Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

92

PRELIMINARY EXPERIMENTS TOWARDS CONTROLLING BIOFOULING EFFECTS 

ON THE M3A ARRAY’S OPTICAL INSTRUMENTS 

Panos Drakopoulos

1

, Vassilis Zervakis

2

, Giannis Thanos

2

, Kostas Nittis

2*

, 

Panos Renieris

2

, Gianna Assimakopoulou

2

and Christos Tziavos

2

1

Laboratory of Optical Instrumentation, Technological Educational Institute (TEI) of Athens, Greece

2

Dep. of Oceanography, Hellenic Center for Marine Research, Anavissos, Greece

Abstract

For the needs of the EU MFSTEP project, and based on the experience gathered during its previous phase, various experiments have been

planned to prevent biofouling of the optical instruments on the Mediterranean Moored Multi-sensor Array (M3A). Although the system,

when operational, is deployed in oligotrophic open sea waters 22 N.M. north of the port of Iraklion Crete, severe fouling prevented the

proper functioning of the optical sensors and sources after 30 days of deployment. These experiments are still underway, however,

emerging initial results from a 50 day deployment in coastal waters, indicate that the introduction of a bromine canister and copper tubing

in the ?ow system can result in almost fouling free instruments. 

Keywords: marine optics, marine growth, operational oceanography, optical oceanography

Introduction

New trends in ocean observation approaches demand the

deployment of moored instruments for large periods of time.

Important processes such as ecological can be monitored by sensing

various properties of the visible light field within the water column

(both inherent and apparent). This is accomplished by means of

optical sensors and sources, which however, tend to be severely

affected by marine biofouling [1]. Such problem was encountered

during the first stage of the Mediterranean Forecasting System project

(MFS-PP) [2], and in particular for the optical instruments attached on

the M3A array [3]. Thus, for the second phase of MFS, the MFSTEP,

a special task was introduced in order to assess and mitigate this

negative aspect. 

Data and methods

The location of the experimental deployment was the protected

surroundings of a fish-farm situated off the islet of Patroklos in

Saronikos Gulf, Greece. It was chosen so having in mind the

minimization of the deployment period since the waste of the farm

results in relatively eutrophic waters.

The instruments deployed were four SBE-16s having the following

optical sensors attached: 

1. PAR sensors (model 193SA manufactured by LI-COR). 

2. Fluorometers (WETSTAR by Wetlabs)

3. Transmissometers (C-star by Wetlabs) at 660 nm with a 25 cm

path length.

In the current configuration, the PAR sensors are open (to the

surrounding water column) while the ?uorometers and transmisso-

meters are closed by means of tubing and pump. 

The experiment was set as follows: For the open instruments no

particular action to prevent biofouling was taken. For the rest of the

sensors four different configurations were deployed (no protection,

copper, bromine, combination of both). The copper configuration

simply included replacement of 10 cm of plastic tubing adjacent to the

?uorometer and transmissometer with copper tubing (

Ø

10 mm) of

similar length. The bromine system included a vented canister, [4],

with bromine tablets attached between the ?uorometer and the

transmissometer and above them, in order to slowly and constantly

release bromine solution through diffusion towards both sensors. To

avoid erroneous readings all sensors were ?ushed for 15 seconds prior

to taking a measurement. The sampling interval was set to 1 h.

For the ?uorometers, both pre-deployment and post-deployment

calibration was performed. It was based on five samples of local

phytoplankton populations which were nutrient-enriched and cultured

for about 10 days to attain discrete chl-a concentration values. After a

15 minute sampling by the ?uorescence sensors, a reference value was

estimated by extracting phytoplankton by means of filtering and

measuring its chl-

a

concentration with a TURNER AU-10 laboratory

?uorometer.

Transmissometers were post deployment calibrated by obtaining

several voltage readings after blocking the receiver to obtain (v

dark

)

and in de-ionized water to obtain a clean water offset (v

ref

).

Results and discussion

The instruments were recovered after 50 days of deployment when

scuba divers observed excessive external biofouling build up. 

Inter comparison of PAR and incoming solar radiation time series

after the removal of the daily cycle, showed a decrease of sensitivity

in the order of 40% in 50 days with an accelerating trend towards the

end of the deployment period.

The ?uormeters recorded no obvious increase in chlorophyll-

a

concentration despite there external build up of organisms. Only the

one with no antifoulant protection showed an increasing trend towards

the end of the deployment. It should be noted here that the

concentration as measured from bottle data was low and ranged from

0.06 to 0.09 

µ

g/lt.

The transmissometers’records exhibited an exponential increase in

all configurations with no bromine canister, indicative of optical

window contamination. The one with the least bio-fouling was that

which incorporated both copper tubing and bromine solution (see

Figure 1). This was in contrast to the results reported elsewhere [1],

where copper alone was sufficient.

Fig. 1. Time series of c(660) (m

-1

) beam attenuation coefficients for two

characteristic configurations. Solid line corresponds to the one with

bromine canister and copper tubing and the dashed line to that with only

copper tubing.

A follow up experiment is planned either with a longer deployment

period or during the spring bloom, so a better assessment of the

fouling conditions on the fluorometers is achieved. Moreover

additional steps will be taken towards protecting the open PAR

instruments (i.e. copper collars). 

References

1-Manov D.V., Chang G.C., Dickey T.D. 2003. Methods for reducing

biofouling of moored optical sensors. Unpublished manuscript.

2-Drakopoulos P.G., Petihakis G., Valavanis V., Nittis K., Triantafyllou

G., 2003. Optical variability associated with phytoplankton dynamics in

the Cretan Sea during 2000 and 2001. “Building European Capacity in

Operational Oceanography - Proceedings of the Third International

Conference on EuroGOOS”, in press.

3-Nittis K., Tziavos C., Thanos I., Drakopoulos P., Cardin V., Gacic M.,

Petihakis G., Basana R 2003. The Mediterranean-Moored Multi-sensor

Array (M3A): system development and initial results. Ann. Geophysicae,

21: 75-87.

4-Davis R.F., Moore C.C., Zaneveld J.R.V., Napp J.M., 1997. Reducing

the effects of fouling on chlorophyll estimates derived from long-term

deployments of optical instruments. J. Geophys. Res. 102: 5851-5855.