Thanks – Cruise a great success

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Front Row, left to right: Gadiel, Emily, Nick, Brian, Rick, Ester, Brittany and Bonnie on the sea-saw. Back row: Jimmy, Anna, Lyndsey, Mark, Osvaldo, Andy, Clara, Ger, Amal, Montser, Andrew, Cal, Chloe, Emilio, Al, Allan, Niels-Peter, Bess, Erwin, Rachel, Tommy, Jaqui, Peter.

On behalf of the entire science team, I’l like to thank you for reading this blog.  The cruise has ended successfully and all the scientists are heading home. We had whale of a cruise and many exciting samples were recovered. It may take more than a year for the ensuing lab work to be completed.

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Special shout out to Al and Bess for spearheading the original science campaign, to Osvaldo and his group for exciting science and great music, to Emilio for saving me when some certain people (whom I love) locked me in my room using rope, to Bess for not being scary, to Brian for telling me where my clothing was after some certain people (whom I love) froze them in a bucket of water, to Andrew our honorary trapping team member, to Joe because you are super cool in a quiet way, to Tommy the best deck hand I have ever sailed with (and I mean it), to Al Hickey because at the beginning of the cruise I did not know what your job was and by the end I couldn’t work without you, to Clara for your smile, to Sean for helping me with my computer after some certain people (whom I love) eliminated my desktop, to Mark because we finally sailed together, to Bonnie and Brittany because the sea-saw is amazing, and to my trapping team – the best bunch of young scientists I could hope to sail with (and whom I love). –Rick Keil

A pyramid is used to depict the great stacked success of the science during our cruise.  Top: Jaqui, middle: Anna and Emily, bottom: Andrew, Chloe and Rick

A pyramid is used by the Keil Lab trapping team to depict the great stacked success of the science during our cruise. Top: Jaqui, middle: Anna and Emily, bottom: Andrew, Chloe and Rick

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Planning v. spontaneity (and the nitrogen gas excess in the ETSP)

by Rachel Horak

I have never spent so much time preparing for a single event as I have done for this cruise. I spent the better part of December through June helping to organize the entire cruise effort. This included applying for necessary permits to sample in Chile through the US State Department, communicating with the ship’s crew to ensure that our research needs were met, organizing and communicating with all 31 scientists (on 3 different continents), and getting 8000 pounds of science gear from Seattle into a foreign country (Chile). It was all more difficult than I thought, but it worked out okay. These types of tasks suit me well because I prefer to have things planned out and done early so that I don’t have to stress out over things at the last minute.

Rachel collecting seawater for N/Ar gas ratios. The collection bottle is at the bottom of the picture (it has a red top)

Rachel collecting seawater for N/Ar gas ratios. The collection bottle is at the bottom of the picture (it has a red top)

If only I could do my research without stress at the last minute, things would be great. This is rarely the case. My project, conducted with Al Devol at University of Washington, involves studying the total nitrogen gas excess in this part of the ocean, the ETSP. For this project, I collect samples of water from many depths and analyze the concentration of nitrogen and argon gas in the sample. Nitrogen gas is the end product of denitrification, a type of oxygen-free microbial physiology that uses inorganic nitrogen (ammonia, nitrite, or nitrate) for respiration. Just as we humans and other animals (like penguins, which I saw today) breathe out carbon dioxide gas, the microbes we study “breathe” out pure nitrogen gas. I can actually measure the build-up of this waste product by comparing it to the concentration of argon, an inert gas. Argon isn’t used as an element in nature because it does not participate in chemical reactions, although it is sometimes used in incandescent and fluorescent lighting. Because argon concentrations are the same throughout the ocean, I can measure the ratio of nitrogen:argon, find the predicted argon ratio, and voila – calculate the nitrogen gas in a water sample.

This measurement is useful to the entire project because it measures the total amount of denitrification in the water without relying on experiments to measure rates of microbial physiology, although it is nice to compare data with those experiments. We have taken samples at 9 different stations throughout our journey, and have one more station to sample. At each station, we sample 10-15 depths. The depths vary from station to station and depend on the oxygen concentration and nutrient content of the water. Picking the depths quickly after I see the oxygen profile has proved to be tough exercise in spontaneity for me.

Preparing these bottles for the journey to sea was no quick and easy task. The nature of the task required me to wait until the last minute to prepare the bottles; this was difficult for someone who likes to get things done early! The o-rings, which are essential to maintaining a tight seal and keeping the seawater from exchanging gas with the air, are not perfect and have a natural leak rate. To prepare them, I spent at least 25 hours cleaning, inspecting, and greasing all the o-rings. Then, I thoroughly washed the bottles and dried them with a small amount of microbial poison (mercuric chloride). Finally, I vacuumed all the air out of them, so that every last bit of air we breathe (with is 79% nitrogen and 0.93% argon) does not contaminate the dissolved gas concentration of the collected seawater (which has a higher nitrogen concentration). I brought 206 of these bottles on the plane with me, and I was a very happy person to see that American Airlines delivered them all to me.

We collect the seawater directly out of the Niskin bottle from the CTD rosette (see picture), and we take great care to not allow the seawater to come into contact with the atmosphere. I will analyze the nitrogen:argon gas ratios in the lab with a mass spectrometer when I return from my next cruise. The method that I use only allows me to analyze approximately 5 samples per day, so I already know what work waits for me the first 41 days back ashore! My lab did similar measurements in this part of the ocean a few years ago, and we hope to build upon those measurements at more stations to learn about how much nitrogen is being lost from the ocean as nitrogen gas.

Nunca he pasado tanto tiempo preparándose para un solo evento, como he hecho para este crucero. Pasé la mayor parte de diciembre y junio de ayudar a organizar todo el esfuerzo de crucero. Esto incluyó la solicitud de los permisos necesarios para la muestra en Chile a través del Departamento de Estado de EE.UU., la comunicación con la tripulación del buque para asegurarse de que se cumplen nuestras necesidades de investigación, la organización y la comunicación con los 31 científicos (en 3 continentes diferentes), y conseguir 8.000 libras de la ciencia equipo de Seattle en un país extranjero (Chile). Todo era más difícil de lo que pensaba, pero todo salió bien. Estos tipos de tareas me quedan bien porque prefiero tener las cosas planeadas y hecho antes para que yo no tengo que destacar a lo largo de las cosas en el último minuto.

Si yo pudiera hacer mi investigación sin la tensión en el último minuto, las cosas serían grandes. Esto es raramente el caso. Mi proyecto, llevado a cabo con Al Devol en la Universidad de Washington, consiste en estudiar el exceso total de gas nitrógeno en esta parte del océano, la ETSP. Para este proyecto, recoger muestras de agua de varias profundidades y analizar la concentración de nitrógeno y argón en la muestra. El gas nitrógeno es el producto final de la desnitrificación, un tipo de fisiología microbiana libre de oxígeno que utiliza nitrógeno inorgánico (amoníaco, nitrito, nitrato o) para la respiración. Así como los seres humanos y otros animales (como los pingüinos, que vi hoy) exhalan dióxido de carbono, los microbios que estudiamos “respirar” a gas nitrógeno puro. En realidad puedo medir la acumulación de este producto de desecho por comparación con la concentración de argón, un gas inerte. El argón no se utiliza como un elemento en la naturaleza, ya que no participa en las reacciones químicas, a pesar de que a veces se usa en la iluminación incandescente y fluorescente. Dado que las concentraciones de argón son los mismos en todo el océano, que puede medir la proporción de nitrógeno: argón, encontrar la relación de argón se predijo, y voila – calcular el gas nitrógeno en una muestra de agua.

Esta medida es útil para todo el proyecto, ya que mide la cantidad total de desnitrificación en el agua sin depender de los experimentos para medir las tasas de fisiología microbiana, aunque es bueno comparar los datos con los experimentos. Hemos tomado muestras en 9 estaciones diferentes a lo largo de nuestro viaje, y tienen una más estación de muestreo. En cada estación, nos muestra 10-15 profundidades. Las profundidades varían de estación a estación y dependen de la concentración de oxígeno y el contenido de nutrientes del agua. Recogiendo las profundidades rápidamente después de ver el perfil de oxígeno ha demostrado ser un ejercicio difícil en la espontaneidad para mí.

Preparación de las botellas para el viaje al mar no fue una tarea fácil y rápida. La naturaleza de la tarea requiere que espere hasta el último minuto para preparar las botellas, lo que fue difícil para alguien que le gusta hacer las cosas pronto! Las juntas tóricas, que son esenciales para mantener un sello hermético y mantener el agua de mar del intercambio de gases con el aire, no son perfectos y tienen una tasa de fugas natural. Para prepararlos, pasé al menos 25 horas de limpieza, inspección y engrase todas las juntas tóricas. Entonces, se lavó a fondo de las botellas y los secó con una pequeña cantidad de veneno microbiana (cloruro de mercurio). Por último, la aspiradora todo el aire de ellos, por lo que hasta la última gota de aire que respiramos (con un 79% de nitrógeno y 0,93% de argón) no contamina la concentración de gas disuelto en el agua de mar recogidos (que tiene una concentración de nitrógeno superior) . Traje 206 de estas botellas en el avión conmigo, y yo era una persona muy feliz de ver que American Airlines entregó a todos ellos a mí.

Nosotros recogemos el agua de mar directamente de la botella Niskin del CTD roseta (ver foto), y tenemos mucho cuidado de no permitir que el agua de mar que entra en contacto con la atmósfera. Voy a analizar el nitrógeno: relaciones de gas argón en el laboratorio con un espectrómetro de masas cuando regrese de mi próximo crucero. El método que yo uso sólo me permite analizar aproximadamente 5 muestras por día, así que ya sabe lo que el trabajo me espera los primeros 41 días atrás en tierra! Mi laboratorio hizo mediciones similares en esta parte del océano hace unos años, y esperamos construir sobre esas medidas a más estaciones para aprender acerca de la cantidad de nitrógeno que se está perdiendo en el mar como gas nitrógeno.

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SOS: Sounds on (the) Ship

By Rick Keil

The Secondary Maxes playing tunes on a crazy Friday evening of sampling.

The Secondary Maxes playing tunes on a crazy Friday evening of sampling.  From left; Anna, Emily, Bary, Rick, Osvaldo and Chloe.

The Nathaniel Palmer is a very loud ship.  Engines, generators, pumps, hydraulics, computers, etc; everything aboard ship seems designed to make noise.  Apparently when the ship was built they saved money by eliminating things like mufflers or noise-dampening panels. Profit over comfort…  Anyway, I hear it is even louder when ice breaking, but we are in the more tropical latitudes so all we hear is the sound of the engines and not the sound of crunching ice.  Many of us have taken to covering our ears when moving about certain spaces on the ship, and there are at least four different brands of ear protection available.  Turns out that I favor ‘Skull Screws’.  They effectively tune out the ship and let my tinnitus be the only sound that annoys me.

Luckily, not all the sounds aboard ship are annoying.  Most of our lab spaces have small stereos set up, and Cal in particular can often be found cranking out some good loud tunes.  Conversations are welcome sounds; people sharing jokes, science or just the joys of being at sea.  This is a friendly bunch aboard ship, and it is nice to hear all the happy chatter.

Jaqui on guitar and vocals.

Jaqui on guitar and vocals.

The best sounds aboard ship are found late at night in the wet lab.  Every second or third day a rotating set of us have been assembling to pick up instruments and play songs.  We have created an informal band named The Secondary Maxes (so-called because we are searching for secondary nitrite and chlorophyll maximums).  Several people aboard ship are very adept at guitar, with special shout-outs to Ger, Osvaldo, Bary and Gadiel.  Each one specializes in some sort of amazing guitar sound, and each has an interesting history.  Ger can change chords like nobody’s business and he has an amazing ability to pick up tabs and play a song perfectly the first time.  One time, perhaps many years ago, he was a singer of children’s songs; our on Raffi right here aboard ship.  Osvaldo seems to have the entire repertoires of Jim Croce and Cat Stevens in his fingers.  This is quite fun for me, but none of the young kids (by definition: anyone under 40) know any of the songs!  Imagine that…  Somewhere the education system is failing us.  Gadiel is good at Spanish guitar and Bary can play lead on most songs from the 1960’s with an apparent specialization in the Ventures and other surfer music.

The band also has 3 ukuleles and a keyboard.  People have been switching between these smaller instruments but special awards out to Jaqui for her multitude of talents on keyboard and voice, Emily for her instinctively good chord changes, Erwin on maracas, Chloe for ukulele strumming, Nick for his keyboard wizardry and Anna for so quickly learning her first ukulele tune “Noodling in G with Turnarounds”.  After seeing so much talent aboard ship, I realized that my guitar and ukulele skills were of limited use, so I made a bass out of a broom handle and a 5 gallon bucket.  Thus, I am the unofficial band beat-keeper.

Me on guitar.

Me on guitar.

What song are we best at?  “The Cups Song” (You’re going to miss me when I go”).  Almost everyone in the band has learned to play the cup-clapping sequence; you should come aboard ship and see us play sometime!  Tickets are free.

El Nathaniel Palmer es un barco muy fuerte. Motores, generadores, bombas, sistemas hidráulicos, computadoras, etc, todo a bordo del barco parece diseñado para hacer ruido. Al parecer, cuando se construyó la nave se guardan dinero al eliminar cosas como silenciadores o paneles de amortiguación del ruido. Me han dicho que es aún más fuerte cuando se rompe el hielo, pero estamos en las latitudes más tropicales tan sólo se oye el sonido de los motores y no el sonido del crujir del hielo. Muchos de nosotros hemos tenido que cubre los oídos cuando se mueve sobre determinados espacios de la nave, y hay por lo menos cuatro marcas diferentes de protección auditiva disponible. Resulta que estoy a favor de “Los tornillos del cráneo. Se eliminan eficazmente el barco y dejar que mi tinnitus sea el único sonido que me molesta.


Bary and I laying down some surfer music.

Bary and I laying down some surfer music.

Por suerte, no todos los sonidos a bordo del barco son molestos. La mayoría de nuestros espacios de laboratorio han establecido pequeños equipos de música, y Cal, en particular, a menudo se puede encontrar el arranque de algunas buenas melodías fuertes. Las conversaciones son sonidos de bienvenida, la gente compartiendo bromas, la ciencia o simplemente las alegrías de estar en el mar. Se trata de un grupo muy amigable a bordo del barco, y es agradable escuchar toda la charla feliz.
Los mejores sonidos a bordo del barco se encuentran a altas horas de la noche en el laboratorio húmedo. Cada dos o tres días una serie rotativa de nosotros hemos estado reuniendo para recoger los instrumentos y reproducir canciones. Hemos creado un grupo informal llamado Los Maxes secundarios (llamados así porque estamos en busca de nitrito de secundaria y máximos de clorofila). Varias personas a bordo del barco son muy expertos en la guitarra, con especial grito-outs a Ger, Osvaldo, Bary y Gadiel. Cada uno de ellos se especializa en algún tipo de sonido de guitarra increíble, y cada uno tiene una historia interesante. Ger puede cambiar los acordes como nadie y tiene una capacidad asombrosa para recoger las fichas y reproducir una canción perfectamente la primera vez. Una vez, tal vez hace muchos años, fue una cantante de canciones para niños, en nuestro Raffi aquí a bordo del barco. Osvaldo parece tener todo el repertorio de Jim Croce y Cat Stevens en sus dedos. Esto es muy divertido para mí, pero ninguno de los niños pequeños (por definición: cualquier persona menor de 40) conocía a ninguno de las canciones! Imagina que … En alguna parte del sistema de educación nos está fallando. Gadiel es bueno en la guitarra española y Bary puede jugar conducen en la mayoría de las canciones de la década de 1960 con una aparente especialización en las empresas y otras músicas surfista.
La banda también tiene 3 ukeleles y un teclado. La gente ha estado cambiando entre estos instrumentos más pequeños, pero los premios especiales a Jaqui por su multitud de talentos en el teclado y voz, Emily por sus instintivamente buenos cambios de acordes, Erwin en las maracas, Chloe para rasguear ukulele, Nick por su magia teclado y Anna durante tanto rápidamente aprenden su primera melodía ukelele “Noodling en G con Turnarounds”. Después de ver tanto talento a bordo del barco, me di cuenta de que mi guitarra y ukelele habilidades eran de uso limitado, así que hice un bajo de un palo de escoba y un balde de 5 galones. Por lo tanto, yo soy de la banda oficial beat-Keeper.
¿Qué canción estamos mejor? “La canción de Copas” (Usted me vas a extrañar cuando me vaya “). Casi todo el mundo en el que la banda ha aprendido a tocar la secuencia taza de las palmas, así que debería venir a bordo del barco y vernos tocar alguna vez! Las entradas son gratuitas.

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Peter’s Goodbye

By Peter Von Dassow

Tonight is my last night aboard.  I get off in Iquique in the morning with Osvaldo, Ger, and Niels Peter, and we are replaced by Nicole, Susana, Carlos, and Cristián (from Universidad Mayor, Pontificia Universidad Católica de Chile, and Universidad de Concepción).

The last part for me has been a long transect from far off shore, starting in oligotrophic waters (very low concentrations of plankton) at 86 degrees west.  There the water was the deepest blue. We’ve been filtering a ton of seawater, to collect the microbes of different sizes to study their diversity and gene expression, and in the oligotrophic waters the filters had only a relatively weak color even after filtering several liters. The seabirds that normally follow the ship were absent.  Doing a hand net tow with a 50 cm net for catching phytoplankton, I could hardly catch anything, and mostly caught zooplankton, like the very small copepod shown in the attached photo, not phytoplankton.

peter 14 july 1 peter 14 july 2Day by day we got closer to the coast.  More and more material came on my filters, and more came in my net (see the second photo attached).  The seabirds came back again.

Today we finally got to coastal waters, at a station 30 nautical miles from shore (about 50 km).  That might seem far out to see to most, but the change from truly oceanic waters was pronounced.  First,vthe birds were more common, but not following the boat.  They were flying in different directions.  They weren’t the same kinds of birds, and I suspect that these were ones that return to shore every day. Then we saw sea lions playing near the boat most of the day.  One came up right near the line from the pump, surfacing to look up at us, probably curious.  I wish I could have gotten a photo, but my hands were full of pressing work just at that moment.

Then I saw one small black form bobbing in the surface in the distance. Soon I realized it was something we haven’t seen since leaving Valparaiso: A modest-sized fishing vessel, with a small cabin, bouncing in the waves that our relatively large ship hardly felt.

Still some ocean birds came to the ship. We found one small bird on the deck.  These small birds sometimes land on the ship, and can’t fly off.  We don’t know why.  We have heard that they must be picked up gently and thrown off, because they can’t lift off from the ship and get disoriented.  So that is what I did.  The bird did not try even to bite me, and I was worried it was too tired to fly, but as soon as it got in the air it flew just as well as all the others.  I remember clearly it’s soft feathers and tiny webbed feat.

Tonight I went to the bow with Bonnie, one of the scientists, and Erwin, the observer from the Chilean Navy’s Hydrographic Service (SHOA), to see if we could already see the glow of the lights from Iquique.  There it was, very faint, but visible.  Still far away.

Then we saw something amazing.  All of a sudden the water below us lit up, with the bioluminescence stimulated by schools of some animal (squid, anchovies?) leaping in front of the boat.  We passed through many of these swarms.  Sometimes the animals came to the surface and jumped out, and there would be a soft splashing sound in front of the ship and we could see the flashes of individual animals, but other times the light was a dim glow from very deep in the water.  Judging by how the boat passed over those deeper clouds of light, I think they might have been at 5-10 m, but I’m not sure.

These animals formed giant clouds stretching for hundreds of meters sometimes, and we passed through or over several in the half hour we stayed watching.  Erwin’s eyes were much better than mine, and he could see them from much farther off than I could, but always as we advanced they would come into view for me as well.  I leave you with that strange and beautiful image as I say goodbye to you all, and to my companions from the ship for the past three weeks.


Esta noche es mi última noche a bordo. Yo me bajo en Iquique por la mañana con Osvaldo, Ger, y Niels Peter, y se sustituyen por Nicole, Susana, Carlos y Cristián (de la Universidad Mayor, Pontificia Universidad Católica de Chile y Universidad de Concepción).NBP001net-Dino-004-20x+scale

La última parte para mí ha sido un largo transecto de la costa a lo lejos, a partir de las aguas oligotróficas (muy bajas concentraciones de plancton) a 86 grados oeste. Allí, el agua era el azul profundo. Hemos estado filtrado de una tonelada de agua de mar, para recoger los microbios de diferentes tamaños para estudiar su diversidad y la expresión génica, y en las aguas oligotróficas los filtros tenido sólo un color relativamente débil, incluso después de varios litros de filtrado. Las aves marinas que normalmente siguen a la nave estaban ausentes. Haciendo una red de mano remolque con una distancia de 50 cm netos para la captura de fitoplancton, que apenas podía coger cualquier cosa, y en su mayoría capturados zooplancton, como el pequeño copépodo se muestra en la foto adjunta, no fitoplancton.

 Día a día se acercaba a la costa. Más y más material llegó en mis filtros y más vino en mi red (ver la segunda foto adjunta). Las aves regresaron de nuevo.

Hoy por fin llegamos a las aguas costeras, en una estación de 30 millas náuticas de la costa (unos 50 km). Esto puede parecer muy lejos para ver a la mayoría, pero el cambio de las aguas oceánicas realmente fue pronunciado. En primer lugar, las aves fueron v La más común, pero no después de la embarcación. Estaban volando en diferentes direcciones. No eran los mismos tipos de aves, y sospecho que se trataba de los que regresan a la costa todos los días. Luego vimos leones marinos jugando cerca de la embarcación la mayor parte del día. Uno vino a la derecha cerca de la línea de la bomba, la superficie para mirar a nosotros, probablemente curiosidad. Me gustaría poder haber conseguido una foto, pero mis manos estaban llenas de presionar trabajo justo en ese momento.

Entonces vi una forma negro pequeño flotando en la superficie en la distancia. Pronto me di cuenta de que era algo que no hemos visto desde que salió de Valparaíso: Un barco de pesca de tamaño modesto, con una pequeña cabaña, saltando en las olas que nuestra relativamente grande barco apenas se sentía.

Aún así algunas aves oceánicas llegaron a la nave. Se encontró un pequeño pájaro en la cubierta. Estos pequeños pájaros a veces aterrizan en el barco, y no puede volar. No sabemos por qué. Hemos escuchado que deben ser recogidos y lanzados fuera suavemente, porque no pueden despegar de la nave y se desorientan. Así que eso es lo que hice. El pájaro no trató siquiera de morderme, y yo estaba preocupado de que fuera demasiado cansado para volar, pero tan pronto como se puso en el aire que voló tan bien como todos los demás. Recuerdo claramente que es plumas suaves y pequeña hazaña palmeadas.

Esta noche me fui a la proa con Bonnie, uno de los científicos, y Erwin, el observador del Servicio Hidrográfico de la Armada de Chile (SHOA), para ver si ya se podía ver el resplandor de las luces de Iquique. Allí estaba, muy débil, pero visible. Aún lejos.

Luego vimos algo increíble. De repente el agua debajo de nosotros se iluminó con la bioluminiscencia estimulada por las escuelas de algunos animales (calamares, anchoas?) Saltando delante de la embarcación. Pasamos por muchos de estos enjambres. A veces, los animales llegaron a la superficie y salieron, y no habría un sonido de chapoteo suave en frente de la nave y que podían ver los destellos de los animales individuales, pero otras veces la luz era una luz tenue desde muy profundo en el agua. A juzgar por la forma en que el barco pasó por encima de las nubes más profundas de la luz, creo que podría haber sido a 5-10 m, pero no estoy seguro.

Estos animales forman las nubes gigantes se extiende por cientos de metros a veces, y nos pasaron a través o sobre varios en la media hora que estuvimos viendo. Los ojos de Erwin eran mucho mejor que la mía, y podía ver desde mucho más lejos de lo que podía, pero siempre a medida que avanzábamos iban a salir a la luz para mí también. Os dejo con esa imagen extraña y hermosa como me despido de todos ustedes, ya mis compañeros de la nave durante las últimas tres semanas.


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Babbin Blogin 5: The Joys of Color-Coding

By Andrew Babbin

Reliably by the third day of a cruise (let alone three weeks in), my brain is utterly frazzled. In those tough times, I must rely on a method of sorting understandable to any preschooler with an aptitude for crayons: group by color. I rapidly lose all capability to think rationally (in fact, I’m not sure I ever even had said ability), but the differences between red and blue and yellow and green (and even orange) remain apparent. So just like separating M&Ms and eating the icky green ones first to save the delicious yellow ones for last, I must with my experiments too match purple to purple and pink to pink.

Every color has a meaning – from which type of chemical gets injected into which bottle to which bottle gets sampled for which experiment – and each such meaning is as obtuse and unintuitive as the next. The system did make sense years ago, but the time has long passed since I remembered why something seemed so logical at one point and now is simply incomprehensible. Alas it doesn’t matter though, and therein lies the joy of color coding. Add blue chemical to blue bottle. Insert yellow needle into yellow vial. Use red pipette for red incubation.

I am always needled about my fondness for such use of color, but when the same people come begging for my spectrum of labeling tape, they leave with the only color of which I am able to part: the white one. White in my color palette is so plain (perhaps consistent with my propensity to sunbathe on deck to achieve some sort of pigment in my skin regardless of whether the hue is a member of the brown or red family). I use it sparingly when I must, because really, compared to the rich colors, it’s so very boring.

babbin sample vialsPerhaps the moral of the story here is that organization ahead of time pays off, although I don’t think I’m old enough yet (read this as I don’t want to be old enough yet) to impart wisdom. At least grouping things by colors are fun. I could have done everything just as easily using the Greek alphabet and paring the Chi to the Chi and the Phi to the Phi. Well that’s all for now – we’re about to head down the home stretch and I have six intensive samplings in six consecutive days. Perhaps my next entry will be about another joy of mine imparted as a toddler: rhyming. Or perhaps I’ll bite the bullet and finally write about my research. Nah, I sincerely doubt that.

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Greetings from the CFC van

by Mark Warner

Greetings from the HeliDeck – the current home of the CFC van!  You may be familiar with this van from previous blog entries due to its fashionably late arrival to the ship. (I have photographic evidence that it was present in Valparaiso no more than 2 km away on Sunday afternoon.) So why did they wait for this container to arrive? What do we do in this portable laboratory?   There are a couple of questions I am trying to help answer on this expedition. First, how old is the water in the oxygen depleted zone? We know these features exist due to a combination of ocean circulation and biological productivity.  Can we determine an age?  Secondly, what is the distribution of N2O in this region? What does it tell us about the important processes in the N-cycle?

I consider myself a tracer oceanographer. My specialization is making measurements of the chlorofluorocarbons and sulfur hexafluoride in the ocean.  These compounds are primarily man-made and released to the atmosphere. The CFCs were developed in the 1930s for use as refrigerants. Over the next 50 years, other uses such as blowing bubbles in foam and as an aerosol propellant were developed.  As a result, their atmospheric concentrations increased over time through the 1970s. Eventually their role in the destruction of stratospheric ozone was discovered, and the subsequent recognition of their role in the expansion of the ozone hole over Antarctica led to a ban on their production (the 1986 Montreal Protocol).  The atmospheric histories of the concentrations of CFC-11 (CCl3F) and CFC-12 (CCl2F2) reflect the history of their production – the nearly exponential increase through the 1970s  – and the subsequent ban – the leveling off and current decrease in concentrations.  Since these compounds have no natural sources and there appears to be no process breaking them down in the ocean, they make excellent tracers or dyes for waters that have been at the surface ocean and mixed into the subsurface. Like many gases, the CFCs enter the ocean through gas exchange at the atmosphere-ocean boundary where their concentrations reach equilibrium with the atmosphere within weeks. Once a water parcel moves into the interior of the ocean, there is no longer an input or removal of the CFC concentrations. So not only does the presence of the CFCs in the subsurface ocean indicate the water has been at the surface some time in the past 70 years or so, but the CFC concentrations can be converted to what the atmospheric concentrations must have been when that water was at the surface. We can then estimate the date at which that water left the ocean surface from their atmospheric histories.

Trends in CFCs and SF6 in the atmosphere over time.

Trends in CFCs and SF6 in the atmosphere over time.

Since the CFC concentrations in the atmosphere have leveled off, they provide less information on ages of recently ventilated waters. We have begun to measure SF6 along with the CFCs for this reason.  The concentration of this strong greenhouse gas is still increasing exponentially in recent years. The trick in measuring it is to use a larger volume of water. We now can measure (based upon Bullister and Wisegarver, 2011) both the CFCs and SF6 from the same 200 cm3 sample. So these measurements should help us estimate the age of these waters.

As part of our analytical technique, we have always tried to get rid of the N2O peak.  It was large and interfered with the measurement of CFC-12.  Dave Wisegarver, from the NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory in Seattle, developed a method for analyzing the N2O from the same water samples. It’s complicated – involving two precolumns, three chromatographic columns and three detectors – but he was able to make it work.  I thought I could just copy what he did and, with a little trial and error, make measurements of N2O on this cruise.  Chromatography can be a bit like magic, sometimes particular compounds can disappear from where they should be. All pre-columns of MS5A are not the same.  After many email exchanges with Dave and lots of trial and error during the first week of the cruise, we were finally able to see N2O where we expected (and wanted) it to be.  Now we seem to be producing reasonable and consistent measurements of all of these compounds.

So what have we found so far? The CFCs extend vertically through the ODZ – however the strongest vertical concentration gradient is near the upper boundary of the ODZ.  SFconcentrations also decrease with increasing depth and reach our detection limit at about 500 m – so detectable within the oxygen depleted waters. The estimates of age will have to wait until we get back to shore.  N2O profiles are characterized by low values at the surface and within the low-oxygen waters with vertical maxima both above and below the ODZ.  We have not yet focused on the finer scales within the ODZ – perhaps at our future 5-day station.

Saludos desde el helipuerto – de la actual sede de la CFC van! Usted puede estar familiarizado con este van desde entradas anteriores del blog de moda debido a su llegada tardía a la nave. (No tengo evidencia fotográfica que estuvo presente en Valparaíso no más de 2 km el domingo por la tarde.) Entonces, ¿por qué esperaron para este contenedor llegar? ¿Qué hacemos en este laboratorio portátil? Hay un par de preguntas que estoy tratando de ayudar a responder a esta expedición. En primer lugar, ¿qué edad tiene el agua en la zona de agotamiento de oxígeno? Sabemos que estas características existen debido a una combinación de la circulación oceánica y la productividad biológica. ¿Podemos determinar una edad? En segundo lugar, ¿cuál es la distribución de N2O en esta región? ¿Qué nos dice acerca de los procesos importantes en el ciclo de N?
Me considero un oceanógrafo trazador. Mi especialidad es hacer mediciones de los clorofluorocarbonos y el hexafluoruro de azufre en el océano. Estos compuestos son principalmente hecho por el hombre y liberado a la atmósfera. Los CFCs se desarrollaron en la década de 1930 para su uso como refrigerantes. Durante los próximos 50 años, se han desarrollado otros usos como soplar burbujas en la espuma y como propulsor de aerosoles. Como resultado, las concentraciones atmosféricas que aumentaron con el tiempo a través de la década de 1970. Con el tiempo su papel en la destrucción del ozono estratosférico se descubrió, y el posterior reconocimiento de su papel en la expansión del agujero de ozono sobre la Antártida llevó a la prohibición de su producción (el Protocolo de Montreal 1986). Las historias atmosféricas de las concentraciones de CFC-11 (CCl3F) y CFC-12 (CCl2F2) reflejan la historia de su producción – el aumento de casi exponencial a través de la década de 1970 – y la posterior prohibición – la nivelación y bajada de la corriente en las concentraciones. Dado que estos compuestos no tienen fuentes naturales y no parece haber ningún proceso de romper hacia abajo en el océano, que son excelentes trazadores o colorantes para las aguas que han estado en la superficie del océano y se mezclan en el subsuelo. Al igual que muchos gases, los CFC entran al océano a través de intercambio de gases en la frontera atmósfera-océano, donde sus concentraciones alcanzan el equilibrio con el ambiente en cuestión de semanas. Una vez que un paquete de agua se mueve en el interior del océano, ya no hay una entrada o eliminación de las concentraciones de CFC. Así que no sólo la presencia de los CFC en el océano bajo la superficie indican que el agua ha estado en la superficie de un tiempo en los últimos 70 años más o menos, pero las concentraciones de CFC se puede convertir en lo que las concentraciones en la atmósfera deben haber sido cuando el agua era en la superficie. Podemos estimar la fecha en la que el agua salió de la superficie del océano a partir de sus historias atmosféricos.
Dado que las concentraciones de CFC en la atmósfera se han estabilizado, proporcionan menos información sobre las edades de aguas poco ventiladas. Hemos comenzado a medir el SF6, junto con los CFC para ello. La concentración de este gas de fuerte efecto invernadero sigue aumentando de manera exponencial en los últimos años. El truco en la medición que es utilizar un volumen mayor de agua. Ahora podemos medir (en base a Bullister y Wisegarver, 2011) tanto la CFC y SF6 de la misma muestra de 200 cm3. Así pues, estas medidas deberían ayudar a estimar la edad de estas aguas.
Como parte de la técnica analítica, siempre hemos tratado de deshacerse del pico N2O. Era grande e interfería con la medición de CFC-12. David Wisegarver, del Laboratorio Ambiental Marino del Pacífico de NOAA en Seattle, ha desarrollado un método para analizar el N2O de las mismas muestras de agua. Ha complicado – que involucra a dos precolumnas, tres columnas cromatográficas y tres detectores – pero él fue capaz de hacer que funcione. Pensé que sólo podía copiar lo que hizo y, con un poco de ensayo y error, hacer mediciones de N2O en este crucero. La cromatografía puede ser un poco como la magia, a veces compuestos particulares pueden desaparecer de donde deben estar. Todos los pre-columnas de MS5A no son el mismo. Después de muchos intercambios de correo electrónico con Dave y un montón de prueba y error durante la primera semana del crucero, por fin pudimos ver N2O donde esperábamos (y querido) que sea. Ahora parece que estamos produciendo las medidas razonables y consistentes de todos estos compuestos.
  ¿Qué hemos encontrado hasta ahora? Los CFC se extienden verticalmente a través de la ODZ – sin embargo, el gradiente de concentración vertical, es más fuerte cerca del límite superior de la ODZ. Concentraciones de SF6 también disminuyen al aumentar la profundidad y llegar a nuestro límite de detección de aproximadamente 500 m – así detectable en las aguas empobrecido de oxígeno. Las estimaciones de edad tendrán que esperar hasta que lleguemos a la orilla. Perfiles de N2O se caracterizan por valores bajos en la superficie y dentro de las aguas de bajo oxígeno con máximos vertical, tanto por encima como por debajo de la ODZ. Todavía no hemos centrado en las escalas más finas dentro de la ODZ – tal vez en el futuro la estación 5 días.

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Ward Lab Research

by Bess Ward

About half of the people in my lab group at Princeton are on the ETSP cruise (Nick, Andrew, Amal, Bonnie, Jimmy), all measuring various aspects of the nitrogen cycle.  My own main project here is to measure the rates of denitrification and anammox, the two bacterial pathways by which fixed nitrogen is lost in the ocean.  This involves incubating a lot of seawater with stable isotopes of nitrogen and measuring the gases and other nitrogen compounds produced.  The seawater is incubated in big silver bags, which are composed of two layers of plastic and a metal layer.  Think giant Capri Sun.  We fill the bags very carefully from the CTD bottles and incubate them in the cold room for a couple of days, sampling every 12 hours.

Our goal is to figure out how fast the bacterial reactions occur and to try to understand what controls the rates.  Just like in your garden, we suspect that nutrients are the most important controlling factor.  More food, faster rates.  So we carry out various treatments in the experiment:  add different kinds of food, a bit of extra oxygen, etc.  Sure enough, it’s food that matters – everything goes faster with more food.

Bess sporting the Ward Lab t-shirt.  Design by Andrew Babbin, photo by Emilio Garcia

Bess sporting the Ward Lab t-shirt. Design by Andrew Babbin, photo by Emilio Garcia

The best food is stuff that Rick collected in his traps.  This is exactly the kind of food that the bacteria would normally get, we just make sure they receive an extra helping.  We just completed the big bag experiment at a five day station in the offshore water, and we plan to do it again at a coastal station.  The coastal ocean is richer in nutrients than the offshore water, so we expect faster rates at that station.  Still, we hypothesize that more food will be even better.

Our lab does research on many aspects of the nitrogen cycle.  These reactions are illustrated in the design on my T-Shirt. This is the lab T-shirt, which was designed by my Ph.D. student Andrew Babbin. See his blog entries for more nitrogen biogeochemistry and observations on life at sea.

Aproximadamente la mitad de las personas de mi grupo de laboratorio de

Bess and Brian sampling a CTD cast and adding water to the incubation bags.

Bess and Brian sampling a CTD cast and adding water to the incubation bags.

Princeton están en la ETSP crucero (Nick, Andrew, Amal, Bonnie, Jimmy), todos miden diferentes aspectos del ciclo del nitrógeno. Mi proyecto principal es medir las tasas de desnitrificación y anammox, las dos vías de bacterias por el que fija el nitrógeno se pierde en el océano. Esto implica la incubación de una gran cantidad de agua de mar con isótopos estables de nitrógeno y la medición de los gases y otros compuestos de nitrógeno producidos. El agua de mar se incuba en grandes bolsas de plata, que se componen de dos capas de plástico y una capa de metal. Piense gigante Capri sol. Llenamos las bolsas con mucho cuidado de las botellas del CTD y se incuba en la cámara fría durante un par de días, el muestreo cada 12 horas.

Nuestro objetivo es averiguar qué tan rápido se producen las reacciones bacterianas y tratar de entender lo que controla las tarifas. Al igual que en su jardín, sospechamos que los nutrientes son el factor de control más importante. Más comida, las tasas más rápidas. Así que llevamos a cabo diversos tratamientos en el experimento: agregar diferentes tipos de comida, un poco de oxígeno adicional, etc Efectivamente, es comida lo que importa – todo va más rápido, con más comida.

La mejor comida es algo que Rick recoge en sus trampas. Este es exactamente el tipo de comida que las bacterias que normalmente conseguir, nos aseguraremos de que reciban una ración extra. Acabamos de terminar el gran experimento de la bolsa en una estación de cinco días en el agua marina, y tenemos la intención de volver a hacerlo en una estación costera. El océano costero es más rica en nutrientes que el agua en alta mar, por lo que esperamos que las tasas más rápidas de esa estación. Sin embargo, la hipótesis de que más alimentos será aún mejor.

Nuestro laboratorio realiza investigaciones sobre diversos aspectos del ciclo del nitrógeno. Estas reacciones se ilustran en el diseño de mi camiseta. Esta es la camiseta laboratorio, que fue diseñado por mi doctorado estudiante Andrew Babbin. Ver sus entradas de blog para más biogeoquímica nitrógeno y observaciones sobre la vida en el mar.

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