Benthic foraminifera in the Tasman Sea, Emerald Basin and Challenger Plateau

Im Rahmen des TASQWA-Projektes (Quarternary Variability of Water Masses in the Southern Tasman Sea and the Southern Ocean) wurde eine erstmalige quantitative und taxonomische Bestandsaufnahme der rezenten, benthischen Tiefseeforaminiferen der Korngrößenfraktion > 250 µm in 27 Sedimentoberflächenproben aus dem austral-antarktischen Gebiet durchgeführt. Es konnten 137 Arten bestimmt werden, wobei aber keine Art dominante Anteile in den Proben erreichte. Über benthische Tiefseeforaminiferen im untersuchten Gebiet existiert kaum Literatur. Es gibt zwar aus dem 19. Jhrd. sehr gut dokumentierte Foraminiferen in diesem Bereich, diese decken aber längst nicht alle gefundenen Exemplare ab. Erst um die Jahrtausendwende beschäftigten sich Autoren wieder intensiver mit den australischen und neuseeländischen, benthischen Foraminiferen. Aber auch sie drangen nicht bis in die Tiefsee vor, sondern blieben vorwiegend im Schelfbereich. Aufgrund dieser spärlichen Literatur ist jede einzelne Art ausführlich mit Synonymieliste und Abbildung dokumentiert worden. Die PAST-Analyse generierte mit den 137 Arten und den 27 Stationen sechs Faunenvergesellschaftungen, die überwiegend bathymetrisch zoniert sind. Ab 562 m beginnt am Campbell Plateau in der Hochproduktionszone die Bulimina-Vergesellschaftung. Diese Vergesellschaftung zeichnet sich durch die höchste Individuenzahl aus. Ab 959 m findet sich die Rhizammina-Vergesellschaftung, die im Untersuchungsgebiet am weitesten verbreitet ist. Die weniger oft anzutreffende Cibicides-Vergesellschaftung läßt sich ab 1660 m Tiefe finden. Nur in einer einzigen Probe an der Tasmanschwelle in 2146 m Tiefe, tritt die Reophax-Vergesellschaftung auf, in der die Textulariina überwiegen. Die weniger oft anzutreffende Ehrenbergina-Vergesellschaftung läßt sich ab 1841 m finden. In dieser Vergesellschaftung, in der die Artenanzahl fast an das Niveau der Hochproduktionszone heranreicht, halten sich Rotaliina und Textulariina die Waage. Im Emerald Becken ab 3909 m Tiefe beginnt die Jaculella- Vergesellschaftung. Diese liegt in einem echten Hungergebiet und besteht hauptsächlich aus Textulariina. Im gesamten Untersuchungsgebiet lassen sich durch die Probenauswertung vier unterschiedliche Lebensräume (Challenger Plateau, Campbell Plateau, Emerald Becken und Tasmanschwelle) ausmachen. Da jedoch nur zwei Sedimentoberflächenproben am Challenger Plateau genommen wurden, konnte dieser Bereich nur eingeschränkt mit den anderen drei Bereichen verglichen werden. Die Foraminiferengemeinschaften des Challenger Plateaus und der Tasmanschwelle können jedoch im oberen Bereich der Wassersäule auch nur eingeschränkt miteinander verglichen werden, da man an der Tasmanschwelle Sedimentoberflächenproben erst ab 1634 m genommen hat und am Campbell Plateau Proben ab 562 m vorhanden sind. Die oberen Bereiche (ab 562 m bis ca. 1300 m) des Campbell Plateaus sind Hochproduktionsbereiche, die die höchsten Individuenzahlen pro 10 cm**3 Sediment und die höchste Artenvielfalt aufweisen. Am Südwesthang des Campbell Plateaus läßt sich eine Abfolge der verschiedenen Foraminiferenvergesellschaftungen bis hinunter in das Emerald Becken nachweisen. An der Tasmanschwelle selbst läßt sich keine ausgeprägte Hochproduktionszone erkennen. Generell gibt es hier weniger Arten und weniger Individuen pro 10 cm**3 Sediment als am Cambell Plateau. Das Emerald Becken, als tiefster Bereich des Untersuchungsgebietes und als echtes Hungergebiet, nimmt eine Sonderrolle ein.

A 34-month sediment trap experiment at the Cape Verde Ocean Observatory (CVOO, December 2009 - October 2012)

Anticyclonic mesoscale eddies (ACME) have been proposed as a mechanism by which new nutrients are episodically delivered into the euphotic zone, thereby enhancing new production as well as shifting phytoplankton community structure. In this paper, we report on a 34-month sediment trap experiment at the Cape Verde Ocean Observatory (CVOO; ca. 18°N, 24°E; December 2009-October 2012), occasionally influenced by ACME passages. The typically oligotrophic, weakly seasonal particle flux pattern at the CVOO is strongly modified by the appearance of a highly productive and low oxygen ACME. Out of four recorded diatom flux maxima at CVOO, three were associated with the passage of ACMEs. The recorded diatom maxima events support the view that local ACME dynamics promotes upward nutrient supply into the euphotic zone leading to a rapid response of diatoms. This response is clearly reflected by the flux seasonality: between 40% and 60% of the total annual diatom flux at the CVOO site was intercepted in a relatively short time interval (<60 days). A highly diverse diatom community characterized the diatom fluxes throughout. Along with the ACME passages, small species of the genus Nitzschia, and Thalassionema nitzschioides var. parva dominated and delivered a major portion of the opal and organic carbon into deeper waters at site CVOO. Several pelagic, warm-water background species became dominant during intervals with low nutrient availability in the euphotic zone. Results of our interannual time-series suggest that ACMEs impact on total diatom production and the species-specific composition of the assemblage north of the Cave Verde Islands, and can strengthen the biological pump in open-ocean, oligotrophic subtropical regions of the world ocean. Our observations are useful for testing biogeochemical ocean models and will also help in improving the knowledge of processes and mechanisms behind interannual time-series of bulk components and microorganisms in pelagic and hemipelagic ocean areas.

Estimation of sea surface temperature from sediment core PS1768-8

The quantitative diatom analysis of 218 surface sediment samples recovered in the Atlantic and western Indian sector of the Southern Ocean is used to define a base of reference data for paleotemperature estimations from diatom assemblages using the Imbrie and Kipp transfer function method. The criteria which justify the exclusion of samples and species out of the raw data set in order to define a reference database are outlined and discussed. Sensitivity tests with eight data sets were achieved evaluating the effects of overall dominance of single species, different methods of species abundance ranking, and no-analog conditions (e.g., Eucampia Antarctica) on the estimated paleotemperatures. The defined transfer functions were applied on a sediment core from the northern Antarctic zone. Overall dominance of Fragilariopsis kerguelensis in the diatom assemblages resulted in a close affinity between paleotemperature curve and relative abundance pattern of this species downcore. Logarithmic conversion of counting data applied with other ranking methods in order to compensate the dominance of F. kerguelensis revealed the best statistical results. A reliable diatom transfer function for future paleotemperature estimations is presented.

Diatom abundance in surface sediments of the northern North Pacific

In order to map the modern distribution of diatoms and to establish a reliable reference data set for paleoenvironmental reconstruction in the northern North Pacific, a new data set including the relative abundance of diatom species preserved in a total of 422 surface sediments was generated, which covers a broad range of environmental variables characteristic of the subarctic North Pacific, the Sea of Okhotsk and the Bering Sea between 30° and 70°N. The biogeographic distribution patterns as well as the preferences in sea surface temperature of 38 diatom species and species groups are documented. A Q-mode factor analysis yields a three-factor model representing assemblages associated with the Arctic, Subarctic and Subtropical water mass, indicating a close relationship between the diatom composition and the sea surface temperatures. The relative abundance pattern of 38 diatom species and species groups was statistically compared with nine environmental variables, i.e. the summer sea surface temperature and salinity, annual surface nutrient concentration (nitrate, phosphate, silicate), summer and winter mixed layer depth and summer and winter sea ice concentrations. Canonical Correspondence Analysis (CCA) indicates 32 species and species groups have strong correspondence with the pattern of summer sea surface temperature. In addition, the total diatom flux data compiled from ten sediment traps reveal that the seasonal signals preserved in the surface sediments are mostly from spring through autumn. This close relationship between diatom composition and the summer sea surface temperature will be useful in deriving a transfer function in the subarctic North Pacific for the quantitative paleoceanographic and paleoenvironmental studies. The relative abundance of the sea-ice indicator diatoms Fragilariopsis cylindrus and F. oceanica of >20% in the diatom composition is used to represent the winter sea ice edge in the Bering Sea. The northern boundary of the distribution of F. doliolus in the open ocean is suggested to be an indicator of the Subarctic Front, while the abundance of Chaetoceros resting spores may indicate iron input from nearby continents and shelves and induced productivity events in the study area.