The oceans cover seventy percent of the earth's surface and provide an important supply of food such as fish, shellfish and algae. Phosphates used as fertilizer for increased agricultural yield comes largely from the sea. Other raw materials, such as sand, gravel, oil or gas, are mined from the sea floor. In addition, energy derived from the sea now plays an increasing role (offshore wind energy, wave energy).

The seas and coastal regions not only provide a crucial supply of raw materials and serve as an important recreational region for many people, but they also influence weather and climate. Furthermore, they are subject to considerable human influence. Significant problems arise from over-fishing, acidification, and harmful pollutants. Oceans are therefore a main focus of scientific research. Specialized measurement systems are developed and utilised that can withstand specific challenges, including swell, pressure, cold, saltwater and heavy algae growth.

The observation and modelling system COSYNA (Coastal Observing System for Northern and Arctic Seas) describes the coastal water environmental conditions in the North Sea and in the Arctic. Ocean observations and data are collected while various measurement instruments and methods are employed.

The ESKP Photo Gallery provides a glimpse of instruments such as measurement buoys, radars, gliders, underwater nodes, and landers:

Das Forschungsschiff "Prandtl".
Vom Forschungsschiff "Ludwig Prandtl" aus werden Sedimentproben genommen. Mit dem "Multicorer" werden die Proben quasi aus dem Meeresboden "gestanzt". Die Bohrkerne sind ca. 0,5 Meter lang und lassen Rückschlüsse auf den Zustand des Gewässerökosystems (u. a. Nähstoffangebot, Nahrungskette, Verschmutzung) heute und in der Vergangenheit zu.
Über den seitlichen Ausleger des Forschungsschiffs werden mit einer Sonde Temperatur, Salz- und Sauerstoffgehalt gemessen und Wasserproben aus verschiedenen Wassertiefen genommen, um die Trübung zu bestimmen und so Stofftransporte zu untersuchen.
Der "Scanfish" ist ein geschlepptes Messsystem, das den Wasserkörper in einer sägezahnförmigen Auf- und Abbewegung ab"scant". Das Gerät ist mit verschiedenen ozeanographischen Sensoren zur Messung von Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff, Schwebstoffen und Chlorophyll ausgestattet. Für Messungen wird es hinter dem Schiff hergezogen.
Die Wellenboje schwimmt an der Meeresoberfläche und ist lose am Meeresboden verankert. Das Auf und Ab durch die Wellen wird im Inneren der Boje als Vertikalbeschleunigung gemessen und daraus die Höhe und die Häufigkeit der Wellen ermittelt.
Messpfähle sind fest im Meeresboden verankert und liefern kontinuierlich und im Minutentakt Messungen des Wetters und der Wassereigenschaften wie Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff, Schwebstoff und pH-Wert. Da die Messungen viele Jahre am gleichen Ort durchgeführt werden, können langfristige Schwankungen und Veränderungen erkannt werden. Die Sensoren werden wöchentlich gereinigt und überprüft.
Die Wetterstation wird auf dem Messpfahl vor Hörnum, Sylt, installiert. Die Solarmodule liefern den Strom für die Messgeräte. Gemessen werden Strahlung, Wassertemperatur, Salzgehalt, Trübung und Wind.
Das Radar wird eingesetzt, um Wellen und Strömung in weiten Bereichen der Nordsee zu beobachten. Drei Hochfrequenz-Radarstationen auf Sylt, nahe Büsum und auf Wangerooge beobachten ständig die Meeresoberfläche.
"Glider" sind "Unterwasserflugzeuge", die eigenständig über Hunderte von Kilometern Temperatur, Salzgehalt, Trübung und Chlorophyll (Fluoreszenz) in verschiedenen Wassertiefen auf dem offenen Meer messen.
Nach der Messkampagne wird der Glider mit dem Schlauchboot aus dem Meer geborgen
Der Unterwasserknoten ist eine "Datensteckdose" am Meeresboden: Bis zu zehn Messinstrumente können kontinuierlich mit Strom versorgt und langfristig wartungsfrei betrieben werden. Der Unterwasserdatenknoten wurde vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) konzipiert und gemeinsam mit dem Alfred-Wegener-Institut (AWI) entwickelt. Der Unterwasserknoten ist zurzeit nördlich von Helgoland installiert. Taucher haben den Unterwasserknoten an ein Landkabel angeschlossen und die Instrumente montiert.
Der Unterwasserknoten besteht aus einem 600 Kilogramm schweren Trägergestell, an dem die Anschlüsse für Messgeräte angebracht sind.
Der neu entwickelte universelle Geräteträger ("Lander") ist ein tischartiges Trägergestell (ca. 3 x 3 x 3 m) mit vier schlanken angewinkelten Beinen und standsicheren Füßen. Ein vertikaler Trägerarm und eine Plattform nehmen die verschiedenen Sensoren auf. "Lander" werden eingesetzt, um Strömungen, Turbulenz, Sedimentbewegung und biogeochemische Stoffumsätze zu messen.
Übersicht über verschiedene Messinstrumente und Methoden zur Beobachtung von Küstengewässern.
The Ludwig Prandtl research vessel: the coastal researchers regularly undertake measurement campaigns at sea. (Photo: HZG)
Sediment samples are taken from the research vessel the Ludwig Prandtl. Samples are “punched” from the sea floor using the “multicorer”. The drill cores measure approximately 0,5 metres long and help in analysing the current and past condition of the marine ecosystem (including nutrient supply, food chain, pollution). (Photo: HZG)
By means of the research ship’s lateral arm, a probe takes temperature, salt and oxygen measurements as well as water samples from different depths to determine turbidity. This enables scientists to study material transport. (Photo: H. Rinck/HZG)
The “Scanfish” is a towed measurement system that “scans” the body of water in an up and down saw tooth pattern. The device is equipped with different oceanographic sensors for measuring temperature, salinity, oxygen, suspended matter and chlorophyll. It takes measurements as it is pulled behind the ship. (Photo: R. Kopetzky/HZG)
The wave buoy floats on the sea surface and is loosely anchored to the sea floor. The vertical acceleration is measured inside the buoy with the up and down motion of the waves. From this information, scientists can determine the frequency and height of the waves. (Photo: HZG)
Measurement poles are firmly anchored to the sea floor and deliver continuous measurements on weather and water properties in one-minute intervals. These properties include temperature, salinity, oxygen, suspended matter and pH values. Because the measurements are carried out over many years in the same location, researchers can observe long-term fluctuations and changes. The sensors are cleaned weekly and examined. (Photo: M. Heineke/HZG)
The weather station is installed on the measurement pole off Hörnum on the island of Sylt. The solar modules supply power for the instruments. Radiation, water temperature, salinity, turbidity and wind are measured. (Photo: H. Garbe/HZG)
The radar is used to observe waves and currents over large areas in the North Sea. Three high frequency radar stations on Sylt, near Büsum and on Wangerooge continuously observe the sea surface. (Photo: G. Schymura/HZG)
"Gliders" are "underwater airplanes" that autonomously measure temperature, salinity, turbidity and chlorophyll (fluorescence) over hundreds of kilometres at different depths on the open sea. (Photo: M. Heineke/HZG)
The glider will be recovered via raft after completing the measurement campaign. (Photo: R. Kopetzky/HZG)
The underwater node is a “data socket” at the bottom of the sea: up to ten measurement instruments can be continuously supplied with power and can be operated on a long-term basis without maintenance. The underwater data nodes were conceived by the Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) and developed in cooperation with the Alfred Wegener Institute (AWI). The underwater node is currently installed north of Helgoland. Divers attach the underwater node to a land cable and install the instruments. (Photo: P. Fischer/AWI)
The underwater node consists of a carrier rack weighing six hundred kilograms onto which the measurement instruments can be connected. (Photo: P. Fischer/AWI)
The newly developed universal device rack (“lander”) is a table-like carrier rack (approximately 3 x 3 x 3 m) with four slender angled legs that rest on stable feet. A vertical carrier arm and platform hold different sensors. “Landers” are used to measure currents, turbulence, sediment movement and biogeochemical material turnover. (Photo: C. Winter/MARUM)
Overview of different measuring instruments and methods for observing coastal waters. (Illustration: COSYNA/HZG)
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