Acerca del Selfoss

En noviembre de 2018, el Grupo del Ciclo del Carbono Oceánico (OCC) del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico (AOML) de la NOAA instaló un sistema automatizado para medir la pCO2 superficial en el M/V Selfoss (OZ2171). El M/V Selfoss es el cuarto Buque de Observación Voluntaria de la flota de buques de Eimskip que los científicos del OCC del AOML han utilizado para recopilar datos en el Océano Atlántico Norte. Los tres buques anteriores fueron el M/V Skogafoss (V2XM) de 2003 a 2007, el M/V Reykjafoss (V2FB6) de 2011 a 2014 y el M/V Skogafoss (V2EF3) de 2014 a 2018. Originalmente, el M/V Selfoss transitaba entre Portland, ME y Reykjavik, Islandia, con extensiones ocasionales a Noruega. Lamentablemente, el buque cambió de ruta antes de que la instalación pudiera completarse, y luego la pandemia de 2020 nos impidió finalizarla hasta principios de 2022. El buque está recopilando ahora datos que, combinados con los de los tres buques anteriores, proporcionarán información sobre patrones mensuales, estacionales y de escala temporal más larga en una región muy activa desde el punto de vista hidrológico y, por tanto, importante para el cambio climático. La instalación se vio facilitada en gran medida por la cooperación de los oficiales y la tripulación del buque, especialmente los ingenieros. Los datos se organizan con cada crucero de 3 semanas que comienza y termina en Portland, Maine. Cuando el barco está navegando, el instrumento de pCO2 toma 5 mediciones de aire y 100 de agua cada 4,5 horas. Los archivos de datos se envían al AOML vía satélite Iridium todos los días para que pueda supervisarse el funcionamiento del sistema. Los datos finales se procesan una vez finalizado el crucero y se publican en bases de datos internacionales y en este sitio web.

Selfoss Master Léame

Introducción

La información presentada en este archivo es aplicable a todos los conjuntos de datos recogidos en el Selfoss que se presentan en esta página web. Cualquier cambio temporal en esta información se indicará en los archivos Léame de cada expedición.

Declaración sobre el uso de los datos:

Estos datos se ponen a disposición del público y de la comunidad científica con la convicción de que su amplia difusión permitirá comprenderlos mejor y obtener nuevos conocimientos. La disponibilidad de estos datos no constituye su publicación. Confiamos en la ética e integridad del usuario para asegurar que el grupo de carbono oceánico del AOML reciba el crédito justo por su trabajo. Por favor, consúltenos antes de utilizarlos para que podamos asegurarnos de que la calidad y las limitaciones de los datos están representadas con precisión.

Información sobre la plataforma:

En 2019, el Grupo de Carbono Oceánico del Laboratorio Oceanográfico y Meteorológico del Atlántico (AOML) de la NOAA instaló un instrumento autónomo para medir los niveles de_CO2 en las aguas superficiales a bordo del Celebrity Flora, un barco diseñado específicamente para realizar excursiones por las Islas Galápagos. Esta instalación da continuidad a una colaboración entre Royal Caribbean International (RCI), NOAA y
RSMAS que comenzó en 2002.

Nombre del buque: Celebrity Flora

Clase de datos: Concentraciones de dióxido de carbono en la superficie del océano

Científicos responsables de la calidad técnica de este conjunto de datos de _pCO2:

Rik Wanninkhof y Denis Pierrot
NOAA/AOML/División de Química Oceánica y Ecosistemas
4301 Rickenbacker Causeway
Miami, FL 33149
Rik.Wanninkhof@noaa.gov
Denis.Pierrot@noaa.gov

Personas de contacto para este conjunto de datos:

Denis Pierrot
NOAA/AOML/División de Química Oceánica y Ecosistemas
4301 Rickenbacker Causeway
Miami, FL 33149
Denis.Pierrot@noaa.gov

Especificaciones y precisión de los componentes

Las precisiones de todos los componentes, cuando funcionan de forma óptima, son tales que la _fCO2 calculada del agua de mar tiene una precisión de 2 uatm o mejor y la fracción molar calculada de_CO2 (_XCO2) en el aire tiene una precisión de 0,1 uatm.

Analizador de infrarrojos:
LI-COR modelo 6262 (noviembre de 2018-presente)
ftp://ftp.licor.com/perm/env/LI-6262/Manual/LI-6262_Manual.pdf
Resolución de CO2: 0,01 umol/m
Precisión de CO2: ± 1 ppm a 350 ppm

Presión del equilibrador:
Setra modelo 270, presión absoluta a la salida del analizador (desde noviembre de 2018 hasta la actualidad)
http://www.setra.com/ProductDetails/270_Baro.htm
Resolución: 0,015 hPa
Precisión: ± 0,15 hPa
(especificaciones del fabricante: ± 0,05% FS, donde FS = 80-110 kPa)

Setra modelo 239, presión diferencial en el espacio de cabeza del equilibrador (noviembre de 2018-actualidad)
http://www.setra.com/ProductDetails/model_239.htm
Resolución: 0,01 hPa
Precisión: ± 0,052 hPa
(especificaciones del fabricante: ± 0,14% FS, donde FS = ± 7,5 pulgadas WC)

La presión absoluta del espacio de cabeza del equilibrador indicada en los archivos de datos es la suma de la presión diferencial del transductor de presión conectado al equilibrador
y la presión absoluta medida en la salida del analizador al espacio que rodea al instrumento.

Temperatura del equilibrador:
Hart modelo 1523 (noviembre 2018-presente)
http://www.testequipmentdepot.com/fluke-calibration/pdfs/1523-1524_data.pdf
Precisión: ± 0,021°C
Resolución: 0.001°C

Salinidad y temperatura de la superficie del mar:
Modelo SBE-45 de SeaBird (desde noviembre de 2018 hasta la actualidad)
http://www.seabird.com/pdf_documents/manuals/45_017.pdf
Resolución de la temperatura: 0.0001°C
Precisión de la temperatura: ± 0,002°C
Resolución de la salinidad: 0.0002 ‰
Precisión de salinidad: ± 0,005 ‰

Descripción y configuración del instrumento

El principio general de funcionamiento del instrumento puede consultarse en Wanninkhof y Thoning (1993), Ho et al. (1995), Feely et al. (1998) y Pierrot et al. (2009). El agua de mar fluye a través de una cámara equilibradora en la que se producen intercambios de_CO2 entre el agua y el aire situado sobre ella. Los pequeños cambios en la concentración de_CO2 del agua de mar se traducen rápidamente en cambios en la concentración de_CO2 en el aire de la cámara (espacio de cabeza). La fracción molar de_CO2 en el gas del espacio de cabeza se mide utilizando un analizador infrarrojo no dispersivo (NDIR) de LICOR®.

Los efectos del vapor de agua en los análisis de las muestras se reducen al mínimo eliminando la mayor cantidad de agua posible. El agua se condensa primero fuera de la corriente de gas de muestra enfriándola a ~5 °C mediante un dispositivo termoeléctrico. A continuación, el agua se elimina mediante secadores de gas Nafion® antes de llegar al analizador IR. El gas de contraflujo en el secador es aire exterior presecado. El contenido típico de agua del gas analizado es inferior a 3 milimoles/mol, eliminándose aproximadamente el 90% del agua.

El analizador de infrarrojos se calibra periódicamente utilizando cuatro gases patrón (300 - 600 ppm de CO2 en aire) de Scott-Martin Inc. (Riverside, CA) y de NOAA ESRL (Boulder, CO). Antes y después de su uso en el campo, los estándares de Scott-Marrin se calibran utilizando gases de referencia primarios del laboratorio del Dr. Charles P. Keeling, que son directamente trazables a la escala de la OMM. Los patrones ESRL son directamente trazables a la escala de la OMM con la calibración de cada cilindro antes de su entrega y después de su uso. El gas cero de aire de pureza ultra alta se analiza periódicamente. Cualquier valor fuera del rango de los estándares (+/-100 ppm)debe considerarse aproximado (+/-5 ppm). Mientras que los puntos de datos individuales por encima del estándar más alto o por debajo del estándar más bajo pueden ser menos precisos, las tendencias generales serían indicativas de la química del agua de mar. Los estándares utilizados en cada crucero se enumeran en el archivo Léame correspondiente.

El agua de mar se introduce en el buque desde un cofre situado bajo la sala de máquinas mediante una bomba suministrada por el AOML. A veces, el puerto del cofre no está inundado, lo que provoca un flujo de agua de mar irregular. Se está investigando una fuente alternativa de agua de mar. Un sensor de temperatura remoto (SBE38) está situado entre el cofre marino y la bomba, a unos 2 m de la toma. El agua de mar recorre 15 m de tubería de acero inoxidable aislada antes de llegar al instrumento de pCO2, a un termosalinógrafo (SBE45) y a otros sensores situados una cubierta por encima de la bomba. El agua se calienta 0,2 - 0,5 grados C durante su tránsito entre el pecho de mar y el equilibrador de pCO2.

El agua de mar se introduce a través de un cabezal de pulverización en una cámara de equilibrio que incluye una camisa de agua para mejorar la estabilidad térmica. La cámara tiene un depósito de agua de 0,6 L y un espacio de cabeza gaseoso de 0,8 L. El caudal de agua es de 1,5 - 3,0 L/min. La velocidad de recirculación del gas del espacio de cabeza a través del analizador durante los análisis EQU es de 60 - 150 ml/min.

El sistema también mide el contenido de CO2 del aire ambiente, que se extrae de una entrada situada en un mástil en la banda de estribor por encima del puente. El aire exterior se aspira constantemente (flujo máximo de 6 L/min) a través de ~70 m de tubería (Synflex 1300 de 1 cm de diámetro exterior) hasta el sistema analítico situado en la sala de máquinas. La velocidad de lavado del analizador LI-COR durante los análisis ATM es de 60 - 150 ml/min.

Una "caja de cubierta" que contiene un barómetro de alta precisión, un GPS y un módem por satélite Iridium está situada en un mástil de radar por encima del puente. El sistema instrumental se comunica con la caja de cubierta y registra la presión atmosférica y la posición del buque. La presión medida se corrige en función de la altura del barómetro sobre la superficie del mar con la adición de dgh/u - donde d es la densidad atmosférica (1,2 kg/m3), g es la aceleración gravitatoria (9,8 m/seg2), h es la altura del barómetro sobre la superficie del mar (m), y u es el factor de conversión de pascales a unidades de presión deseadas. La altura estimada de 25 metros dio lugar a un cambio en la presión barométrica de aproximadamente 3,0 mbar. Los datos de CO2 se transmiten diariamente a tierra vía satélite Iridium.

Una secuencia típica de análisis continuos es:

TIPO DE PASO REPETICIONES
1 Estándares (los cuatro) 1
2 ATM 5
3 EQU 100

Cada 4,5 horas se realiza un juego completo de estándares y los análisis atmosféricos, y un día completo contiene más de 500 análisis del espacio de cabeza del equilibrador. El cero y el span del analizador se realizan aproximadamente una vez al día.

Cálculos

Los valores de _xCO2 medidos se corrigen linealmente en función de la respuesta del instrumento utilizando las mediciones estándar (véase Pierrot et al., 2009).

Para el espacio de cabeza del equilibrador, la _fCO2eqse calcula suponiendo un contenido de vapor de agua del 100%:

_fCO2 = _xCO2 P (1-pH2O) exp[(B11+2d12)P/RT].

donde _fCO2 es la fugacidad en el aire ambiente o en el espacio de cabeza del equilibrador, pH2O es la presión de vapor de agua en la superficie del mar o la temperatura del equilibrador, P es la presión del equilibrador o la presión atmosférica exterior (en atm), T es la temperatura de la TSM o del equilibrador (en K) y R es la constante de los gases ideales (82,057 cm&^3-atm-deg^-1-mol^-1). El término exponencial es la corrección de la fugacidad, donde B11 es el primer coeficiente virial del_CO2 puro.

B11 = -1636,75 + 12,0408 T - 0,0327957 T^2 + 3,16528E-5 T^3

y

d12 = 57.7 – 0.118 T</span?

es la corrección para una mezcla de _aire-CO2 en unidades de cm^3-mol^-1 (Weiss, 1974).

La fugacidad medida en el equilibrador se corrige para cualquier diferencia de temperatura entre la temperatura de la superficie del mar y la cámara del equilibrador utilizando la corrección empírica descrita en Takahashi et al. (1993).

_fCO2(SST) = _fCO2(teq)exp[0,0423(SST-teq)].

donde _fCO2(SST) es la fugacidad a la temperatura de la superficie del mar y _fCO2(teq) es la fugacidad a la temperatura del equilibrador. SST y teq son las temperaturas de la superficie del mar y del equilibrador en grados C, respectivamente.

La cantidad de tiempo entre el agua de mar que pasa por el sensor de TSM (SBE38) y el agua que fluye por el equilibrador se estima antes de asignar un valor de TSM a cada análisis. Se comparan los patrones de los registros de temperatura para el equilibrador y para la TSM a lo largo del tiempo, y se determina un desfase temporal que optimiza la coincidencia de estos patrones. El desfase temporal se aplica a las mediciones de la TSM. Una interpolación lineal entre los datos de TSM ajustados en el tiempo produce el valor de TSM asignado a cada análisis de_CO2 y utilizado en los cálculos de fugacidad.

Estructura del archivo de datos

Lista de variables incluidas en este conjunto de datos:

Referencias

DOE (1994). OE (1994). Manual de métodos para el análisis de los distintos parámetros del sistema de dióxido de carbono en agua de mar; versión 2. DOE.

Feely, R. A., R. Wanninkhof, H. B. Milburn, C. E. Cosca, M. Stapp y P. P. Murphy (1998). A new automated underway system for making high precision pCO2 measurements onboard research ships. Analytica Chim. Acta 377: 185-191.

Ho, D. T., R. Wanninkhof, J. Masters, R. A. Feely y C. E. Cosca (1997). Measurement of underway fCO2 in the Eastern Equatorial Pacific on NOAA ships BALDRIGE and DISCOVERER, NOAA data report ERL AOML-30, 52 pp., NTIS Springfield.

Pierrot, D., C. Neill, K. Sullivan, R. Castle, R. Wanninkhof, H. Luger, T. Johannessen, A. Olsen, R. A. Feely y C. E. Cosca (2009). Recommendations for autonomous underway pCO2 measuring systems and data-reduction routines. Deep Sea Research II, 56: 512-522.

Wanninkhof, R. y K. Thoning (1993) Measurement of fugacity of CO2 in surface water using continuous and discrete sampling methods. Mar. Chem. 44(2-4): 189-205.

Weiss, R. F. (1970). The solubility of nitrogen, oxygen and argon in water and seawater. Deep-Sea Research 17: 721-735.

Weiss, R. F. (1974). Carbon dioxide in water and seawater: the solubility of a non-ideal gas. Mar. Chem. 2: 203-215.

Weiss, R. F., R. A. Jahnke y C. D. Keeling (1982). Seasonal effects of temperature and salinity on the partial pressure of CO2 in seawater. Nature 300: 511-513.

Takahashi, T., J. Olafsson, J. G. Goddard, D. W. Chipman y S. C. Sutherland (1993). Seasonal variation of CO2 and nutrients in the high-latitude surface oceans: a comparative study, Global Biogeochem. Cycles, 7, 843-878.