A perfect storm: how an almost disastrous research cruise yielded unexpected new insights

“Anxiety gripped the room as we scrutinized the oncoming weather forecast. What had begun as a tranquil and sunny research cruise was quickly evolving into an unexpected summer storm. Alarmingly, the storm was predicted to coincide precisely with the scheduled trawling operations, which were anticipated to yield the most valuable data we sought to collect during the expedition. Almost a year of planning and a large portion of PhD research seemed to be put in jeopardy.

Dangerous conditions

Despite the storm looming, we decided to forge ahead with our field experiments, working in tandem with the skipper of a commercial fishing vessel. This turned into a race against time as all of the work needed to be finished before conditions became too dangerous on deck of the research vessel. We cheered as the last of our equipment, the second benthic lander, was deployed safely. What ensued was almost two days of mother nature’s fury.

Equipment entrenched in the mud

As the storm relented, our focus shifted to retrieving our valuable equipment from the sea. With great effort, the crane on board the vessel was able to lift the first lander from the seafloor. The second lander turned out to be deeply entrenched in mud, and nearly impossible to dig up. In a last-ditch effort, the Pelagia crew devised a bold plan to try and pull the lander out of the seafloor by hooking onto it with a thick metal wire, tilt it sideways to dislodge it from the from the muddy entrapment, and hope it would float to the surface. Anxious anticipation turned into sheer elation when the lander breached the surface.

Surprising measurements

Besides some structural damage sustained during the storm and subsequent retrieval, most of the measurement equipment remained intact. Upon inspection of the data, we were surprised to discover that not only had we successfully gathered information from the bottom trawl field experiments, but we had also effectively captured the effects of the storm.

Storm versus trawling

By comparing data on turbidity and oxygen in the water column, we found that sediment resuspension from bottom trawling coincided with declines in water column oxygen. However, the data recorded in the ensuing hours showed that turbidity from the storm quickly surpassed levels recorded during the bottom trawl experiments and eventually reaching an order of magnitude higher. Perhaps one of the most notable findings from our study was the seemingly large effect of the storm on sediment resuspension compared to the bottom trawl disturbance. However, it is crucial interpret these results within a broader context. In short, it means that a storm has a large impact on a wide region of the seabed compared to a single trawler, but that the localized impact from trawling on the seabed can be more substantial.

Unexpected discoveries

Ironically, these findings would not have been possible had we been able to continue with our original plan to retrieve our in-situ equipment shortly after the trawling experiments. What looked like a pending disaster when we saw the storm coming, turned out to be an unexpected and unique opportunity to compare the effects of natural and human forces at play. It is a textbook example of how sometimes in science, unforeseen events can lead to unexpected discoveries.”

Een perfecte storm: hoe een bijna rampzalige onderzoeksvaartocht tot onverwachte nieuwe inzichten leidde

Toen een team wetenschappers aan boord van het onderzoeksschip RV Pelagia op de Noordzee in een hevige storm terechtkwam, leek het erop dat al hun apparatuur verloren zou gaan in zee, en een jaar werk in rook zou opgaan. Maar het tegendeel bleek waar: toen ze na flink zwoegen de apparaten weer aan boord kregen, ontdekten ze dat deze unieke gegevens hadden geregistreerd over het effect van een storm op de zeebodem. Onderzoeker Justin Tiano vertelt hoe een mogelijke ramp uitmondde in een wetenschappelijke publicatie.

"Angstig keken we met de bemanning naar de laatste weerberichten. Wat was begonnen als een rustige en zonnige onderzoeksvaartocht veranderde snel in een onverwachte zomerstorm. En de voorspelling was dat de storm precies zou samenvallen met de geplande visvaarten van sleepnetvissers waaraan we metingen zouden verrichten, het belangrijkste experiment voor ons deze expeditie. Bijna een jaar aan planning en een groot deel van een promotieonderzoek leken in gevaar te komen.

Gevaarlijke omstandigheden

Ondanks de dreigende storm besloten we door te gaan met onze experimenten. Samen met de schipper van een commercieel vissersschip begonnen we een race tegen de klok, want al het werk moest af zijn voordat de omstandigheden aan dek van het onderzoeksschip te gevaarlijk werden. We juichten toen de laatste apparatuur, de tweede zogeheten benthische lander, veilig werd uitgezet. Om ons daarna twee dagen lang over te geven aan de ontembare krachten van Moeder Natuur.

Apparatuur vast in de modder

Toen de storm afzwakte, moesten we onze waardevolle apparatuur uit zee terug te zien halen. Met veel moeite kon de scheepskraan  de eerste lander van de zeebodem aan boord tillen. De tweede lander bleek diep in de modder te zitten en was bijna onmogelijk boven te krijgen. In een laatste wanhopige poging bedacht de Pelagia-bemanning een gewaagd plan: ze wilden de lander uit de zeebodem trekken door er een dikke metalen kabel aan vast te haken, het apparaat zijwaarts te kantelen om hem uit de modder te halen, en maar te hopen dat hij vervolgens naar de oppervlakte zou drijven. Gespannen wachtten we af, en toen de lander boven water kwam, klonk er gejuich aan dek.

Verrassende metingen

Afgezien van wat schade veroorzaakt door de storm en de daaropvolgende berging, bleek de meetapparatuur nog grotendeels intact. Bij inspectie van de gegevens ontdekten we tot onze verbazing dat we niet alleen met succes informatie hadden verzameld van de experimenten met sleepnetvissen, maar dat we ook de effecten van de storm hadden vastgelegd.

Storm versus sleepnetvissen

Door gegevens over de troebelheid en zuurstofgehalte van het water te vergelijken, ontdekten we dat het vermengen van sediment met het water door de bodemsleepnetvisserij samenviel met een afname van zuurstof. Maar de gegevens van de daaropvolgende uren lieten zien dat de troebelheid die de storm veroorzaakte al snel de niveaus die we zagen bij de bodemsleepnetten flink overtrof. Dit grotere effect van de storm was misschien wel een van de meest opmerkelijke bevindingen van onze expeditie, maar het is cruciaal om dit in een bredere context te interpreteren. Kort gezegd komt het erop neer het dat een storm een grote impact heeft op een groot gebied van de zeebodem in vergelijking met een enkele bodemsleepnet-visser, maar dat de impact van bodemsleepnetten op de zeebodem lokaal veel groter kan zijn.

Onverwachte ontdekkingen

We hadden dit inzicht nooit opgedaan als we ons oorspronkelijke plan hadden kunnen doorzetten, waarbij we onze apparatuur kort na de sleepnetexperimenten weer zouden ophalen. Wat leek op een naderende ramp toen we de storm zagen aankomen, bleek een onverwachte en unieke kans om de effecten van natuurlijke en menselijke krachten te vergelijken. Het is een schoolvoorbeeld van hoe onvoorziene gebeurtenissen in de wetenschap soms tot onverwachte ontdekkingen kunnen leiden."

Over de auteur

Justin Tiano is onderzoeker bij Wageningen Marine Research, maar was ten tijde van de onderzoeksvaartocht met de Pelagia verbonden aan het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ). Tijdens de expeditie wilde hij experimenten uitvoeren om de biochemische effecten van bodemsleepnetvisserij te vergelijken met het meer controversiële pulsvissen. Een uitgebreide versie van zijn belevenissen tijdens de storm is te lezen op Nature Springers’ Behind The Paper blogs.

De publicatie paper ‘Biogeochemical dynamics in a marine storm demonstrates differences between natural and anthropogenic impacts’ verscheen in april in Nature Scientific Reports.