Bacterial biomasses and activities in the Northwest African upwelling region

During the 'Meteor' expedition SUBTROPEX '82, sediment samples were taken at 14 stations in different water depths at 35, 29, 25, 21 and 17 °N, and measurements of bacterial biomasses and activities were carried out in these different upwelling-intensity areas. Highest densities and biomasses by AODC (2.2 x 10**8 cells, corresponding to 14.8 µg C/g sediment dry wt) were recorded at 21 °N, year-round upwelling, at 1200 and 800 m, but at 500 m biomass was still 4.3 µg C/g dry wt. Relatively high densities and biomasses (6.5 and 6.8 µg C/g dry wt) were found at 17 °N, upwelling mostly in winter and spring, at 1200 and 800 m. AODC were 2 to 3 orders of magnitude higher than viable counts, incubation at 2 or 20 °C. For deep-water sediments, counts at 2 °C were higher than at 20 °C. Biomass and ATP concentrations were highest in the 0 to 2 cm sediment layers; they decreased with sediment depth. Bacterial biomasses were correlated with organic carbon and ATP concentrations. The fractions of Bacterial ATP were calculated to be 2 to 24% of ATP-biomass. On the basis of organic carbon, however, fractions of Bacterial Organic Carbon were only 0.02 to 0.06%. For microbial communities, the conversion factor 0.004 for BOC to BATP seems 2 orders of magnitude too high. Maximum AEC ratios of 0.53 to 0.70 were found at 21 and 17 °N; the other stations had AEC ratios of 0.21 to 0.47. Numbers of bacteria with respiratory ETS were between 0.5 and 10.5 % of AODC. An exception was the shelf station at 35 °N with 34.2% of AODC.

Composition of sediments from the north-west African continental margin

Entlang dreier Profile vom NW-afrikanischen Kontinentalrand wurden Oberflächensedimente aus Wassertiefen zwischen 39m und 1514m auf ihre Zusammensetzung der Sandfraktion, auf ihre Gehalte an Karbonat und organischer Substanzen sowie auf ihre mineralogische Zusammensetzung hin untersucht. 1) Die auf dem Schelf und dem oberen Hang abgelagerten Sedimente (<500m) zeichnen sich durch hohe Sandgehalte (>70%) und durch hohe Grob/Fein-Verhältnisse aus. Unterhalb dieses Bereiches nimmt der Einfluß von Strömungen, die die Ablagerung von wesentlichen Mengen an Feinmaterial oberhalb 500m verhindern, ab, wie die starke Abnahme des Sandgehaltes, des Quarz/Glimmer und des Grob/Fein-Verhältnisses zeigen. Die Sedimente aus diesen Wassertiefen werden zum großen Teil aus Partikeln der Siltfraktion aufgebaut. Mit zunehmender Tiefe ist auch eine Zunahme der Tonfraktion zu beobachten, wobei höhere Tonanteile (>10%) erst in Tiefen unterhalb von 1200m auftreten. 2) Die quantitative Komponentenanalyse der Sandfraktion zeigt, daß der karbonatische Anteil fast ausschließlich biogener Herkunft ist. Er besteht zum wesentlichen Teil aus planktonischen Komponenten, vorwiegend Foraminiferen und mengenmäßig nur sehr untergeordnet auftretenden Pteropoden. Das opalkieselige Plankton (Diatomeen, Radiolarien) ist nur in geringen Mengen in den untersuchten Proben vorhanden. Auch das Benthos stellt nur eine untergeordnete Komponente der Sandfraktion dar. Vor allem der Anteil von Foraminiferen und Mollusken nimmt mit zunehmender Wassertiefe relativ deutlich ab. Die übrigen benthonischen Komponenten sind im Sediment nur in geringen Anteilen vertreten. 3) Hauptsedimentbildner im Profil Nouakchott sind die nichtbiogenen, terrigen-detritischen Sandkomponenten. Sie bestehen vorwiegend aus Quarz und mit zunehmender Wassertiefe aus Kotpillen bzw. Kotpillenaggregaten. Je nach Tiefe treten vor allem Glimmer (>1000m) und Glaukonit (<800m) hinzu. Die restlichen Komponenten treten nur gelegentlich und in äußerst geringen Mengen im rezenten Oberflächensediment auf. 4) Quarz wird als Windstaub mit dem NE-Passat und vor allem durch den "Harmattan" aus der Sahara heraustransportiert und vorwiegend über dem Schelfbereich sedimentiert. Windstaubmaterial besteht primär weitgehend aus Siltkorngrößen, die vor Nouakchott über die Schelfkante hinaustransportiert werden und zu einer Grobsiltanreicherung am mittleren Hang führen. 5) Das Verhältnis zwischen den karbonatischen Biogenkomponenten und den nichtbiogenen Partikeln spiegelt sich deutlich in der Karbonatverteilung sowohl des Gesamtsedimentes als auch der Sandfraktion wider. Relativ hohe Karbonatgehalte vor Cap Leven im Norden stehen sehr geringen Anteilen von Nouakchott gegenüber. Mit zunehmender Wassertiefe ist eine deutliche Abnahme des Karbonatanteils zu verfolgen. 6) Die Tatsache, daß das Profil Cap Blanc im Bereich des ganzjährigen Auftriebs liegt, spiegelt sich nicht in der Zusammensetzung der Sandfraktion wider. Südlich der Zone des ganzjährigen Auftriebs weisen verschiedene Parameter (Radiolarien, Diatomeen, Verhältnis von Radiolarien zu planktonischen Foraminiferen, Benthos/Plankton-Verhältnis der Foraminiferen) trotz abnehmender Auftriebsintensität eher steigende Werte auf. Dies ist wesentlich auf eine infolge des Nährstoffeintrages durch Flußzufuhr bedingte Verschiebung der maximalen Primärproduktion weit in südliche Richtung zurückzuführen. 7) In den aufgeführten Parametern zeigen sich von Profil zu Profil sehr deutliche fazielle Unterschiede, obwohl der großklimatische Hintergrund im gesamten Untersuchungsgebiet etwa gleich ist. Vor Cap Leven bildet sich eine Fazies, die im wesentlichen aus planktonischen Foraminiferen besteht, während das Sediment vor Nouakchott zum überwiegenden Teil aus nichtbiogenen Komponenten aufgebaut wird. Im Übergangsbereich vor Cap Blanc bildet sich eine Mischfazies, die keinerlei Prägung durch das Auftriebsgeschehen erhält. Die Ursachen dieser faziellen Unterschiede werden auf fehlenden Terrigeneinfluß vor Cap Leven einerseits und hohe Terrigenanlieferung vor Nouakchott andererseits zurückgeführt. 8) Die Zusammensetzung und Verteilung der rezenten Grobfraktionssedimente am Kontinentalrand vor Nw-Afrika wird somit im wesentlichen als Ergebnis einer Überprägung der Biogenanlieferung durch nichtbiogene Komponenten angesehen. Wesentlicher steuernder Faktor ist demnach das hier vorherrschende Windsystem.

Age models of sediment cores from the continental margin of northwest Africa

Diatom abundance and species composition were quantitatively studied in two latest Quaternary (~130 ka to the Present) sequences from the continental margin of northwest Africa. Off this region, coastal upwelling is well developed under the influence of the NE trade winds. Variations in diatom abundance in these cores are inferred to represent changes caused by varying degrees of the upwelling fertility. Times of high productivity are marked by high relative frequencies of Chaetoceros, while low productivity is marked by the dominance of Aulacoseira granulata. Upwelling increased during glacial episodes (isotopic stages 2-4 and 6) relative to isotopic stages 1 and 5. During the late Holocene, primary productivity levels are similar to those for Stage 5, but in the early Holocene upwelling intensities seem to have been weaker than today. The paleoproductivity reconstruction based on the diatom record is supported by paleoproductivity estimations based on the organic carbon content of the sediments (Sarnthein et al., 1987).

Stable isotope record of planktic foraminifera sampled by plankton haul and in surface sediments off North-West Africa

Foraminifera shells from modern sediments document the hydrography of the coastal upwelling region off Northwest-Africa (12-35° N) through the stable isotopic composition of their shells. Oxygen isotopes in planktonic foraminifers reflect sea surface temperatures (SST) during the main growing season of the differnt species: Globigerinoides ruber (pink and white) and G. sacculifer delineate the temperatures of the summer, Globorotalia inflata and Pulleniatina obliquiloculata those of the winter. Oxygen isotopes on Globigerina bulloides document temperature ranges of the upwelling seasons. d18O values in planktonic foraminifera from plankton hauls resemble those from the surface sediment samples, if the time of the plankton collection is identical with that of the main growing season of the species. The combined isotopic record of G. ruber (white) and G. inflata clearly reveals the latitudinal variations of the annual mean SST. The deviation of the d18O values from both species from their common mean is a scale for the seasonality, i.e. the maximum temperature range within one year. Thus in the summer upwelling region (north of 25° N) seasonality is relatively low, while it becomes high in the winter upwelling region south of 20° N. Furthermore, the winter upwelling region is characterized by relatively high d18O values - indicating low temperatures - in G. bulloides, the region of summer upwelling by relatively low d180 values compared with the constructed annual mean SST. Generally, carbon isotopes from the plankton hauls coincide with those from sediment surface samples. The enrichment of 13C isotopes in foraminifers from areas with high primary production can be caused by the removal of 12C from the total dissolved inorganic carbon during phytoplankton blooms. It is found that carbon isotopes from plankton hauls off Northwest-Africa are relatively enriched in 13C compared with samples from the western Atlantic Ocean. Also shells of G. ruber (pink and white) from upwelling regions are enriched in the heavier isotope compared with regions without upwelling. In the sediment, the enrichement of 13C due to high primary production can only be seen in G. bulloides from the high fertile upwelling region south of 20° N. North of this latitude values are relatively low. An enrichment of 12C is observed in shells of G. ruber (pink), G. inflata and P. obliquiloculata from summer-winter- and perennial upwelling regions respectively. Northern water masses can be distinguished from their southern counterparts by relatively high oxygen and carbon values in the "living" (=stained) benthic foraminifera Uvigerina sp. and Hoeglundina elegans. A tongue of the Mediterranean Outflow water can be identified far to the south (20° N) by 13C-enriched shells of these benthic foraminifera. A zone of erosion (15-25° N, 300-600 m) with a subrecent sediment surface can be mapped with the help of oxygen isotopes in "dead" benthic specimens. Comparison of d18O values in aragonitic and calcitic benthic foraminifers does not show a differential influence of temperature on the isotopic composition in the carbonate. However, carbon isotopes reflect slightly differences under the influence of temperature.

Pollen analysis of surface sediment off northwest Africa

Over 100 samples of recent surface sediments from the bottomn of the Atlantic Ocean offshore NW Africa between 34° and 6° N have been analysed palynologically. The objective of this study was to reveal the relation between source areas, transport systems, and resulting distribution patterns of pollen and spores in marine sediments off NW Africa, in order to lay a sound foundation for the interpretation of pollen records of marine cores from this area. The clear zonation of the NW-African vegetation (due to the distinct climatic gradient) is helpful in determining main source areas, and the presence of some major wind belts facilitates the registration of the average course of wind trajectories. The present circulation pattern is driven by the intertropical front (ITCZ) which shifts over the continent between c. 22° N (summer position) and c. 4° N (winter position) in the course of the year. Determination of the period of main pollen release and the average atmospheric circulation pattern effective at that time of the years is of prime importance. The distribution patterns in recent marine sediments of pollen of a series of genera and families appear to record climatological/ecological variables, such as the trajectory of the NE trade, January trades, African Easterly Jet (Saharan Air Layer), the northernmost and southernmost position of the intertropical convergence zone, and the extent and latitudinal situation of the NW-African vegetation belt. Pollen analysis of a series of dated deep-sea cores taken between c. 35° and the equator off NW African enable the construction of paleo-distribution maps for time slices of the past, forming a register of paleoclimatological/paleoecological information.