De Zuid-Afrikaan Athelstan Frederick Spilhaus (1911-1998) was in 1934 student bij Woods Hole’s Carl G. Rossby (1898-1957) aan boord van de R/V Atlantis. Rossby maakte gebruik van de samen met Karl Lange ontworpen ‘Oceanograph’, een groot zwaar apparaat om een temperatuur-diepte grafiek te krassen op een beroete koperplaat. Spilhaus bedacht dat dat kleiner en lichter moest en met een snellere respons. In 1936, na terugkeer op WHOI, verbetert hij het concept en krijgt van Henry B. Bigelow (1879–1967) en Columbus O'D. Iselin (1904-1971) scheepstijd om het ontwerp te testen. In 1936/37 is er dan de eerste werkende ‘Bathythermograph’ (BT). Hoewel initiëel bedoeld voor oceanografen/biologen die weinig bruikbare informatie kregen uit de puntmetingen met kantelthermometers, voorziet Iselin militaire toepassingen met name voor het opsporen van onderzeeboten met asdic/sonar, en in 1938 worden testen i.s.m. US Navy uitgevoerd.

In datzelfde jaar wordt US patent 2,297,725 gedeponeerd door Spilhaus voor de submarine Signal Company of Boston. Deze BT betaat uit een bimetaal voor de temperatuurmeting en een drukelement (piston zuiger met veer). Een kraspennetje schrijft een temperatuur (y-as) vs druk (=diepte, x-as) op een beroet glasplaatje. Nadeel van het bi-metaal was de trage temperatuur-respons. Deze wordt in 1937 verbeterd door toepassen van een zogeheten ‘Bourdon buis’, wat tevens zorgde voor verminderde vatbaarheid voor vibraties. Dit leidde in 1941 tot het deponeren van US patent 2,396,724, waar de Bourdon buis nog gevuld is met kwik. De patenten lopen wat achter bij de werkelijke technische ontwikkelingen want in 1939 wordt de respons nog meer verbeterd door het aanbrengen van een capilair gevuld met xyleen (vergelijk de capilair met het reservoir van een thermometer).

Tot dan wordt een BT gebruikt vanaf een stilliggend schip d.m.v. een vertikale ‘cast’. Een doorbraak in de toepasbaarheid komt als William M. Ewing (1906-1974) en Allyn C. Vine (1914-1996) een gesleept model ontwikkelen en in 1944 wordt US patent 2,515,034 gedeponeerd door Ewing en Vine voor de USA Secretary of the Navy. De capilaire buis van 40-60 ft en gevuld met xyleen zit gewonden om de staart van het apparaat dat gesleept bruikbaar is tot 20 knopen. Dit is uiteindelijk de versie van de BT zoals de meesten van ons die kennen.

De opkomst en neergang van de BT (of MBT, mechanical bathythermograph) wordt fraai weergegeven in de World Ocean Database. Vanaf begin jaren 1940 neemt het gebruik snel toe tot >100,000 profielen in 1966; dan neemt het aantal profielen per jaar strek af, en in 1990 is het gebruik van de (M)BT nagenoeg gestopt. Reden is het opkomen van de ‘Expendable BT’, of XBT, ontwikkeld begin 1960s door The Sippican Corporation. De XBT is een torpedovormig apparaatje voorzien van een thermistor; het is met het schip verbonden door een dunne koperdraad. Aan boord bevindt zich het electronisch registratieapparaat. Bij gebruik wordt de XBT in het water gelanceerd met behulp van een houder; als de koperdraad is afgewikkeld is de meting gedaan en gaat de XBT verloren. De diepte wordt niet gemeten maar berekend(!) uit een valsnelheidvergelijking, opgegeven door de producent.

Andere ontwikkelingen zijn de ‘submarine-launched XBT’ (SSXBT) en de ‘airborne’ (AXBT) versies. Nog weer later volgen de ‘expendable CTD’ (XCTD) en de ‘profiling float’ (PFL, zie bijvoorbeeld het Argo project). Een vooralsnog laatste ontwikkeling lijkt de gesleepte ‘Underway CTD’ (UCTD).

Referenties:

 

 

Links:    “Dorrestein-vis” met registratieapparatuur. Bron: (2)
Rechts:  “Dorrestein-vis”, zonder registratieapparatuur. Foto: KNMI (Frits Koek, 2010)

Het instrument werd op het KNMI ontwikkeld in de vijftiger jaren van de vorige eeuw en gebruikt bij een aantal onderzoekingen in de Nederlandse estuaria.

Locatie

Huidige locatie is in het ‘oude instrumenten-depot’ van het KNMI in De Bilt. De toestand is echter zorgwekkend. Vooralsnog ontbreekt het aparte registratieapparaat.

Uitvinder/Fabrikant
De Dorrestein-vis is ontwikkeld en gebouwd door de technische dienst van het KNMI. Waarschijnlijk is er slechts één exemplaar gebouwd onder verantwoordelijkheid van Richard Dorrestein, medewerker KNMI (1949-1980), Hoogleraar Oceanografie Utrecht (1970–1980). De opzet was afkomstig van R.R. Vierhout, medewerker KNMI (1947-1950) (2).

Bouwjaar, Type/serienummer
1955. Niet bekend.

Principe:
Door een buis met koolstofelektroden stroomt het water. De elektrische weerstand van het water en van een temperatuurgevoelige weerstand worden gemeten en aan boord servomechanisch geregistreerd. De invloed van de temperatuur op het zoutgehalte van het zeewater wordt in een Wheatstone-brug gecompenseerd.
De nauwkeurigheid van de saliniteitsmeting was ca. 0,1 promille, en regelmatige kalibratie met titraties was nodig, in verband met vervuiling van de elektroden.
Voor een gedetailleerde beschrijving, zie (2) en (3).

Gebruik:
De zoutgehalteschrijver is getest tijdens een tocht in de Zuidelijke Noordzee aan boord van het Duitse onderzoekingsschip Gauss (1) en onder meer gebruikt bij het Eemsonderzoek(1954, 1956) (4) en tijdens een verkenningstocht in het Deltagebied in 1957  met de Max Weber van het Zoölogisch Station.

Referenties:

Twee jaar later breidde de Duitser Wilhelm (Willi) Ule (09-05-1861 Halle-Saale - 13-02-1940 Rostock) de schaal uit met de groenbruin tot bruine kleuren met behulp van bijmenging van kobaltsulfaat in 10 extra stappen. De totale schaal, nu de Forel/Ule schaal genoemd, bevat zodoende 21 buisjes.

 

In de linker figuur is een van de eerste waterscheppers weergegeven, die van Alexander Marcet uit 1818. Bij andere waterscheppers was het probleem dat de afsluiting te wensen overliet en er bij het ophalen kans was op uitwisseling van het monster met de omgeving. Bij dit ontwerp werd de waterschepper gesloten door de waterdruk op de luikjes bij het ophalen. Het bovenste luikje in het ontwerp van Marcet werd na sluiting geborgd.

Een tweede, verbeterde versie staat in de figuur rechts. Deze is met name interessant doordat de basis principes van een goede waterschepper, zoals ook nog heden ten dage in gebruik, reeds aanwezig waren: de mogelijkheid de waternemer geopend te laten zakken, een goede doorstroming, en een mechanisch sluitmechanisme dat wordt aangestuurd door een valgewicht of, voor het nemen van bodemwatermonsters, doordat het gewicht w de bodem raakt. 

Literatuur:

• Marcet, A., 1819. On the specific gravity, and and temperatures of seawaters, indifferent parts of the ocean, and in particular seas; with some accounts of their saline contents. Phil.Trans.Roy.Soc. London, 109: 161-208 (plates XI, XII)
• McConnell, A., 1982. No sea too deep. The history of oceanographic instruments. Adam Hilger, Bristol, p 43-44.

Kees Kramer