Biomass and bioturbation in surface sediments of the Arctic Ocean

Little is known about the benthic communities of the Arctic Ocean's slope and abyssal plains. Here we report on benthic data collected from box cores along a transect from Alaska to the Barents Abyssal Plain during the Arctic Ocean Section of 1994. We determined: (1) density and biomass of the polychaetes, foraminifera and total infauna; (2) concentrations of potential sources of food (pigment concentration and percent organic carbon) in the sediments; (3) surficial particle mixing depths and rates using downcore 210Pb profiles; and (4) surficial porewater irrigation using NaBr as an inert tracer. Metazoan density and biomass vary by almost three orders of magnitude from the shelf to the deep basins (e.g. 47 403 individuals m**-2 on the Chukchi Shelf to 95 individuals m**-2 in the Barents Abyssal Plain). Water depth is the primary determinant of infaunal density, explaining 39% of the total variability. Potential food concentration varies by almost two orders of magnitude during the late summer season (e.g. the phaeopigment concentration integrated to 10 cm varies from 36.16 mg m**-2 on the Chukchi Shelf to 0.94 mg m**-2 in the Siberia Abyssal Plain) but is not significantly correlated with density or biomass of the metazoa. Most stations show evidence of particle mixing, with mixing limited to <=3 cm below the sediment-water interface, and enhanced pore water irrigation occurs at seven of the nine stations examined. Particle mixing depths may be related to metazoan biomass, while enhanced pore water irrigation (beyond what is expected from diffusion alone) appears to be related to total phaeopigment concentration. The data presented here indicate that Arctic benthic ecosystems are quite variable, but all stations sampled contained infauna and most stations had indications of active processing of the sediment by the associated infauna.

Stable isotope ratios and foraminiferal abundance of sediment cores from the Western Iberian Margin

Rapid climate changes at the onset of the last deglaciation and during Heinrich Event H4 were studied in detail at IMAGES cores MD95-2039 and MD95-2040 from the Western Iberian margin. A major reorganisation of surface water hydrography, benthic foraminiferal community structure, and deepwater isotopic composition commenced already 540 years before the Last Isotopic Maximum (LIM) at 17.43 cal. ka and within 670 years affected all environments. Changes were initiated by meltwater spill in the Nordic Seas and northern North Atlantic that commenced 100 years before concomitant changes were felt off western Iberia. Benthic foraminiferal associations record the drawdown of deepwater oxygenation during meltwater and subsequent Heinrich Events H1 and H4 with a bloom of dysoxic species. At a water depth of 3380 m, benthic oxygen isotopes depict the influence of brines from sea ice formation during ice-rafting pulses and meltwater spill. The brines conceivably were a source of ventilation and provided oxygen to the deeper water masses. Some if not most of the lower deep water came from the South Atlantic. Benthic foraminiferal assemblages display a multi-centennial, approximately 300-year periodicity of oxygen supply at 2470-m water depth. This pattern suggests a probable influence of atmospheric oscillations on the thermohaline convection with frequencies similar to Holocene climate variations. For Heinrich Events H1 and H4, response times of surface water properties off western Iberia to meltwater injection to the Nordic Seas were extremely short, in the range of a few decades only. The ensuing reduction of deepwater ventilation commenced within 500-600 years after the first onset of meltwater spill. These fast temporal responses lend credence to numerical simulations that indicate ocean-climate responses on similar and even faster time scales.

Stable isotope record and distribution of foraminifera in sediment core GeoB3004-1

Fluctuations in the abundance of selected foraminiferal indicator species and diversity allowed the reconstruction of changes in deepwater oxygenation and monsoon-driven organic matter fluxes in the deep western Arabian Sea during the last 190 kyr. Times of maximum surface production coincide with periods of intensified SW monsoon as shown by the abundance of Globigerina bulloides and enhanced carbonate corrosion. Benthic ecosystem variability in the deep Arabian Sea is not exclusively driven by variations in monsoonal upwelling and related organic matter supply to the seafloor but also by changes in deepwater ventilation. Deepening of the base of the oxygen minimum zone (OMZ) below 1800 m water depth is strongly coherent on the precessional band but lags proxies of SW monsoon strength by 4 to 6 kyr. The "out-of-phase" relationship between OMZ deepening and maximum SW monsoon strength is explained by temporal changes in the advection of oxygen-rich deepwater masses of North Atlantic and Antarctic origin. This process affected the remineralization and burial efficiency of organic matter in the deep Arabian Sea, resulting in the observed phase lag between maximum monsoon strength and organic carbon preservation.

Ecological investigations in the wadden area off Borkum, East Frisian Islands, Germany

Die Bodentiergemeinschaft des Wattenmeeres ist von Frühjahr bis Herbst eines jeden Jahres durch extrem hohe Dichten von Jungtieren charakterisiert. Die Kenntnisse über die Ansiedlung von fplanktischen Larven im Wattenmeer, sowie die Dynamik postlarvaler Stadien sind aufgrund der üblicherweise verwendeten, großen Siebmaschenweiten gering. Gerade aber diesen Altersstadien kommt möglicherweise eine besondere Stellung im Energiefluß des Wattenmeeres zu. An 5 Stationen (von NWL bis HWL, B1-B5) im Rückseitenwatt der ostfriesischen Insel Borkum wurden 1986 Ansiedlung, räumliche Verteilung, Wachstum, Mortalität und Produktion der Altersklasse 0 von Macoma balthica, Mya arenaria und Cerastoderma edule untersucht. Um die Ansiedlung der planktotrophen Larven dieser Arten zu beschreiben, wurden ihre Dichten in Plankton und Bodenproben miteinander verglichen. Die Untersuchungen zur Dynamik der benthischen Stadien wurden mit zwei in der Probenfläche und der Siebmaschenweite unterschiedlichen Probenserien durchgeführt. Die Drift postlarvaler Stadien wurde durch bodennahe Planktonfänge innerhalb des Eulitorals nachgewiesen. Parallel zu den Untersuchungen an der Endofauna wurden das Vorkommen und die Größe epibenthischer Räuber im Untersuchungsgebiet erfaßt. Die Hauptansiedlung von M. balthica- und M. arenaria-Larven erfolgte nahezu gleichzeitig Ende Mai/Anfang Juni. Die meisten Larven beider Arten gingen an der prielnächsten (tiefsten) Station (B1) zum Bodenleben über, gefolgt von der nächst höher gelegenen Station B2. Während frühe Bodenstadien von M. arenaria nicht im oberen Bereich des Watts (B3,B4) gefunden wurden, ist eine geringfügige Erstansiedlung von M. balthica in diesem Gebiet nicht auszuschließen. Ein die Ansiedlung limitierender Einfluß der relativ dichten Mya arenaria-Siedlung an den Stationen B1 und B2 sowie der Alttiere von M. balthica konnte nicht festgestellt werden. Die Ähnlichkeit des Ansiedlungsprozesses bei beiden Arten, die sich im Zahlenverhältnis Larvenangebot zu Anzahl der ersten Bodenstadien widerspiegelt, kann ein Hinweis auf eine überwiegend passive Ansiedlung der Larven am Boden sein. Der Ort der Hauptansiedlung von C. edule wurde durch den Transekt nicht erfaßt. Die Station B2 war zwar durch ein Herzmuschelfeld charakterisiert, dieses war aber nach zwei Eiswintern nahezu vollständig eliminiert. Der Abundanz der planktischen Larven zufolge war der Hauptansiedlungszeitraum ebenfalls Ende Mai/Anfang Juni. Zu dieser Zeit wurden nur vereinzelt frühe Bodenstadien an den Stationen B1 und B2 gefunden, keine an den Stationen B3 und B4. Während die frühen postlarvalen Stadien von M. arenaria überwiegend am Ort der Ansiedlung blieben, verbreiteten sich die von M. balthica bis in den oberen Bereich des Untersuchungsgebietes (B3-B5). Analog zu der Besiedlung dieser Gebiete durch postlarvale M. balthica wurde die im Verlauf des Untersuchungsjahres stattfindende Kolonisierung der Station B1 durch C. edule ebenfalls postlarvalem Transport zugeschrieben. Demzufolge spielt bei beiden Muschelarten postlarvaler Transport eine wichtige Rolle bei der Besiedlung von Habitaten. Planktonfänge innerhalb der bodennahen Wasserschicht bestätigten, daß im Untersuchungsgebiet M. balthica die am stärksten verdriftende Muschelart war, gefolgt von C. edule. Mortalität, Wachstum, mittlere Biomasse, Produktion und P/B-Verhältnis wurden für M. balthica an den Stationen B1, B3 und B4 sowie für M. arenaria an der Station B1 bestimmt. Wachstum und damit auch Produktion beider Arten erwiesen sich hier - wie an den höher gelegen Stationen (nur M. balthica) - als durch größenselektiven Feinddruck beeinflußt. Der Effekt postlarvalen Transports auf Wachstum wird diskutiert. Übergreifend über die auf Artebene diskutierten Ergebnisse wird die Bedeutung der Dispersion postlarvaler Stadien und die Wirkung epibenthischen Feinddrucks im Wattenmeer erörtert. Der Vergleich postlarvalen Transportes mit der Dispersion planktischer Larvenstadien, der Dispersion von Meiofauna und der Mobilität adulter Stadien der Makrofauna verdeutlicht, daß es sich hierbei um eine Strategie handeln kann, innerhalb eines unvorhersagbaren Biotops freiwerdende Ressourcen zu nutzen und dadurch Konkurrenz zu vermeiden. Es wird die Hypothese aufgestellt, daß Initialansiedlung und Immigration einerseits sowie Feinddruck und Emigration andererseits einen Regelkreis darstellen, der in verschiedenen Teilbereichen des Watts mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abläuft.

Stable oxygen isotope record and relative abundances of planktonic foraminifera of ODP Hole 117-728A

High resolution stratigraphy based on oxygen isotope ratios of the planktonic foraminifers Neogloboquadrina dutertrei (d'Orbigny), Globigeriniodes ruber (d'Orbigny), and Globigerina bulloides (d'Orbigny), magnetic susceptibility, and calcium carbonate content covers the sedimentary record of ODP Hole 728A drilled on the Oman Margin from approximately 10 k.y. to 525 k.y., comprising isotopic stages 1-13. Below stage 13 isotopic stage boundaries cannot be defined with certainty in our data. Sediment accumulation rates were calculated from the isotopic record of N. dutertrei by matching it with the age model SPECMAP curve. During the glacial periods sediment accumulation rates were higher than during the interglacial periods, reflecting increased input from the shelf during low-stands of sea level and increased eolian input. Periodograms for the past 524 k.y. on oxygen isotope records of N. dutertrei, G. ruber, and G. bulloides, on calcium carbonate content, magnetic susceptibility, and on a foraminiferal fragmentation record show powers matching the Milankovitch periodicities. High powers are concentrated around 103 k.y. In the spectra of oxygen isotope ratios of N. dutertrei, magnetic susceptibility, and foraminiferal fragmentation these are significant at the 80% confidence level with respect to a first order autoregressive model. Power concentrations near 43 k.y., matching obliquity, are present but subdued in all spectra. Power concentrations near 23 k.y., matching precession, are significant in the spectra of the oxygen isotope record of N. dutertrei, magnetic susceptibility, and calcium carbonate content record. Fragmentation of planktonic foraminifers increased during the interglacial periods. This is attributed to dissolution of the tests in an expanded oxygen minimum zone (OMZ), where undersaturation of calcium carbonate is caused by enhanced production in the euphotic zone, which would suggest stronger monsoonal induced upwelling during interglacial periods. Extension of the OMZ could also be increased by outflow of low oxygen marginal basin bottom water.