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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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Day 3 – The long wait for the van continues…

by Anna

trying on our safety 'gumby' suits.

trying on our safety ‘gumby’ suits.

0730:  The day started with breakfast and a safety meeting – time to attempt to gracefully put on our gumby suits and commence sweating! No chance of getting cold in these! Next, to the lifeboat where Chris the first mate explained where all the sea survival supplies were and most importantly the location of the toilet – the bucket in the corner! As nice as it was, I’m pretty sure we all left hoping we wouldn’t have to go back in.

0730: El día comenzó con un desayuno y una reunión de seguridad – tiempo para tratar de poner sin problemas en nuestros trajes gumby y comenzar a sudar! No hay posibilidad de hacer frío en estos! A continuación, para el bote salvavidas donde Chris el primer compañero explicó donde todos los suministros de supervivencia del mar eran y lo más importante la ubicación del inodoro – el cubo en la esquina! Tan agradable como era, estoy bastante seguro de que todos nos fuimos con la esperanza de que no tendríamos que volver a entrar

1100: With the van due to be arriving shortly, we headed for one quick last trip into town. Time for a little more exploring in Valparaiso, joining the hustle and bustle of the Chileans going to work on a Monday morning. Naturally Jaqui and Rick stocked up on more Chis Pops for the big cruise – wouldn’t want to run out!

Anna with her new friend 'Lamp Post'.

Anna with her new friend ‘Lamp Post’.

1100: Con la camioneta debido a que llega un poco, nos dirigimos para un último viaje rápido a la ciudad. Tiempo para un poco más de la exploración en Valparaíso, uniéndose a la prisa y el bullicio de los chilenos que van a trabajar en una mañana de lunes. Naturalmente Jaqui y Rick abastecido de más Chis Pops para el gran crucero – no querría salir corriendo!

1230:  Back on board at lunchtime and sadly no van. As bets continued to be placed, and updates of the van arrival got later and later, we all carried on setting up our gear and making sure everything was tied down ready to go. Labs looking pretty ship shape and sediment trap Dahn flags all pieced together…still no van… Well maybe there was time for another last trip into Valparaiso for a leg stretch. With every visit it seemed we found a new area of Valparaiso with new buildings and shops to explore…oooh a random horse chilling out on the side of the road looking pretty content. We climbed up 268 steps of one of the many hills before wandering back down through the streets, now busy with people on their way home from work.

1230: De vuelta a bordo para el almuerzo y por desgracia no van. Como apuestas siguieron siendo colocado, y las actualizaciones de la llegada van llegaron más tarde y más tarde, nos lleva a todos en la creación de nuestro equipo y asegurarse de que todo estaba atado listo para ir. Labs buscan forma de barco bonito y atrapar sedimentos Dahn Banderas monté … todavía no van … Bueno, tal vez no hubo tiempo para otro último viaje a Valparaíso para un estiramiento de la pierna. Con cada visita parecía nos encontramos con una nueva área de Valparaíso con nuevos edificios y tiendas para explorar … oooh un caballo al azar pasando el rato en el lado de la carretera en busca de contenido bastante. Subimos hasta 268 pasos de una de las muchas colinas antes de ir de nuevo a través de las calles, ahora ocupados con la gente en su camino a casa desde el trabajo.

A horse is a horse of course of course...

A horse is a horse of course of course…

1730: Back on the ship for dinner time…still no van. But an update, van due at 1900, estimated departure time 2200! Exciting! We were all keen to get the real science started.

1730: De vuelta en el barco para la cena … todavía no van. Pero un día, van debido a las 1900, hora de salida estimada 2.200! Emocionante! Todos estábamos dispuestos a obtener la verdadera ciencia comenzó.

2000:  After a little more preparation of kit and lab space we all sat down for a quick meeting where we received a live update on the van…still not here…but due in 10 minutes! …20:45 and the van arrived!! Wohooo!!! Time to get the show on the road!

2000: Después de un poco más de preparación del equipo y espacio de laboratorio nos sentamos todos para una reunión rápida, donde recibimos una actualización en vivo en la camioneta … todavía no está aquí … pero debido en 10 minutos! 20:45 … y la furgoneta llegó! Wohooo! Es hora de ponerse el show en la carretera!

22:22 …and we are off to sea!

Mark's van arrives!

Mark’s van arrives!

22:22 … y estamos a la mar!

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Setting up ship

getting ready to unload the shipping container.

getting ready to unload the shipping container.

This morning right after breakfast we opened the 40-foot shipping container and started unpacking the scientific gear.  Professor Osvaldo Ulloa (Unividad Concepcion) and our other Chilean collaborators began setting up their traveling scientific vans (more on this topic in another blog soon).  As the morning progressed we got our scientific gear into the labs and began setting things up.  Tomorrow we will be on the high seas, so today we need to get all the gear secured and test all the equipment – once we are away from land there will be no ‘quick runs’ to the electronics store.

Esta mañana, después del desayuno nos abrió la caja de transporte de 40 pies y comenzó desempaquetar el equipo científico. Profesor Osvaldo Ulloa (Unividad Concepción) y nuestros otros colaboradores chilenos comenzaron a establecer sus camionetas científicos de viaje (más sobre este tema en otro blog en breve). A medida que avanzaba la mañana nos dieron nuestro equipo científico en los laboratorios y comenzamos establecimiento de las cosas. Mañana vamos a estar en alta mar, por lo que hoy necesitamos para conseguir todo el equipo asegurado y poner a prueba todos los equipos – una vez que estamos lejos de la tierra que no habrá ‘carreras rápidas’ a la tienda de electrónica.

Unloading...

Unloading…

The ship is very spacious and all of us have good lab space.  Bess and Al are in the main lab with their research groups, Osvaldo, Peter, and Niels Peter are in the science vans, Brian and Cal have set up shop in the bio lab and Rick’s group is in the hydro lab.  Everyone has a nice spot perfect for their research.  Mark’s group will be in their science van, but it has not arrived yet, much to the concern of chief scientist Al.  Some of us other scientists are okay with the van being late because it gives us another little chance to see Valparaiso, which is a nice town that is rapidly growing on us all.  Even the stray dogs are friendly here.

The Palmer at dock in Valparaiso.

The Palmer at dock in Valparaiso.

El barco es muy amplia y para todos nosotros tener un buen espacio en el laboratorio. Bess y Al se encuentran en el laboratorio principal con sus grupos de investigación, Osvaldo, Peter, y Niels Peter están en las camionetas ciencia, Brian y Cal se han instalado en el laboratorio de biología y el grupo de Rick está en el laboratorio de hidráulica. Todo el mundo tiene un buen lugar perfecto para sus investigaciones. Grupo de Mark estará en su ciencia van, pero aún no ha llegado, para gran preocupación de jefe de Al científico. Algunos de nosotros, otros científicos están de acuerdo con la furgoneta llegar tarde porque nos da otra pequeña oportunidad de ver a Valparaíso, que es una ciudad muy bonita que está creciendo rápidamente en todos nosotros. Incluso los perros callejeros son amables aquí.

After lunch a newspaper reporter came by to learn about the cruise.  Many pictures were taken.  It seems as if our cruise (and maybe this blog) might be in a Chilean national newspaper this week. We are excited about that.

Después de comer un periodista vino a aprender sobre el crucero. Se tomaron muchas fotos. Parece como si nuestro crucero (y tal vez este blog) podría estar en un periódico nacional de Chile esta semana. Estamos muy entusiasmados con eso.

Emily with Chis Pops, a new favorite food group.

Emily with Chis Pops, a new favorite food group.

By late afternoon the labs were looking good, so many of us wandered into town to find post cards or to buy gifts and souvenirs.  Jaqui and Emily discovered Chris Pops, which look like large cheese puffs but taste like fruit loops.  We have never seen or tasted these types of things before, but the quickly became a favorite thing to eat.  I think Jaqui and Emily are planning to go back to the grocery store tomorrow and buy several more bags, as their first (rather large) bag of this new favorite food is almost empty.

Valparaiso and the good ship Daddy.

Valparaiso and the good ship Daddy.

Después de comer un periodista vino a aprender sobre el crucero. Se tomaron muchas fotos. Parece como si nuestro crucero (y tal vez este blog) podría estar en un periódico nacional de Chile esta semana. Estamos muy entusiasmados con eso.

Tomorrow we load Mark and Andy’s van aboard ship and head out to sea.

Mañana cargamos Mark y Andy van a bordo del barco y nos dirigimos hacia el mar.

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