FS Sonne Fahrtbericht / Cruise Report SO186 B, C & D GITEWS German Indonesian Tsunami Early Warning System Jakarta-Jakarta & Jakarta-Singapore & Singapore-Singapore 28.10.-13.11.2005 & 15.11-28.11.2005 & 07.01-20.01.2006 IFM-GEOMAR REPORT Berichte aus dem Leibniz-Institut für Meereswissenschaften an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Nr. 5 März 2006 FS Sonne Fahrtbericht / Cruise Report SO186 B, C & D GITEWS German Indonesian Tsunami Early Warning System Jakarta-Jakarta & Jakarta-Singapore & Singapore-Singapore 28.10.-13.11.2005 & 15.11-28.11.2005 & 07.01-20.01.2006 Edited by Ernst R. Flueh, Tilo Schoene & Wilhelm Weinrebe Berichte aus dem Leibniz-Institut für Meereswissenschaften an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Nr. 5, März 2006 ISSN Nr.: 1614-6298 Das Leibniz-Institut für Meereswissenschaften The Leibniz-Institute of Marine Sciences is a ist ein Institut der Wissenschaftsgemeinschaft member of the Leibniz Association Gottfried Wilhelm Leibniz (WGL) (Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz). Herausgeber / Editor: Ernst R. Flueh, Tilo Schoene & Wilhelm Weinrebe IFM-GEOMAR Report ISSN Nr.: 1614-6298 Leibniz-Institut für Meereswissenschaften / Leibniz-Institute of Marine Sciences IFM-GEOMAR Dienstgebäude Westufer / West Shore Building Düsternbrooker Weg 20 D-24105 Kiel Germany Leibniz-Institut für Meereswissenschaften / Leibniz-Institute of Marine Sciences IFM-GEOMAR Dienstgebäude Ostufer / East Shore Building Wischhofstr. 1-3 D-24148 Kiel Germany Tel.: ++49 431 600-0 Fax: ++49 431 600-2805 www.ifm-geomar.de TABLE OF CONTENTS Page 1.1 Summary 2 1.2 Zusammenfassung 3 2. Introduction 5 2.1 Objectives of cruise SO186 Leg 1-B, C, D 5 2.2 Tectonic framework of the Sunda Arc Subduction Zone 6 3. Participating Institutions 9 4. Participants 13 4.1 Scientists 13 4.2 Crew 14 5. Agenda of the Cruises 18 6. Scientific Instrumentation 25 6.1 Shipboard Equipment 25 6.1.1 Navigation and positioning 25 6.1.2 Simrad EM-120 multibeam bathymetry system 25 6.1.3 Parasound 27 6.2 Computer facilities and data acquisition system 28 6.3 Magnetics 30 6.3.1 Marine Magnetics SeaSpy Gradiometer 30 6.3.2 Noise pickup 31 6.4 Gravity 33 6.4.1 Bodenseewerke KSS31 Seagravimeter 33 6.4.2 Data Processing 35 6.4.3 Gravity ties to land stations 36 6.5 OBH/OBS Seismic instrumentation 39 6.6 Acoustic data transfer 46 6.7 The GITEWS Buoys 51 6.7.1 System description 51 6.7.2 Deployments during SO186c 53 6.7.3 Work during SO186d 53 6.7.4 Mooring system 54 7. Work done and Preliminary Scientific Results 58 7.1 Bathymetric survey 58 7.2 Parasound 68 7.3 Magnetic data: description and preliminary interpretation 70 7.3.1 Magnetic maps 70 7.3.2 Magnetic seafloor spreading anomalies off Sumatra 72 7.4 Gravity data: description and preliminary interpretation 74 7.4.1 Gravity database 73 7.4.2 Gravity anomaly maps 75 7.5 Seismic data 81 7.5.1 Maintenance Work for OBS and OBH 81 7.5.2 The Simeulue seismic network 92 1a TABLE OF CONTENTS cont'd Page 7.5.3 Methane sensors 95 7.6 Modem Trials Report 98 7.7 Data from the GITEWS buoys 126 8. Acknowledgements 129 9. References 129 10. Appendices 132 10.1 Equipment used / Eingesetzte Geräte – 1b 132 10.2 Equipment / winches used / Einsätze von Geräten und Winden – 1b 138 10.3 Equipment used / Eingesetzte Geräte – 1c 140 10.4 Equipment / winches used / Einsätze von Geräten und Winden – 1c 144 10.5 Equipment used / Eingesetzte Geräte – 1d 145 10.6 Equipment / winches used / Einsätze von Geräten und Winden – 1d 150 10.7 Seacause / GITEWS- OBS Deployment 152 10.8 Cruise track information 154 10.9 Mooring TEWS 1 156 10.10 Mooring TEWS 2 158 10.11 Mooring TEWS 01B 160 10.12 Mooring TEWS 02B 162 10.13 Research Procedures for Foreign Researchers 164 1b 1.1 Summary The active Sunda Arc subduction zone stretches for some 5,000 km and is the expression of the converging Indo-Australian and Eurasian tectonic plates where oceanic lithosphere is subducted beneath the Indonesian Archipelago. Its great importance is stressed by the catastrophic mega-earthquake of Boxing Day 2004 and the related tsunami that took about 300,000 lives mostly in Indonesia. On the other hand, because of the oblique subduction, this feature provides a unique opportunity to investigate subduction processes in detail. Early in 2005 the German government announced that they would contribute to the installation of a Tsunami Early Warning System (TEWS) in the Indian Ocean, with emphasis on the Indonesian Coast. This project is called GITEWS (German Indonesian Tsunami Early Warning System) and comprises a multitude of sensors to be installed on- and offshore as well as the establishment of a Warning Centre and the related efforts of warning the population of a potential danger. All the cruises SO186-1B, 1C & 1D contributed to the overall goals of GITEWS. Since tsunami modelling will be an important part of GITEWS, bathymetric measurements of the area under investigation are an important contribution, too. Such measurements were the focus of the first leg, they are also closely related to the project SEACAUSE that comprises the SONNE cruises SO186-1, SO186-2&3, realized immediately before and after the GITEWS cruises. Furthermore, the bathymetric measurements were closely coordinated with British and French data collection efforts. By the end of Leg SO186-1D about 50% of the deep water regions (>3000 m) along Sumatra were mapped; the data show considerable lateral variability along the margin. Only a few months after the Cooperation Agreement between Germany and Indonesia had been signed on March 14, 2005 did the Federal Republic of Germany’s government hand over two experimental buoys to the Government of the Republic of Indonesia. These buoys are equipped with GPS and ocean bottom units with pressure sensors as part of the TEWS. The hand-over ceremony had already been conducted at Tanjung Priok Harbour on October 10th 2005, when Dr. Kusmayanto Kadiman - Minister of Research and Technology and coordinator of TEWS development in Indonesia - received the buoy system from Prof. Frieder Meyer Krahmer, representative of the State Secretary of BMBF (Minister of Research and Education of the Federal Republic of Germany), on board the German Research Vessel SONNE. Both systems, ocean bottom units and buoys, were successfully deployed during leg SO186-1C. Until the beginning of leg SO186-1D in January 2006 the system performance was closely monitored; first modifications have been proposed to adapt it to specific environment and tasks. The maintenance of all system components was the main task of this last leg. Additionally, more tests for the underwater communication were carried out. Underwater communications still need further improvements before it can be regarded as reliable and functional. 2 As part of SEACAUSE, a seismological network had been installed around Simeulue Island in October 2005. During the GITEWS cruises several instruments were serviced, they shall all be recovered in March 2006 during SEACAUSE Leg 3. Furthermore, as part of GITEWS, five methane sensors were installed on the continental slope near Simeulue Island to monitor methane concentrations in the bottom water. In the future such measurements may be a potential indicator of slope instability and thus tsunami generation. 1.2 Zusammenfassung Die etwa 5.000 km lange, aktive Sunda-Arc-Subduktionszone ist Ausdruck der konvergenten indo-australischen und eurasischen tektonischen Platten, dort, wo die ozeanische Lithosphäre unter den indonesischen Archipel subduziert. Die Wichtigkeit dieses Gebietes hat sich besonders bei dem katastrophalen Mega-Erdbeben vom 26. Dezember 2004 und dem dadurch verursachten Tsunami erwiesen, der ca. 300.000 Menschenleben vor allem in Indonesien forderte. Andererseits bietet die schräg verlaufende Subduktion eine einzigartige Gelegenheit, Subduktionsprozesse im Detail zu erforschen. Zu Beginn des Jahres 2005 kündigte die deutsche Regierung an, dass sie einen Beitrag zur Installation eines Frühwarnsystems, des "Tsunami Early Warning System (TEWS)" im Indischen Ozean, hauptsächlich an der Indonesischen Küste, leisten werde. Dies Projekt läuft unter der Bezeichnung GITEWS (German-Indonesian Tsunami Early Warning System). Es beinhaltet eine Vielfalt an Sensoren für den Betrieb auf See und an Land sowie die Errichtung eine Warnzentrums und den damit verbundenen Aufwand, mit dem sichergestellt werden soll, dass eventuelle Warnungen die Bevölkerung auch erreichen. Die Forschungsfahrten SO186-1B, 1C & 1D haben alle zur Erreichung der Ziele des GITEWS beigetragen. Da die Modellierung von Tsunamis einen wesentlichen Bestandteil des GITEWS bildet, leisten auch die bathymetrischen Messungen im Forschungsgebiet einen wichtigen Beitrag. Solche Messungen bildeten den Schwerpunkt der ersten Expedition; sie stehen auch in engem Zusammenhang mit mit dem Projekt SEACAUSE, das die direkt vor und nach den GITEW-Fahrten durchgeführten SONNE-Fahrten SO186-1, SO186-2&3 umfasst. Außerdem bestand bei den bathymetrischen Messungen eine enge Zusammenarbeit mit britischen und französischen Projekten zur Datenaufnahme. Beim Abschluß von Leg SO186-1D waren etwa 50% der Tiefseegebiete (>3000 m) entlang Sumatra kartiert; die Daten weisen eine beträchtliche laterale Variabilität entlang des Randes auf. Nur wenige Monate nach Unterzeichnung der Kooperationsvereinbarung zwischen Deutschland und Indonesien am 14. März 2005 übergab die Regierung der Bundesrepublik Deutschland der Regierung der Republik Indonesien 2 Versuchsbojen. Diese Bojen, ausgerüstet mit GPS und Ocean Bottom Units, auf denen Drucksensoren montiert sind, bilden Bestandteil des TEWS. Die Übergabe- Feierlichkeiten hatten bereits am 10. Oktober 2005 im Hafen Tanjung Priok 3 stattgefunden. An Bord des deutschen Forschungsschiffes SONNE übernahm dort Dr. Kusmayanto Kadiman – Minister für Forschung und Technologie und Koordinator für die Entwicklung von TEWS in Indonesia - das Bojensystem von Prof. Frieder Meyer Krahmer, dem Repräsentanten des Staatssekretärs des BMBF (Ministerium für Bildung und Forschung der Bundesrepublik Deutschland). Beide Systeme, die Ocean Bottom Units und die Bojen, wurden während Leg SO186-1C erfolgreich ausgesetzt.