrt / Cruise SO279 04. 12. 2020 - 05. 01. 2021
Emden (Germany) - Emden (Germany)
Fahrtleitung / Chief Scientist: Dr. Aaron J. Beck
Koordination / Coordination Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe
German Research Fleet Coordination Centre
Kapitän / Master SONNE Lutz MallonAbb. 1 Geplante Fahrtroute und Arbeitsgebiet der SONNE Expedition SO279. Fig. 1 Planned cruise track and working area of SONNE cruise SO279.
Wissenschaftliches Programm
Fahrt / Cruise SO279
Scientific Programme
Übersicht Synopsis
Die Ausfahrt ist ein Teil einer multidiszipli- This cruise is part of a multi-disciplinary
nären Forschungsinitiative, die den Ur- research initiative investigating the origin,
sprung, den Transport und das Schicksal von transport and fate of plastic debris from
Plastikmüll von den Flussmündungen bis hin estuaries to the oceanic garbage patches.
zum ozeanischen Müllwirbel untersucht.
NAPTRAM trägt zu dem JPI-Oceans-Projekt NAPTRAM contributes to the JPI-Oceans
HOTMIC ("HOrizontal and vertical oceanic project HOTMIC (“HOrizontal and vertical
distribution, Transport, and impact of oceanic distribution, Transport, and impact
MICroplastics") und zu dem BMBF- of MICroplastics”) and the BMBF funded
geförderten Projekt PLASTISEA project PLASTISEA (‘Harvesting the marine
("Harvesting the marine Plastisphere for Plastisphere for novel cleaning concepts’).
novel cleaning concepts") bei .
Das Hauptziel liegt in der Untersuchung des The main focus will be on the vertical transfer
vertikalen Transfers von Plastikmüll aus dem of plastic debris from the surface and near-
Oberflächen- und den oberflächennahen surface waters to the deep sea of the North
Wassern in die Tiefsee des Nord-Atlantik- Atlantic gyre and on the processes that
Wirbels und der Prozesse, die diesen mediate this transport. In addition, the transit
Transport beeinflussen. Darüber hinaus of the vessel to and from the working area
werden die Transitfahrten zu den Arbeitsge- will be used for sampling along lateral
bieten für Probennahmen entlang der transport pathways and to test the relative
seitlichen Transportwege genutzt, und um die importance of surface currents and eddies for
relative Bedeutung der Oberflächenströ- surface transport of (micro) plastic debris.
mungen und der Wirbeln für den
Oberflächentransport von (Mikro)-Plastik-
müll zu testen.
Die gewonnenen Daten werden dazu beitra- The obtained data will help to develop
gen, quantitative Modelle zu entwickeln, die quantitative models that provide information
Informationen über den Stand der Ver- about the level of plastic pollution in the
schmutzung mit Plastik in den verschiedenen different compartments of the open ocean
Kompartimenten des offenen Ozeans (Ober- (surface, water column, seafloor), as well as
fläche, Wassersäule, Meeresboden) sowie transport and alteration from coastal sources
Informationen über den Transport und die to the deep ocean sink.
Veränderung von küstennahen Quellen zur
Tiefseesenke zu liefern.
Ferner werden die Auswirkungen von Plas- Furthermore, the effects of plastic debris on
tikmüll auf Meeresorganismen im offenen marine organisms in the open ocean will be
Ozean bewertet. Die Untersuchungen der assessed. Samples from the proposed cruise
Proben sollen Aufschlüsse über folgende will provide data about the:
Gebiete geben:(1) Abundanz von Mikroplastik Partikeln, (1) abundance of plastic debris including einschließlich Größen
Von / From Emden - Nach / To Emden Fahrt / Cruise SO279
Wissenschaftliches Programm Scientific Programme
Die NAPTRAM-Ausfahrt wird den Trans- The NAPTRAM cruise will characterize MP
port, das Schicksal und die Auswirkungen transport, fate, and impact along a source-to-
von MP entlang eines Quelle-zu-Senke- sink gradient between Western European
Gradienten zwischen westeuropäischen coastal sources and its eventual
Küstenquellen und seine mögliche accumulation in oceanic deep waters and
Akkumulation in ozeanischen sediments in the range of the central North
Tiefengewässern und Sedimen-ten im Atlantic gyre (Fig. 1).
Bereich des zentralen nordatlantischen
Wirbels charakterisieren (Abb. 1).
The open ocean working area is located in a
Das Arbeitsgebiet im offenen Ozean befindet region that has been classified as part of the
sich in einer Region, die als Teil der inneren inner accumulation zone of the North Atlantic
Akkumulationszone des nordatlantischen garbage patch (Cózar et al. 2014). This
Müllgebietes klassifiziert wurde (Cózar et al. classification is based on surface water
2014). Diese Einstufung basiert auf Ober- sampling and we therefore expect
flächenwasserproben, und wir erwarten daher considerable amounts of plastic debris at the
beträchtliche Mengen an Plastikmüll an der sea surface. Particle sinking velocities are
Meeresoberfläche. Es wird erwartet, dass die expected to be on the order of 100 m d-1
Partikelabsenkungen in der Größenordnung (Villa-Alfageme et al., 2016; Lemaitre et al.,
von 100 m d-1 liegen werden (Villa-Alfageme 2018), and abundant plastic particles should
et al., 2016; Lemaitre et al., 2018) und dass also be expected in the water column and on
auch in der Wassersäule und auf dem the seafloor within the proposed area.
Meeresboden innerhalb des vorgeschlagenen
Gebietes reichlich Plastikpartikel zu erwarten
sind.
We will sample the ocean surface during
Wir werden die Meeresoberfläche während transits from Emden to the working area and
des Transits von Emden zum Arbeitsgebiet on the way back as well as during transits
und auf dem Rückweg sowie während des between stations.
Transits zwischen den Stationen beproben.
The water column will be sampled by nets at
Die Wassersäule wird an den Stationen mit stations. Furthermore, we will sample the
Netzen beprobt. Darüber hinaus werden wir water column using in situ pumps and CTD
die Wassersäule mit Hilfe von In-situ- casts, and the seafloor using box corers.
Pumpen und CTD-Casts und den Meeresbo-
den mit Hilfe von Kastenbohrern beproben.
Assessing the abundance, composition,
Beurteilung der Häufigkeit, Zusammen- and size distribution of MP particles at
setzung und Größenverteilung von MP- the sea surface from European coastal
Partikeln an der Meeresoberfläche von waters to the open North Atlantic.
den europäischen Küstengewässern bis
zum offenen Nordatlantik. Assessing the horizontal, long-distance
Bewertung des horizontalen Langstrek- transport of buoyant MP, including the
kentransports von schwimmfähigem role of eddy-facilitated transport.
MP, einschließlich der Rolle des durch
Wirbelstrom erleichterten Transports.Es werden ozeanographische Modelle des Oceanographic models of surface current Oberflächenstromtransports zur Information transport will be used to inform surface water der Oberflächenwasserprobennahme wäh- sampling during NAPTRAM. rend NAPTRAM verwendet. Horizontale Transportzeitskalen werden aus Horizontal transport timescales will be der Modellanalyse bestimmt und mit dem determined from model analysis and linked to MP-Partikelzustand verknüpft. Operationelle MP particle condition. Operational models Modelle wie der Copernicus Marine such as the Copernicus Marine Environment Environment Monitoring Service (CMEMS, Monitoring Service (CMEMS, Lellouche et Lellouche et al., 2018) liefern die zeitliche al., 2018) will provide the real-time Verteilung der Meeresströmungen, um die distribution of ocean currents to inform the schiffsbasierte Kampagne zu führen. ship-based campaign. In dieser Arbeit wird die Häufigkeit von MP This work will sample and compare the in zyklonalen und antizyklonalen Wirbeln abundance of MP inside cyclonic and anti- beprobt und verglichen, um die Hypothese zu cyclonic eddies to test the hypothesis that MP testen, dass MP während der Wirbelbildung are trapped during eddy generation and then eingefangen und dann horizontal von den transported horizontally by eddies. Wirbeln transportiert werden. Zu diesem Zweck werden zyklonische und For this, cyclonic and anti-cyclonic eddies antizyklonische Wirbel vor der SO279 Aus- will be identified prior to NAPTRAM using fahrt unter Verwendung von Satellitendaten satellite sea level anomaly, sea surface zur Meeresspiegelanomalie, zur Temperatur temperature and sea surface salinity data. der Meeresoberfläche und zum Salzgehalt der Meeresoberfläche identifiziert. Die zeitliche Entwicklung der Wirbel kann Temporal evolution of the eddies can be bis zu ihrem Entstehungsort zurückverfolgt traced to their generation site, and identified werden, und die identifizierten mesoskaligen meso-scale eddies will then be sampled. Wirbel werden dann beprobt. Die Beobach- Observations in the ADCP data will also help tungen in den ADCP-Daten werden auch to identify the occurrence of local small-scale dazu beitragen, das Auftreten lokaler klein- gyres. skaliger Wirbel zu identifizieren. MPs, die an der Meeresoberfläche schwim- MPs floating at the sea surface will be men, werden zwischen der EEZ Portugals sampled between the Portugal EEZ and the und dem Zentrum des nordatlantischen center of the North Atlantic gyre. Samples Wirbels beprobt. Die Proben werden mit will be collected with a catamaran trawl that einem Katamaranschleppnetz entnommen, has a mouth opening of 40 (height) x 70 das eine Maulöffnung von 40 (Höhe) x 70 (width) cm and is mounted to a 3-m long net (Breite) cm hat und an einem 3 m langen Netz with a mesh size of 0.3 mm, ended by a 30 x mit einer Maschenweite von 0,3 mm befestigt 10 cm2 cod-end (Löder and Gerdts, 2015). ist, das durch einen 30 x 10 cm2 großen Steert abgeschlossen wird (Löder und Gerdts, 2015). Flöße aus Makroplastik werden Rafts of macroplastic debris will also be ebenfalls für eine diskrete Probennahme mit targeted for discrete sampling using a 100 einem Netz mit einer Maschenweite von 100 µm mesh size net to examine the associated µm angepeilt, um die assoziierten Organis- organisms, and evaluate how colonization men zu untersuchen und zu bewerten, wie and fragmentation via bioshredding may be
sich die Besiedlung und Fragmentierung different in rafts compared with individual durch Bioshreddern in Flößen im Vergleich plastic items. Net-collected material will be zu einzelnen Plastikteilen unterscheiden screened for plastic debris by microscopic können. Das im Netz gesammelte Material inspection on board and particles less than 5 wird an Bord durch mikroskopische Über- mm sorted over a filter cascade and stored prüfung auf Plastiktrümmer durchsucht, und for later polymer identification in land-based Partikel unter 5 mm werden über eine laboratories. Filterkaskade sortiert und für die spätere Polymeridentifizierung in Laboratorien an Land gelagert. Einzelne größere Plastiktrümmer werden in Individual larger plastic debris will be RNAlater® konserviert und später in preserved in RNAlater® and later used in Laboratorien an Land zur DNA-Extraktion land-based laboratories for DNA extraction und anschließenden Amplikon- und metage- and subsequent amplicon and metagenomic nomischen Sequenzierung verwendet, um die sequencing to identify the microbial auf den Trümmern gedeihenden Mikroben- communities thriving on the debris. gemeinschaften zu identifizieren. MP an der Meeresoberfläche wird ebenfalls Sea surface MP will also be sampled using beprobt werden, wobei mehrere Probenent- multiple underway sampling systems nahmesysteme verwendet werden, die aus consisting of a stainless-steel filter cascade of einer Edelstahlfilterkaskade unterschiedli- different sizes (between 10 and 5000 µm cher Größe (zwischen 10 und 5000 µm mesh size) that can be exchanged underway. Maschenweite) bestehen, die unterwegs aus- getauscht werden können. Die Partikel werden für den anschließenden Particulates will be transferred to glass Enzymaufschluss und die MP-Analyse in containers for subsequent enzyme digestion Laboratorien an Land in Glasbehälter and MP analysis in land-based laboratories. gegeben. Diese Daten werden mit anderen The data will be compared to data collected Daten verglichen, die mit anderen Methoden with other methods to detect potential gesammelt wurden, um mögliche Korrela- correlations and differences, e.g., to the tionen und Unterschiede, z.B. zum Neuston- neuston catamaran trawl. Katamaran-Netz zu erkennen. Plastikpartikel, kleiner als 10 µm (kleine Plastic particles smaller than 10 µm (small Mikroplastik (1 - 10 µm) und Nanoplastik microplastics (1 – 10 µm) and nanoplastics (
Die Verwitterungsanalysen konzentrieren and Raman spectroscopy, crystallinity and sich auf Veränderungen in der chemischen polymer chain length, oxidation state of MP Bindungsstruktur, die mit FTIR- und Raman- surfaces, and leaching effects on bulk spektroskopie auf Kristallinität und Polymer- chemical composition. Chemical changes kettenlänge, den Oxidationszustand der MP- during weathering for the basis for Oberflächen und auf Auslaugungseffekte auf identifying chemical fingerprint signatures die chemische Zusammensetzung der Masse for evaluating the weathering state and age gemessen werden. Des Weiteren konzen- of MP in the North Atlantic garbage patch, trieren sich die Verwitterungsanalysen auf including sub-micron-sized particles. chemikalische Veränderungen während der Verwitterung als Grundlage für die Identifi- zierung chemischer Fingerabdrucksignatu- ren zur Bewertung des Verwitterungszu- standes und des Alters von MP im nordatlan- tischen Müllgebiet, einschließlich Partikel im Submikrometerbereich. Folgende Prozesse werden angestoßen: Bewertung von Häufigkeit, Zusammen- Assessing the abundance, composition, setzung und Größenverteilung von MP- and size distribution of MP particles in Partikeln in der Wassersäule mit Hilfe the water column using in situ pumps. von in situ-Pumpen. Bewertung von Abundanz, Zusammen- setzung und Größenverteilung von MP- Assessing the abundance, composition, Partikeln in der Wassersäule und in and size distribution of MP particles in pelagischen meso- und makrofaunen the water column and in pelagic meso- Organismen unter Verwendung eines and macrofaunal organisms using a Mehrnetzschleppnetzes und eines multi-net trawl and Bongo net. Bongo-Netzes. Die Abundanz, Zusammensetzung und The abundance, composition and size Größenverteilung der MP-Partikel in der distribution of MP particles in the water Wassersäule wird durch den Einsatz von in column will be assessed using deployments of situ-Pumpen (Kieler in situ-Pumpen) bewer- in situ pumps (Kiel in situ Pumps). This will tet. Dies ermöglicht die Quantifizierung von allow quantification of MP particle MP-Partikelkonzentrationen in verschiede- concentrations at depths from the surface nen Tiefen, vom Oberflächenozean bis zum ocean to the seafloor through in situ filtration Meeresboden, durch in-situ-Filtration von bis of up to 1500 litres of seawater over a zu 1500 Litern Meerwasser über eine stainless steel filter cascade with mesh sizes Edelstahlfilterkaskade mit Maschenweiten between 10 and 500 µm. Up to five in situ zwischen 10 und 500 µm. Bis zu fünf in-situ- pumps will be clamped to a steel wire, so that Pumpen werden an ein Stahldraht geklemmt. up to five depth levels can be sampled Somit können mit einem Einsatz des Gerätes between the surface and the seafloor with one bis zu fünf Tiefenstufen zwischen der deployment. Oberfläche und dem Meeresboden beprobt werden. Zu Beginn jeder Transitfahrt zwischen zwei A multi-net with a multiple opening/closing Stationen wird ein Multischließnetz mit net system (Hydro-Bios) mounted with 9 nets einem Mehrfachöffnungsschließsystem (Hy- (1 m2 aperture size, 330 μm mesh size) ended dro-Bios) mit 9 Netzen (1 m2 Netzöffnung, by a 330 μm mesh collector will be deployed
330 μm Maschenweite), eingesetzt, um at the beginning of each transit trip between
Proben in Tiefenschichten zwischen 50 und two stations to sample at depth strata
3000 m zu entnehmen. Mesoplankton und between 50 and 3000 m. Mesoplankton and
Mikroplastikpartikel werden ebenfalls an microplastic particles will also be sampled at
Stationen an der oberflächennahen Wasser- stations at the near-surface water column
säule mit einem gezogenen Bongo-Netz (10 with a towed Bongo net (10 and 100 m depth).
und 100 m Tiefe) beprobt. Es werden beson- Special precaution will be taken to avoid any
dere Vorsichtsmaßnahmen getroffen, um cross-contamination between samples.
jegliche Kreuzkontamination zwischen den Macroplankton samples will be individually
Proben zu vermeiden. Makroplanktonproben sorted. Net-collected material will first be
werden einzeln sortiert. Das im Netz screened for plastic debris by microscopic
gesammelte Material wird zunächst durch inspection on board. Plastic particles will be
mikroskopische Untersuchung an Bord auf sorted over a filter cascade and stored for
Plastikabfälle untersucht. Plastikpartikel later polymer identification in shore-based
werden über eine Filterkaskade sortiert und laboratories. The sample remainder will be
gelagert, für die spätere Polymeridentifizie- stored at -20°C for further inspection.
rung in Laboren an Land. Der Probenrest
wird bei -20°C für weitere Untersuchungen
gelagert.
Folgendes wird hierbei vorgenommen:
Bewertung des vertikalen Flusses von Assessing the vertical flux of MP from
MP von der Meeresoberfläche zum sea surface to seafloor, using naturally-
Meeresboden unter Verwendung occurring radionuclide tracers.
natürlich vorkommender Radionuklid-
Tracern.
Das Vorhandensein und die Ablagerung von The presence and settling of plastic particles
Plastikpartikeln in der Wassersäule unter in the water column beneath the North
dem nordatlantischen Müllteppich wird Atlantic garbage patch will be assessed using
durch den Einsatz von in-situ Challenger deployments of in situ Challenger Oceanic
Oceanic-Pumpen beurteilt. Dies ermöglicht pumps. This will allow quantification of MP
eine Quantifizierung der MP- particle concentrations at depths from the
Partikelkonzentrationen in der Tiefe vom surface ocean to the seafloor through in situ
Oberflächenozean bis zum Meeresboden filtration of up to 1500 litres of seawater over
durch in-situ-Filtration von bis zu 1500 filter cascades from 10 to 500 µm.
Litern Meerwasser über Filterkaskaden von
10 bis 500 µm.
Die Absinkgeschwindigkeit von The sinking rates of plastic particles in the
Plastikpartikeln in den oberen 300 m der top 300 m of the water column will be
Wassersäule wird durch die Verwendung assessed through the use of a naturally-
eines natürlich vorkommenden Thorium- occurring thorium (234Th) tracer (Buesseler
(234Th) - Tracers bestimmt (Buesseler et al., et al., 1998).
1998).
Dieser Ansatz ermöglicht es uns, die This approach will allow us to calculate
Absinkgeschwindigkeit von MP-Partikeln sinking rates of MP particles through the
durch die Spülung von 234Th durch MP und scavenging of 234Th by MP and the organic
die organische Substanz, die das MP bedeckt, matter covering the MP. The 234Th is
zu berechnen. Das 234Th wird durch analyzed by β-counting after chemicalβ-Zählung nach chemischer Trennung separation. This is a common approach for
analysiert. Dies ist ein gebräuchlicher Ansatz the assessment of sinking particles in oceanic
für die Bewertung von sinkenden Partikeln in systems, but has so far not been utilized for
ozeanischen Systemen, der aber bisher nicht plastic debris.
für Plastiktrümmer verwendet wurde.
Das gesammelte partikuläre Material wird The collected particulate material will be
auf Masse, partikulären organischen sampled for mass, particulate organic
Kohlenstoff (POC), partikulären carbon (POC), particulate inorganic carbon
anorganischen Kohlenstoff (PIC), (PIC), particulate 234Th, and phytoplankton
partikulären 234Th und Phytoplankton to normalize plastic fluxes to biogenic fluxes.
beprobt, um die MP Flüsse auf biogene
Flüsse zu normalisieren. Hierbei wird
Folgendes durchgeführt:
Beurteilung der Abundanz, Zusammen- Assessing the abundance, composition,
setzung und Größenverteilung von MP- and size distribution of MP particles
Partikeln, die in Meeresbodensedi- accumulating in seafloor sediments, and
menten akkumulieren, und Beurteilung assessing MP burial rates due to
der MP-Vergrabungsraten aufgrund von bioturbation.
Bioturbation.
Kerne werden an den Stationen entnommen, Coring will be used at stations to collect
um die MP-Konzentrationen (Größe >1 µm) surface sediments for determining the MP
im Oberflächensediment und in der Epi- und concentrations (size >1 µm) in the sediment
Infauna zu bestimmen. Die Auswahl der and in epi- and infauna. Selection of the
Stationen für die Kernentnahme basiert auf coring stations will be based on qualitative
qualitativen Beobachtungen der Plastik- observations of plastic contents in the
gehalte in den gesammelten Oberflächen- collected surface and mid-water samples,
und Mittelwasserproben und dem bathyme- bathymetric relief, i.e. differentiating
trischem Relief, d.h. die Unterscheidung between depressions where particles can
zwischen Senken, in denen sich Partikel accumulate and highs where less
anreichern können, und Höhen, bei denen accumulation is expected.
eine geringere Anreicherung zu erwarten ist.
Für die biogeochemischen Analysen in den Sediment subsamples will be taken for
Heimatlaboren der verschiedenen biogeochemical analyzes in home
Institutionen werden Sedimentproben laboratories of various porewater and
verschiedener Porenwasser- und sediment variables (particularly porosity,
Sedimentvariablen (insbesondere Porosität, grain size distribution, POC content, 210Pb
Korngrößenverteilung, POC-Gehalt, 210Pb and 234Th activity, dissolved nutrients,
und 234Th Aktivität, gelöste Nährstoffe, metals, and anions) in order to characterize
Metalle und Anionen) entnommen, um das the sediment. In concert with in situ pump-
Sediment zu charakterisieren. Zusammen mit collected MP, this will allow determination of
dem in-situ pump-gesammeltem MP werden the overall sedimentation regime, i.e. particle
wir die gesamten Sedimentationsregimes export in the working area, bioturbation
bestimmen können, d.h. Partikelexport im activity and redox zonation in the surface
Arbeitsbereich, Bioturbationsaktivität und sediments. These data will also indicate MP
Redox-Zonierung in den Oberflächensedi- spatial variability, which will be related to
menten. Diese Daten zeigen die räumliche the observed plastic accumulation.Variabilität, die mit der beobachteten MP-
Akkumulation zusammenhängt.
Bewertung der Aufnahme, Übertragung Assessing ingestion, transfer, and
und Alteration von MP-Partikeln über alteration of MP particles across various
verschiedene trophische Ebenen von trophic levels from invertebrates to fish
Wirbellosen bis hin zu Fischen in der in water column and sediments.
Wassersäule und Sedimenten. Assessing the abundance, composition,
Beurteilung der Häufigkeit, Zusammen- and size distribution of MP particles in
setzung und Größenverteilung von MP- benthic epi- and infauna organisms.
Partikeln in benthischen Epi- und Infau-
naorganismen.
Die Makrofauna, die in den Proben enthalten Macrofauna that is contained in the samples
ist, wird analysiert, um die von den Organis- will be analyzed to determine the amount of
men aufgenommene Menge an MP zu MP ingested by the organisms. Biota
bestimmen. Biota, die aus Oberflächen- collected from surface water and water
wasser und Grundschleppnetzen gesammelt column trawls, and sieved from sediments
und aus den Sedimenten gesiebt wurden, will be dissected, guts extracted, and MP
werden seziert, Eingeweide extrahiert und particles isolated. Macrofauna will be frozen
MP-Partikel isoliert. Die Makrofauna wird at -20°C, and the biogenic material
bei -20°C eingefroren und das biogene Mate- subsequently digested in laboratories on-
rial anschließend in Laboratorien an Land un- shore using chemical and enzymatic
ter Anwendung chemischer und enzymati- techniques, depending on the character of the
scher Techniken, je nach Charakter des ent- contained biogenic material, to facilitate the
haltenen biogenen Materials, verdaut, um das finding of MP particles (Lusher et al. 2017).
Auffinden von MP-Partikeln zu erleichtern The isolated MP will be size-fractionated in
(Lusher et al. 2017). Das isolierte MP wird in home laboratories by filtration and analyzed
den heimischen Laboratorien durch Filtration by a suite of techniques described below.
größenmäßig fraktioniert und mit einer Reihe Characterization of single samples is
von Techniken, die nachstehend beschrieben possible by both non-destructive and
werden, analysiert. Die Charakterisierung destructive methods, providing directly
einzelner Proben ist sowohl mit zerstörungs- comparable data on a range of relevant MP
freien als auch zerstörenden Methoden mög- parameters (e.g., chemical composition and
lich, wodurch direkt vergleichbare Daten physical characteristics). In addition, non-
über eine Reihe von relevanten MP-Parame- destructive in situ 2D & 3D Raman
tern (z.B. chemische Zusammensetzung und microspectroscopic imaging will be applied
physikalische Eigenschaften) gewonnen wer- for the detection and quantification of MP,
den können. Darüber hinaus wird die incl. particles >10 µm in different biota
zerstörungsfreie in-situ 2D & 3D Raman samples (e.g., fixed histological tissue
mikrospektroskopische Bildgebung zur sections and/or entire small organisms).
Detektion und Quantifizierung von MP, inkl.
Partikel >10 µm in verschiedenen Biota-
Proben (z.B. fixierte histologische
Gewebeschnitte und/oder ganze Kleinorga-
nismen) eingesetzt.
Identifizierung der Häufigkeit und Zu- Identifying the abundance and
sammensetzung von bakteriellen Biofil- composition of bacterial biofilms and
men und eukaryotischen Biofoulern auf eukaryotic biofoulers on plastic particles
Plastikpartikeln von der Meeresober-fläche, der Wassersäule und dem Me- from the sea surface, water column, and
eresboden. seafloor.
Biofouling von MP-Oberflächen erleichtert
das Absinken und den vertikalen Export und Biofouling of MP surfaces facilitates sinking
trägt zur bevorzugten Aufnahme von and vertical export, as well as contributing to
Organismen bei. palatability and ingestion preference for
Die von Schleppnetzen, in-situ-Pumpen und organisms. Particles collected by trawls, in
Sedimentkernen gesammelten Partikel wer- situ pumps, and sediment cores during
den für verschiedene phylogenetische und NAPTRAM will be used for different
funktionelle Analysen des assozierten phylogenetic and functional analysis of the
mikrobiellen Biofilms verwendet. Darüber associated microbial biofilm. Furthermore,
hinaus wird das gesammelte Plastikmaterial the collected plastic material will be
mittels Rasterelektronenmikroskopie auf das inspected for the presence of eukaryotic
Vorhandensein eukaryotischer Besiedelung settlers and the plastic’s surface microtexture
und die Oberflächenmikrotextur des Plastiks using scanning electron microscopy.
untersucht. Die Mikrotextur umfasst Spuren Microtexture includes traces such as pits and
wie runde Vertiefungen und Rillen, die durch grooves that result from degradation of the
die Degradation des Kunststoffmaterials plastic material due to interactions with the
aufgrund von Wechselwirkungen mit den colonizers (Reisser et al. 2014).
Kolonisatoren entstehen (Reisser et al. 2014).
Die Partikel werden in RNAlater® oder einer Particles will be stored in RNAlater® or a
ähnlichen Lösung bei 4°C gelagert und dann similar solution at 4°C and will then be used
in Heimatlaboren für verschiedene phyloge- in home laboratories for different
netische und funktionelle Analysen des zuge- phylogenetic and functional analysis of the
hörigen mikrobiellen Biofilms verwendet: associated microbial biofilm:
(1) 16S rRNA-Gen-Sequenzierung zur Defi- (1) 16S rRNA gene sequencing to define the
nition des plastikassoziierten Mikrobioms. plastic associated microbiome. (2)
(2) Metagenomische Sequenzierung, um Metagenomic sequencing to get further
weitere Einblicke in die enzymatischen insights into the enzymatic capabilities of
Fähigkeiten prominenter mikrobieller Mit- prominent microbial members of the plastic
glieder des Plastikmikrobioms zu erhalten. microbiome. (3) Metagenome mining to
(3) Metagenom-Mining zur Identifizierung identify promising enzyme candidates
vielversprechender Enzymkandidaten, die showing enhanced plastic degradation
verbesserte Kunststoffabbaufähigkeiten auf- capabilities, which can be further evaluated
weisen, die weiter evaluiert und genetisch and genetically optimized. These analyses
optimiert werden können. Diese Analysen will take place in onshore laboratories.
werden in Heimatlaboren durchgeführt.
Testmethoden zur Kontrolle der MP- Testing methodologies for controlling
Kontamination während der Probensam- MP contamination during sample
mlung und zum Vergleich von Analyse- collection, and comparing analytical
methoden zur Bestimmung von MP in methods for determination of MP in
Umweltproben über den gesamten environmental samples over the entire
Größenbereich vonMerkmal von MP-Studien in der Meeresum- MP studies in the marine environment welt identifiziert (Hermsen et al., 2018). Zur (Hermsen et al., 2018). To prevent/reduce Vorbeugung/Reduzierung der Kontamina- contamination by airborne MP during the tion durch luftgetragene MP während der entire analysis, incl. sampling, sample gesamten Analyse, einschließlich Proben- preparation and detection, measures will be nahme, Probenvorbereitung und Nachweis, undertaken in accordance with suggestions werden Maßnahmen in Übereinstimmung listed in BASEMAN and BMBF best practice mit den Empfehlungen in den Best-Practice- guides (Frias et al., 2018; Frias et al., 2019; Guides des BASEMAN und des BMBF Braun et al., 2018). Blanks will be taken durchgeführt (Frias et al., 2018; Frias et al., during sampling, sample processing 2019; Braun et al., 2018). Zur Kontrolle und (procedure blanks) and detection to control Validierung der MP-Analyse werden and validate the MP analysis (min. 3 blanks während der Probennahme, der Probenver- for each sample set). arbeitung (Verfahrensrohlinge) und des Nachweises Blankproben genommen (mind. 3 Blankproben für jeden Probensatz). GEOMAR verfügt über jahrzehntelange GEOMAR has decades of experience Erfahrung in der Durchführung von Spuren- conducting trace element research in the elementforschung im offenen Ozean, die die open ocean, which requires the strictest strengste Einhaltung von Kontaminations- adherence to contamination controls kontrollen erfordert, einschließlich genau der including exactly the aspects typically Aspekte, die typischerweise in der MP- lacking in MP research. Forschung fehlen. Die Proben für die MP- Samples for MP determination will be Bestimmung werden mit Hilfe von Netzen collected by nets or biota dissection, or by oder durch Biotasezierung, oder durch direk- direct filtration of seawater. Chemical or te Filtration von Meerwasser gesammelt. enzymatic digestion techniques and density Chemische oder enzymatische Verdauung separation will be employed in home und Dichtetrennung werden in Heimat- laboratories as necessary to eliminate laboren nach Bedarf eingesetzt, um störendes interfering material from natural organic Material aus natürlichen organischen und and inorganic particles. In home anorganischen Partikeln zu entfernen. In den laboratories, microplastic particles will be Heimatlaboren werden Mikroplastikpartikel either quantified by size directly with entweder mit spektroskopischen und spectroscopic and optical approaches, or optischen Methoden direkt nach Größe size-fractionated using filter cascades of quantifiziert oder mit Hilfe von Filter- decreasing pore size. kaskaden mit abnehmender Porengröße größenfraktioniert. Ein Hauptschwerpunkt von NAPTRAM ist A major focus of NAPTRAM is collection of die Sammlung von MP
Detektion, Identifizierung und strukturellen and structural characterization Charakterisierung werden derzeit entwickelt methodologies are currently under (Frias et al., 2018, 2019; Braun et al., 2018; development (Frias et al., 2018, 2019; Braun Hermsen et al., 2018; Kroon et al., 2018), et al., 2018; Hermsen et al., 2018; Kroon et jedoch die Methoden zur Analyse von sehr al., 2018), but the methodologies for analysis kleinen Größenklassen in den Umweltproben of very small size classes in the fehlen. Daher wird ein Hauptziel dieser environmental samples are lacking. Arbeit die Entwicklung und Verbesserung Therefore, a main objective for this work will von Methoden zur Analyse von MP aus be the development and improvement of verschiedenen Matrizen (marine Biota, methods for analysis of MP from different Wasserproben und Sediment) sein, mit matrices (marine biota, water samples, and besonderem Schwerpunkt auf Mikro- und sediment), with particular focus on micro- Nanoplastiken, um Informationen über i) den and nano-plastics, in order to obtain Polymertyp, ii) die Konzentration (sowohl information on i) polymer type, ii) als Partikelanzahl als auch als Massenanteil concentration (both as particle number and pro Probe), iii) die Partikelgrößen- as mass fraction per sample), iii) particle /Größenverteilung, iv) die Partikelform, v) size/size distribution, iv) particle shape, v) das Ausmaß der strukturellen Veränderung extent of structural alteration of the des ummantelten Polymers und vi) das weathered polymer and vi) plastic-/non- Verhältnis von Plastik-/Nicht-Plastik- plastic particle ratio. partikeln zu erhalten. Der Vergleich und die Interkalibrierung von Comparison and inter‐calibration of field Feld- und Labor-methoden unter and laboratory methods using a wide range Verwendung eines breiten Spektrums von of environmental samples will allow Umweltproben wird die Entwicklung und development and improvement of robust Verbesserung robuster Methoden zur methods for sampling seawater (both the Probennahme von Meerwasser (sowohl der water column and sea surface), sediments, Wassersäule als auch der Meeresoberfläche), and biota. Sedimenten und Biota ermöglichen.
Abb. 1 Karte mit der Lage des Arbeitsbereichs zwischen der EEZ Spaniens und der inneren
Akkumulationszone des nordatlantischen Müllteppichs. Geplante Stationen und Fahrtroute sind
durch die roten Punkte bzw. Linie gekennzeichnet. Die violetten Punkte bezeichnen Stationen,
die während der Unterstützungsfahrt POS536 gefahren und die schwarzen Kreise bezeichnen
Stationen, die während der Unterstützungsfahrt AL534/2 beprobt wurden.
Fig. 1. Map showing the location of the working area between the Spain EEZ and the inner
accumulation zone of the North Atlantic garbage patch. Planned stations and cruise track are
indicated by the red dots and line, respectively. The purple dots indicate stations occupied during
supporting cruise POS536, and black circles indicate stations sampled during supporting cruise
AL534/2.Arbeitsprogramm Work Programme Das geplante Arbeitsprogramm der The planned work programme of R/V SONNE Forschungsfahrt SO279 besteht aus fast Cruise SO279 consists of nearly identical identischen Beprobungsaktivitäten an jeder sampling activities at each of eight stations der acht Stationen (Abb. 1): (Fig. 1): Wassersäule Water column Die Wassersäule wird mit einer Niskin- The water column will be sampled using a Flaschenrosette beprobt. Die Wasserproben Niskin bottle rosette. Water samples will be werden für Mikroplastikpartikel >1 µm, used for microplastic particles >1 µm, Uranium-Thorium-Analysen, gelöste Kunst- uranium-thorium analyses, dissolved plastic stoff-Sickerwasserverbindungen, anorgani- leachate compounds, inorganic and organic sche und organische Kohlenstoffe, Haupt- carbon, major nutrients, and select trace nährstoffe und ausgewählte Spurenelemente elements. verwendet. Oberflächenwasser wird während der Surface water will be sampled throughout the gesamten Fahrtstrecke in internationalen cruise track in international waters using 1) Gewässern beprobt, wobei 1) das saubere the ship’s clean seawater supply, 2) a clean Meerwasser des Schiffes, 2) ein sauberes pump system deployed in the Pumpensystem im Hydrographenrohr und 3) Hydrographenrohr, and 3) a towfish pump- ein Towfish Pump- und Schlauchsystem von and-tubing system deployed from Crane 3. Kran 3 verwendet werden. Suspendierte Partikel (>10 µm) werden aus Suspended particles (>10 µm) will be der oberen Wassersäule mit Hilfe von fünf collected from the upper water column using Challenger In-situ-Pumpen, die gleichzeitig five Challenger in situ pumps deployed an einem Kabel eingesetzt werden, simultaneously on a cable. aufgefangen. Netze Nets Plastiktrümmer, Mikroplastikpartikel und Plastic debris, microplastic particles, and Zooplankton werden in der gesamten zooplankton will be collected throughout the Wassersäule gesammelt: 1) an der water column: 1) at the sea surface using a Meeresoberfläche mit einem schwimmenden floating Neuston catamaran trawl, 2) near the Neuston-Katamaranschleppnetz, 2) in der sea surface (10-100 m depth) using Bongo net Nähe der Meeresoberfläche (10-100 m Tiefe) tows, and between 100 and 3000 m using a mit Bongo-Netzschleppnetzen und zwischen multiple, closable net system (HydroBios 100 und 3000 m mit einem Multischließ- Multinet). netzsystem (HydroBios Multinet). Sedimente Sediments Die Sedimente werden für Analysen der Sediments will be collected for microplastics, Mikroplastik, Geochemie und benthischen geochemistry, and benthic fauna analyses Fauna mit Multicore- und Kastengreifer- using multi-core and box core devices. geräten gesammelt. OFOS OFOS Das Videoschlittensystem des OFOS wird The OFOS video sled system will be used to eingesetzt, um das Vorhandensein von monitor the presence of benthic fauna and benthischer Fauna und anthropogenem
Plastik- und Nichtplastikmüll auf dem anthropogenic plastic and non-plastic debris Meeresboden zu überwachen. on the seafloor. OFOS Profilen werden nur an Standorten OFOS profiles will only be conducted at sites innerhalb des Hauptarbeitsgebietes südlich within the main working area south of the der Azoren (Stationen 3-8) durchgeführt. Azores (Stations 3-8). Unterwegs Bathymetrie Underway Bathymetry Zur Unterstützung der DAM "Unterwegs" Multibeam profiles of bathymetry will be Bathymetrie-Initiative werden auf der collected throughout the cruise track to gesamten Fahrstrecke Multibeam-Profilen der support the DAM “Unterwegs” Bathymetrie Bathymetrie gesammelt. initiative.
Zeitplan / Schedule Fahrt / Cruise SO279
Tage/days
Auslaufen von Emden (Deutschland) am 04.12.2020
Departure from Emden (Germany) 04.12.2020
Transit zum Arbeitsgebiet / Transit to working area 3.8
Arbeitszeit Station 1 / Working time Station 1 1.3
Transit zwischen Stationen 1 & 2 / Transit between Stations 1 & 2 2.1
Arbeitszeit Station 2 / Working time Station 2 1.3
Transit zwischen Stationen 2 & 3 / Transit between Stations 2 & 3 1.9
Arbeitszeit Station 3 / Working time Station 3 1.6
Transit zwischen Stationen 3 & 4 / Transit between Stations 3 & 4 0.7
Arbeitszeit Station 4 / Working time Station 4 1.6
Transit zwischen Stationen 4 & 5 / Transit between Stations 4 & 5 0.7
Arbeitszeit Station 5 / Working time Station 5 1.6
Transit zwischen Stationen 5 & 6 / Transit between Stations 5 & 6 0.2
Arbeitszeit Station 6 / Working time Station 6 1.6
Transit zwischen Stationen 6 & 7 / Transit between Stations 6 & 7 0.2
Arbeitszeit Station 7 / Working time Station 7 1.6
Transit zwischen Stationen 7 & 8 / Transit between Stations 7 & 8 0.7
Arbeitszeit Station 8 / Working time Station 8 1.6
Transit zum Hafen Emden 8.5
Transit to port Emden
Total 31
Einlaufen in Emden (Deutschland) am 05.01.2021
Arrival in Emden (Germany) 05.01.2021Beteiligte Institutionen / Participating Institutions GEOMAR GEOMAR Helmholtz Zentrum für Ozeanforschung Kiel Wischhofstr. 1-3 D-24148 Kiel IWC - TUM Institute of Hydrochemistry (IWC) Technical University of Munich (TUM) Marchoninistr. 17 D-81377 Munich IMET - FZJ Forschungszentrum Juelich GmbH Wilhelm-Johnen-Straße D-52425 Jülich UGent Ghent University Krijgslaan 281 – S8 9000 Gent Belgium UPisa Università di Pisa Via G. Moruzzi 13 56124 Pisa Italy MARE Marine and Environmental Sciences Centre Agência Regional para o Desenvolvimento da Investigação Tecnologia e Inovação (ARDITI) Caminho da Penteada 9020-105 Funchal Portugal
HZG Helmholtz-Zentrum Geesthacht Max-Planck Straße 1 D-21502 Geesthacht NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research Texel Landsdiep 4 1797 SZ 't Horntje (Texel) UtrechtU Utrecht University Princetonplein 5 3584 CC Utrecht The Netherlands DWD Deutscher Wetterdienst Seeschifffahrtsberatung Bernhard-Nocht-Straße 76 20359 Hamburg / Germany www.dwd.de
Das Forschungsschiff / Research Vessel SONNE
Das Forschungsschiff „SONNE“ dient der The research vessel “SONNE” is used for
weltweiten, grundlagenbezogenen German world-wide marine scientific
Meeresforschung Deutschlands und der research and the cooperation with other
Zusammenarbeit mit anderen Staaten auf nations in this field.
diesem Gebiet.
FS „SONNE“ ist Eigentum der Bundes- R/V “SONNE” is owned by the Federal
republik Deutschland, vertreten durch das Republic of Germany, represented by the
Bundesministerium für Bildung und Ministry of Education and Research
Forschung (BMBF), das 90% des Baus und (BMBF), which financed 90 % of the
die Betriebskosten finanziert. Die construction of the vessel and its running
norddeutschen Küstenländer trugen zu 10% costs. The North German coastal states
zu den Baukosten bei. contributed 10 % to the building costs.
Dem Gutachterpanel Forschungsschiffe The Review Panel German Research Vessels
(GPF) obliegt die Begutachtung der (GPF) reviews the scientific cruise
wissenschaftlichen Fahrtanträge. Nach proposals. GPF-approved Projects are
positiver Begutachtung können diese in die suspect to enter the cruise schedule.
Fahrtplanung aufgenommen werden.
Die Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe The German Research Fleet Coordination
(LDF) der Universität Hamburg ist für die Centre (LDF) at the University of Hamburg
wissenschaftlich-technische, logistische und is responsible for the scientific-technical,
finanzielle Vorbereitung, Abwicklung und logistical and financial preparation,
Betreuung des Schiffsbetriebes zuständig. handling and supervision of the vessels
operation.
Einerseits arbeitet die LDF partnerschaftlich On a partner-like basis the LDF cooperates
mit der Fahrtleitung zusammen, andererseits with the chief scientists and the managing
ist sie Partner der Reederei Briese Schiffahrts owner Briese Schiffahrts GmbH & Co. KG.
GmbH & Co. KG. Die Finanzadministration The finanzial administration of the ships
im Rahmen der Bereederung erfolgt durch operation is carried out by the POroject
den Projektträger Jülich (PtJ). Management Jülich (PtJ).
Die an der Organisation des Schiffsbetriebes The institutions involved in the vessel’s
beteiligten Institutionen sind einem Beirat operation are monitored by an advisory
rechenschaftspflichtig. board.Research Vessel
SONNE
Cruise No. SO279
04. 12. 2020 - 05. 01. 2021
NAPTRAM - North Atlantic plastic transport mechanisms, sinks, and
interactions with biota
Editor:
Institut für Geologie Universität Hamburg
Leitstelle Deutsche Forschungsschiffe
http://www.ldf.uni-hamburg.de
Sponsored by:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
ISSN 2364-3692Sie können auch lesen
