Nested central volcanism related to rift development and giant landsliding in oceanic islands

Centro Superior de Investigaciones Científicas, Museo Nacional de Ciencias Naturales, Estación Volcanológica de Canarias

Horizontal distribution of invertebrate larvae around the oceanic island of Gran Canaria: the effect of mesoscale variability

In October 1991, the horizontal distribution of invertebrate larvae was studied in the waters surrounding the island of Gran Canaria (Canary Islands). The cruise was typified by the presence of three recurrent mesoscale hydrographic structures: a cyclonic eddy southwest of the island, a warm lee region downstream of the island and the offshore boundary of an upwelling filament from the African coast reaching the southeast of the island. Decapod larvae were the most abundant group. In general, a rather high spatial variability was found. The horizontal distribution of the invertebrate larvae groups showed that the highest values of abundance occurred in an elongated zone around the island oriented in the overall direction of flow, leeward and windward of the island, while the lowest values occurred off the eastern and western flanks of the islands. On the other hand, Stomatopoda and Mollusca larvae showed a distribution associated with the boundary of the upwelling filament and decapod larvae of pelagic species were distributed around the eddy structure. Our results suggest specific retention mechanisms for the larvae of neritic invertebrate populations that are related to the particular physical oceanography around Gran Canaria. Se estudió la distribución horizontal de las larvas de invertebrados alrededor de la isla de Gran Canaria (Islas Canarias) en octubre de 1991. La campaña se caracterizó por la presencia de tres fenómenos oceanográficos de mesoescala recurrentes: un remolino ciclónico al suroeste de la isla, la estela cálida a sotavento de la misma y el borde de un filamento proveniente del afloramiento africano situado al sureste de Gran Canaria. Las larvas de crustáceos decápodos fueron las más abundantes. En general, las larvas de los diferentes taxa estudiados mostraron una gran variabilidad en cuanto a su distribución espacial. La distribución horizontal de las larvas de los diferentes grupos de invertebrados mostró que las densidades más altas se registraban alrededor de la isla en la banda cercana y orientada hacia el suroeste, en la dirección del flujo, mientras que los valores más bajos se encontraron en el norte y en los flancos este y oeste de la isla. Por otro lado, las larvas de estomatópodos y moluscos presentaron una distribución asociada al frente del filamento, mientras que las larvas de decápodos pelágicos se distribuyeron en torno al remolino ciclónico. Los resultados obtenidos sugieren la existencia de mecanismos de retención específicos para el mantenimiento de las poblaciones insulares, relacionados con los procesos físicos de mesoescala predominantes

High-resolution modelling of the Canary Basin oceanic circulation

Necesita ampliarse a 125 para una correcta visualización

Is the GDH/RNH4+ ratio in the mesozooplankton constant through different oceanic systems?

[EN] Nitrogen (N) is essential for life, but its availability is frequently limited in ocean ecosystems. Among all the compounds which influence the N pool, ammonium (NH4+) represents the major source of N for autotrophs. This NH4+ is provided by bacterial remineralization and heterotrophic grazers, with the mesozooplankton responsible for 12% to 33% of the total NH4+ recycled.  Quantifying the excretion physiology of zooplankton is then, necessary to understand the basis of an aquatic ecosystem’s productivity.
The measurement of glutamate dehydrogenase (GDH) activity has been widely used to assess the NH4+ excretion rates in planktonic communities. However, its relationship with the physiology varies with temperature and the nutritional status of the organisms, among other variables. Here we compare the GDH/RNH4+ ratio between oceanic regions with different trophic conditions.  Strengthening our knowledge of the relationship between GDH activities and the NH4+ excretion rates will lead to more meaningful interpretations of the mesoscale variations in planktonic NH4+ excretion.

Is the GDH/RNH4+ ratio in the mesozooplankton constant through different oceanic systems?

[EN]Nitrogen (N) is essential for life, but its availability is frequently limited in ocean ecosystems. Among all the compounds which influence the N pool, ammonium (NH4+) represents the major source of N for autotrophs. This NH4+ is provided by bacterial remineralization and heterotrophic grazers, with the mesozooplankton responsible for 12% to 33% of the total NH4+ recycled. Quantifying the excretion physiology of zooplankton is then, necessary to understand the basis of an aquatic ecosystem?s productivity. The measurement of glutamate dehydrogenase (GDH) activity has been widely used to assess the NH4+ excretion rates in planktonic communities. However, its relationship with the physiology varies with temperature and the nutritional status of the organisms, among other variables. Here we compare the GDH/RNH4+ ratio between oceanic regions with different trophic conditions. Strengthening our knowledge of the relationship between GDH activities and the NH4+ excretion rates will lead to more meaningful interpretations of the mesoscale variations in planktonic NH4+ excretion.

An observational study of oceanic eddy generation mechanisms by tall deep-water islands (Gran Canaria)

[EN]Oceanic eddy generation by tall deep-water islands is common phenomenon. It is recognized that these eddies may have a significant impact on the marine system and related biogeochemical fluxes. Hence, it is important to establish favourable conditions for their generation. With this objective, we present an observational study on eddy generation mechanisms by tall deep-water islands, using as a case study the island of Gran Canaria. Observations show that the main generation mechanism is topographic forcing, which leads to eddy generation when the incident oceanic flow is sufficiently intense. Wind shear at the island wake may acts only as an additional eddy-generation trigger mechanism when the impinging oceanic flow is not sufficiently intense. For the case of the island of Gran Canaria we have observed a mean of ten generated cyclonic eddies per year. Eddies are more frequently generated in summer coinciding with intense Trade winds and Canary Current.

A dynamic model of oceanic sulfur (DMOS) applied to the Sargasso Sea: Simulating the dimethylsulfide (DMS) summer paradox

[EN]A new one-dimensional model of DMSP/DMS dynamics (DMOS) is developed and applied to the Sargasso Sea in order to explain what drives the observed dimethylsulfide (DMS) summer paradox: a summer DMS concentration maximum concurrent with a minimum in the biomass of phytoplankton, the producers of the DMS precursor dimethylsulfoniopropionate (DMSP). Several mechanisms have been postulated to explain this mismatch: a succession in phytoplankton species composition towards higher relative abundances of DMSP producers in summer; inhibition of bacterial DMS consumption by ultraviolet radiation (UVR); and direct DMS production by phytoplankton due to UVR-induced oxidative stress. None of these hypothetical mechanisms, except for the first one, has been tested with a dynamic model. We have coupled a new sulfur cycle model that incorporates the latest knowledge on DMSP/DMS dynamics to a preexisting nitrogen/carbon-based ecological model that explicitly simulates the microbial-loop. This allows the role of bacteria in DMS production and consumption to be represented and quantified. The main improvements of DMOS with respect to previous DMSP/DMS models are the explicit inclusion of: solar-radiation inhibition of bacterial sulfur uptakes; DMS exudation by phytoplankton caused by solar-radiation-induced stress; and uptake of dissolved DMSP by phytoplankton. We have conducted a series of modeling experiments where some of the DMOS sulfur paths are turned “off” or “on,” and the results on chlorophyll-a, bacteria, DMS, and DMSP (particulate and dissolved) concentrations have been compared with climatological data of these same variables. The simulated rate of sulfur cycling processes are also compared with the scarce data available from previous works. All processes seem to play a role in driving DMS seasonality. Among them, however, solar-radiation-induced DMS exudation by phytoplankton stands out as the process without which the model is unable to produce realistic DMS simulations and reproduce the DMS summer paradox.

Oceanic crust and island arc formation in Central Asia during late Neoproterozoic times - evidence from petrological and geochemical studies

Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung des 570 Ma alten, neoproterozoischen Agardagh - Tes-Chem Ophioliths (ATCO) in Zentralasien. Dieser Ophiolith liegt südwestlich des Baikalsees (50.5° N, 95° E) und wurde im frühen Stadium der Akkretion des Zentralasiatischen Mobilgürtels auf den nordwestlichen Rand des Tuvinisch-Mongolischen Mikrokontinentes aufgeschoben. Bei dem Zentralasiatische Mobilgürtel handelt es sich um einen riesigen Akkretions-Subduktionskomplex, der heute das größte zusammenhängende Orogen der Erde darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden eine Reihe plutonischer und vulkanischer Gesteine, sowie verschiedene Mantelgesteine des ATCO mittels mikroanalytischer und geochemischer Verfahren untersucht (Elektronenstrahlmikrosonde, Ionenstrahlmikrosonde, Spurenelement- und Isotopengeochemie). Die Auswertung dieser Daten ermöglichte die Entwicklung eines geodynamisch-petrologischen Modells zur Entstehung des ATCO. Die vulkanischen Gesteine lassen sich aufgrund ihrer Spurenelement- und Isotopenzusammensetzung in inselbogenbezogene und back-arc Becken bezogene Gesteine (IA-Gesteine und BAB-Gesteine) unterscheiden. Darüber hinaus gibt es eine weitere, nicht eindeutig zuzuordnende Gruppe, die hauptsächlich mafische Gänge umfasst. Der grösste Teil der untersuchen Vulkanite gehört zur Gruppe der IA-Gesteine. Es handelt sich um Al-reiche Basalte und basaltische Andesite, welche aus einem evolvierten Stammmagma mit Mg# 0.60, Cr ~ 180 µg/g und Ni ~ 95 µg/g hauptsächlich durch Klinopyroxenfraktionierung entstanden sind. Das Stammmagma selbst entstand durch Fraktionierung von ca. 12 % Olivin und geringen Anteilen von Cr-Spinell aus einer primären, aus dem Mantel abgeleiteten Schmelze. Die IA-Gesteine haben hohe Konzentrationen an inkompatiblen Spurenelementen (leichte-(L)- Seltenerdelement-(SEE)-Konzentrationen etwa 100-fach chondritisch, chondrit-normierte (La/Yb)c von 14.6 - 5.1), negative Nb-Anomalien (Nb/La = 0.37 - 0.62) und niedrige Zr/Nb Verhältnisse (7 - 14) relativ zu den BAB-Gesteinen. Initiale eNd Werte liegen bei etwa +5.5, initiale Bleiisotopenverhältnisse sind: 206Pb/204Pb = 17.39 - 18.45, 207Pb/204Pb = 15.49 - 15.61, 208Pb/204Pb = 37.06 - 38.05. Die Anreicherung lithophiler inkompatibler Spurenelemente (LILE) in dieser Gruppe ist signifikant (Ba/La = 11 - 130) und zeigt den Einfluss subduzierter Komponenten an. Die BAB-Gesteine repräsentieren Schmelzen, die sehr wahrscheinlich aus der gleichen Mantelquelle wie die IA-Gesteine stammen, aber durch höhere Aufschmelzgrade (8 - 15 %) und ohne den Einfluss subduzierter Komponenten entstanden sind. Sie haben niedrigere Konzentrationen an inkompatiblen Spurenelementen, flache SEE-Muster ((La/Yb)c = 0.6 - 2.4) und höhere initiale eNd Werte zwischen +7.8 und +8.5. Nb Anomalien existieren nicht und Zr/Nb Verhältnisse sind hoch (21 - 48). Um die geochemische Entwicklung der vulkanischen Gesteine des ATCO zu erklären, sind mindestens drei Komponenten erforderlich: (1) eine angereicherte, ozeaninselbasalt-ähnliche Komponente mit hoher Nb Konzentration über ~ 30 µg/g, einem niedrigen Zr/Nb Verhältnis (ca. 6.5), einem niedrigen initialen eNd Wert (um 0), aber mit radiogenen 206Pb/204Pb-, 207Pb/204Pb- und 208Pb/204Pb-Verhältnissen; (2) eine N-MORB ähnliche back-arc Becken Komponente mit flachem SEE-Muster und einem hohen initialen eNd Wert von mindestens +8.5, und (3) eine Inselbogen-Komponente aus einer verarmten Mantelquelle, welche durch die abtauchende Platte geochemisch modifiziert wurde. Die geochemische Entstehung der ATCO Vulkanite lässt sich dann am besten durch eine Kombination aus Quellenkontamination, fraktionierte Kristallisation und Magmenmischung erklären. Geodynamisch gesehen entstand der ATCO sehr wahrscheinlich in einem intraozeanischen Inselbogen - back-arc System. Bei den untersuchten Plutoniten handelt es sich um ultramafische Kumulate (Wehrlite und Pyroxenite) sowie um gabbroische Plutonite (Olivin-Gabbros bis Diorite). Die geochemischen Charakteristika der mafischen Plutonite sind deutlich unterschiedlich zu denen der vulkanischen Gesteine, weshalb sie sehr wahrscheinlich ein späteres Entwicklungsstadium des ATCO repräsentieren. Die Spurenelement-Konzentrationen in den Klinopyroxenen der ultramafischen Kumulate sind extrem niedrig, mit etwa 0.1- bis 1-fach chondritischen SEE-Konzentrationen und mit deutlich LSEE-verarmten Mustern ((La/Yb)c = 0.27 - 0.52). Berechnete Gleichgewichtsschmelzen der ultramafischen Kumulate zeigen grosse Ähnlichkeit zu primären boninitischen Schmelzen. Die primären Magmen waren daher boninitischer Zusammensetzung und entstanden in dem durch vorausgegangene Schmelzprozesse stark verarmten Mantelkeil über einer Subduktionszone. Niedrige Spurenelement-Konzentrationen zeigen einen geringen Einfluss der abtauchenden Platte an. Die Spurenelement-Konzentrationen der Gabbros sind ebenfalls niedrig, mit etwa 0.5 - 10-fach chondritischen SEE-Konzentrationen und mit variablen SEE-Mustern ((La/Yb)c = 0.25 - 2.6). Analog zu den Vulkaniten der IA-Gruppe haben alle Gabbros eine negative Nb-Anomalie mit Nb/La = 0.01 - 0.31. Die initialen eNd Werte der Gabbros variieren zwischen +4.8 und +7.1, mit einem Mittelwert von +5.9, und sind damit identisch mit denen der IA-Vulkanite. Bei den untersuchten Mantelgesteinen handelt es sich um teilweise serpentinisierte Dunite und Harzburgite, die alle durch hohe Mg/Si- und niedrige Al/Si-Verhältnisse gekennzeichnet sind. Dies zeigt einen refraktären Charakter an und steht in guter Übereinstimmung mit den hohen Cr-Zahlen (Cr#) der Spinelle (bis zu Cr# = 0.83), auf deren Basis der Aufschmelzgrad der residuellen Mantelgesteine berechnet wurde. Dieser beträgt etwa 25 %. Die geochemische Zusammensetzung und die petrologischen Daten der Ultramafite und Gabbros lassen sich am besten erklären, wenn man für die Entstehung dieser Gesteine einen zweistufigen Prozess annimmt. In einer ersten Stufe entstanden die ultramafischen Kumulate unter hohem Druck in einer Magmenkammer an der Krustenbasis, hauptsächlich durch Klinopyroxen-Fraktionierung. Bei dieser Magmenkammer handelte es sich um ein offenes System, dem von unten laufend neue Schmelze zugeführt wurde, und aus dem im oberen Bereich evolviertere Schmelzen geringerer Dichte entwichen. Diese evolvierten Schmelzen stiegen in flachere krustale Bereiche auf und bildeten dort meist isolierte Intrusionskörper. Diese Intrusionskörper erstarrten ohne Magmen-Nachschub, weshalb petrographisch sehr unterschiedliche Gesteine entstehen konnten. Eine geochemische Modifikation der abkühlenden Schmelzen erfolgte allerdings durch die Assimilation von Nebengestein. Da innerhalb der Gabbros keine signifikante Variation der initalen eNd Werte existiert, handelte es sich bei dem assimilierten Material hauptsächlich um vulkanische Gesteine des ATCO und nicht um ältere, möglicherweise kontinentale Kruste.