Oceanic intraplate volcanoes exposed: Example from seamounts accreted in Panama

Two Paleogene ocean islands are exposed in the Azuero Peninsula, west Panama, within sequences accreted in the early-Middle Eocene. A multidisciplinary approach involving litho-logic mapping, paleontological age determinations, and petrological study allows reconstruction of the stratigraphy and magmatic evolution of one of these intraplate oceanic volcanoes. From base to top, the volcano's structure comprises submarine basaltic lava flows locally interlayered with hemipelagic sediments, basaltic breccias, shallow-water limestones, and subaerial basaltic lava. Gabbros and basaltic dikes were emplaced along a rift zone of the island. Geochemical trends of basaltic lavas include decreased Mg# {[Mg/(Mg + Fe)] * 100} and, with time, increased incompatible element contents thought to be representative of many poorly documented intraplate volcanoes in the Pacific. Our results show that, in addition to deep drilling, the roots of oceanic islands can be explored through studies of accreted and subaerially exhumed oceanic sequences.

Der Einfluss von Seamounts auf die klein- und mesoskalige Verteilung des Phytoplanktons im zentralen, subtropischen Nordostatlantik

Thema dieser Arbeit war die Beschreibung des Einflusses von Seamounts auf die Verteilung und Zusammensetzung von Phytoplanktonpopulationen. Dazu wurden exemplarisch zwei verschiedene Seamounts während zweier multidisziplinärer Expeditionen im subtropischen Nordostatlantik ausgewählt. Diese waren der Ampere Seamount (35°05’N 012°55‘W) und die Große Meteorbank (30°00’N 028°30‘W). I. Der Ampere Seamount wurde vom 29.04.-09.05.1996 während der Forschungsreise POS 218 mit FS „Poseidon“ besucht. Dort wurde versucht, ausgehend von einer zentralen Position, entlang radialer Schnitte über den Seamount dessen Einfluss auf die Verteilung des Phytoplanktons zu erfassen. Durch direkte Messung bzw. Beprobung der Wassersäule war eine Charakterisierung der abiotischen Umweltparameter Temperatur, Salzgehalt, potentielle Dichte, gelöster Sauerstoff, Nährsalze und Lichttiefe möglich. Weiterhin wurden der Phytoplanktonbestand und die Zusammensetzung der Phytoplanktonpopulation anhand mehrerer Untersuchungsmethoden beschrieben. Diese waren Bestimmungen von partikulärem organischem Kohlenstoff und Stickstoff, Chlorophyll a-Messungen, HPLC-Pigmentanalysen, mikroskopische Zählungen sowie die Bestimmung von gesamter und größenfraktionierter Primärproduktion. Zwei exemplarische Schnitte in Nord-Süd- bzw. West-Ost-Ausrichtung wurden ausgewählt. Die Ergebnisse zeigten deutlich einen Einfluss des Seamounts auf die abiotischen Umweltparameter. So ließ sich ein Anstieg der Isopyknen um etwa 20-30 m über dem Gipfelbereich feststellen im Vergleich zu Stationen, welche weiter entfernt vom Gipfel waren. Nährsalze waren im Allgemeinen an der Oberfläche nur in sehr geringen Konzentrationen nachzuweisen. Ein deutlicher Konzentrationsanstieg erfolgte ab einer Tiefe von etwa 75 m. Eine Ausnahme stellte die Südflanke des Seamounts dar, wo etwas höhere Nährsalzkonzentrationen schon ab Wassertiefen von etwa 30 m festgestellt wurden. Dies kann vermutlich auf die hydrografischen Bedingungen an dieser Stelle zurückgeführt werden. Erste, vorläufige Modellberechnungen lassen auf einen Einfluss eines starken Einschnitts an der sehr steilen Südflanke des Seamounts auf eine Strömung schließen, welche kälteres, nährsalzreicheres Tiefenwasser nach oben bringt. Auch bei der Verteilung der biotischen Variablen machte sich der Einfluss dieser Strömung bemerkbar. Die POC-Konzentrationen lagen im Mittel bei etwa 75.5 μg/l mit einem Tiefenmaximum bei ca. 80 m. An der Südflanke wiederum zeigte sich eine heterogene Verteilung der POC-Konzentration ohne deutlich ausgebildetes Maximum. Ein deutlich ausgebildetes Tiefenchlorophyllmaximum (TCM) wurde unterhalb der Dichtesprungschicht in Wassertiefen zwischen 50 und 100 m beobachtet, wie es allgemein für subtropische Meeresgebiete typisch ist. Auch das TCM zeichnete sich durch einen Anstieg um ca. 25 m im Gipfelbereich aus. Weiterhin war auffällig, dass das Chl a- und das Nitritmaximum in der gleichen Tiefe lagen. Dies könnte evtl. durch erhöhte Fraßaktivitäten und nachfolgende Anhäufung von Exkretionsprodukten des Zooplanktons erklärt werden, wie schon bei anderen Seamounts nachgewiesen wurde. Die Primärproduktion erreichte Werte, wie sie für diese Meeresregion schon früher bestimmt wurden. Auffällig war bei der fraktionierten Produktionsmessung die Dominanz von Pico- und Nanoplankton. Ein etwas höherer Anteil von Mikrophytoplankton an einigen Stationen könnte mit dem Auftrieb von etwas nährsalzreicherem Wasser an der Südseite des Ampere Seamounts zusammenhängen. Die Pigmentanalysen zeigten, dass die Phytoplanktonpopulation von Picoplanktongruppen bestimmt war. Diese waren in erster Linie Cyanophyceen und Prochlorophyceen, welche bis zur Tiefe des TCM vorherrschten. Unterhalb des TCM nahm der Anteil dieser beiden Gruppen ab, während Chrysophyceen, Chlorophyceen und Prymnesiophyceen zunahmen. Die Gruppen des Mikroplanktons, Dinophyceen und Bacillariophyceen, spielten nur eine untergeordnete Rolle. II. Die Große Meteorbank wurde vom 25.08.-23.09.1998 während der Forschungsreise M 42/3 mit FS „Meteor“ besucht. Auch dort wurde versucht, entlang verschiedener Schnitte über den Seamount dessen Einfluss auf die Verteilung des Phytoplanktons zu erfassen. Ausser den schon beim Ampere Seamount beschriebenen Messungen und Beprobungen zur Erfassung der abiotischen Umweltparameter und biotischen Variablen bzw. des Phytoplanktonbestands und der Zusammensetzung der Phytoplanktonpopulation wurden noch Zählungen des Picoplanktons anhand der Durchflusszytometrie sowie rasterelektronenmikroskopische Beobachtung und Auszählung der Coccolithophoridenflora (Prymnesiophyceae) durchgeführt. An der Großen Meteorbank wurden keine Bestimmungen der Primärproduktion gemacht. Zwei exemplarische Schnitte in Nord-Süd- bzw. West-Ost-Ausrichtung wurden ausgewählt. Die Ergebnisse zeigten auch bei diesem Seamount einen deutlichen Einfluss auf die abiotischen Umweltparameter. Ein Anstieg der Isopyknen um 30 m konnte über dem Bankplateau nachgewiesen werden. Als herausragendes Merkmal war hier eine ringförmige Vertiefung der durchmischten Schicht über den Flanken zu verzeichnen, was zu einer Isolierung der Wassermassen innerhalb dieser Ringstruktur führte. Dies spiegelte sich in der Verteilung der meisten untersuchten Parameter wider. So folgten ein Großteil der biogeochemischen Variablen wie die Nährsalze und der Chlorophyll a-Gehalt dem Aufwölben der Isopyknen. Die Nährsalze waren, wie schon beim Ampere Seamount, in den Oberflächenschichten fast vollständig erschöpft. Ein deutlicher Konzentrationsanstieg war erst ab Tiefen zwischen 100 und 125 m zu verzeichnen. Dies könnte zum einen durch eine stabilere Schichtung der Wassersäule und zum anderen durch die ausgeprägte Isolierung der Wassermassen über dem Plateau erklärt werden. Die mittleren Konzentrationen von partikulärem organischem Kohlenstoff (50.7 μg/l), Stickstoff (9.8 μg/l), des Phytoplanktonkohlenstoffs (0.6 μg/l) und des Chlorophyll a (0.06 μg/l) lagen an der Großen Meteorbank unterhalb der am Ampere Seamount festgestellten Werte. Dies könnte ebenfalls auf die zuvor erwähnte Schichtung und Isolierung zurückgeführt werden. Das Tiefenchlorophyllmaximum war zwischen 75 und 125 m gemessen worden. Deutlich war hier der Einfluss der hydrografischen Bedingungen über dem Bankplateau auf das Verteilungsmuster des Chlorophyll a-Gehaltes zu sehen, insbesondere die geringen Chlorophyll a-Gehalte über den Flanken. Dies kann auf die Isolierung der Wassermasse über dem Plateau zurückgeführt werden. Noch klarer als am Ampere Seamount war an der Großen Meteorbank die Dominanz von Pico- und Nanoplankton anhand der Pigmentanalysen zu erkennen. So erreichte der mittlere Anteil der Prochlorophyceen bis zu 75 % der Phytoplanktonpopulation. Diese Ergebnisse wurden durch die Untersuchungen mit Hilfe der Durchflusszytometrie bestätigt. So überwogen in den Oberflächenschichten zunächst Zellen der Gattung Synechococcus. Diese wurden mit zunehmender Tiefe durch Prochlorococcus ersetzt. Einen zahlenmäßig geringeren Anteil erreichten eukaryotische Picoplanktonzellen. In Biomasse umgerechnet überwog diese letzte Gruppe die beiden vorherigen allerdings. Dies ist auf die größeren Zellen der Picoeukaryoten zurückzuführen und konnte auch durch die höheren Zahlen der kleineren Zellen nicht kompensiert werden. An der Großen Meteorbank wurde eine erwartungsgemäß hohe Diversität von Coccolithophoriden gefunden. In den beiden untersuchten Tiefenhorizonten (100 und 200 m) zeigte sich bei 100 m die höhere Artenvielfalt und Abundanz, während bei 200 m nur noch wenige unversehrte Zellen gefunden wurden. Dies könnte mit Wegfraß durch Zooplanktonorganismen erklärt werden. Weiterhin reichte die mittlere euphotische Zone (0.1 % Lichttiefe) nur bis etwa 130 m, sodass nicht mehr genügend Licht für die Photosynthese zur Verfügung stand. Die Dominanz von Pico- und Nanoplankton ist allgemein aus oligotrophen Meeresgebieten, um welche es sich auch bei dieser Untersuchung handelte, bekannt und wird mit Anpassungen an die etwas höheren Nährsalzkonzentrationen in größeren Tiefen und die gleichzeitig verringerten Lichtintensitäten erklärt. Im Gegensatz zu einigen anderen Untersuchungen konnte an beiden Seamounts keine Erhöhung der Biomasse festgestellt werden. Auch die Primärproduktion, die nur am Ampere Seamount gemessen wurde, war nicht erhöht. Die dargestellten Ergebnisse lassen dennoch für beide untersuchten Seamounts auf ein getrenntes Ökosystem schließen. An der Großen Meteorbank wird dies insbesondere durch die Isolierung von Wassermassen und den darin enthaltenen Planktonorganismen über dem Bankplateau deutlich.

Extensive Rhodolith Beds Cover the Summits of Southwestern Atlantic Ocean Seamounts

Calcium carbonate production by marine organisms is an essential process in the global budget of CO32-, and coralline reefs are the most important benthic carbonate producers. Crustose coralline algae (CCA) are well recognized as the most important carbonate builders in the tropical Brazilian continental shelf, forming structural reefs and extensive rhodolith beds. However, the distribution of CCA beds, as well as their role in CO32- mineralization in mesophotic communities and isolated carbonate banks, is still poorly known. To characterize the bottom features of several seamount summits in the Southwestern Atlantic (SWA), side-scan sonar records, remotely operated vehicle imagery, and benthic samples with mixed-gas scuba diving were acquired during two recent research cruises (March 2009 and February 2011). The tops of several seamounts within this region are relatively shallow (similar to 60 m), flat, and dominated by rhodolith beds (Vitoria, Almirante Saldanha, Davis, and Jaseur seamounts, as well as the Trindade Island shelf). On the basis of abundance, dimensions, vitality, and growth rates of CCA nodules, a mean CaCO3 production was estimated, ranging from 0.4 to 1.8 kg m(-2) y(-1) with a total production reaching 1.5 x 10(-3) Gt y(-1). Our results indicate that these SWA seamount summits provide extensive areas of shallow reef area and represent 0.3% of the world's carbonate banks. The importance of this habitat has been highly neglected, and immediate management needs must be fulfilled in the short term to ensure long-term persistence of the ecosystem services provided by these offshore carbonate realms.

Is there a seamount effect on microbial community structure and biomass?: the case study of Seine and Sedlo seamounts (Northeast Atlantic)

[EN] Seamounts are considered to be ??hotspots?? of marine life but, their role in oceans primary productivity is still under discussion. We have studied the microbial community structure and biomass of the epipelagic zone (0?150 m) at two northeast Atlantic seamounts (Seine and Sedlo) and compared those with the surrounding ocean. Results from two cruises to Sedlo and three to Seine are presented. Main results show large temporal and spatial microbial community variability on both seamounts. Both Seine and Sedlo heterotrophic community (abundance and biomass) dominate during winter and summer months, representing 75% (Sedlo, July) to 86% (Seine, November) of the total plankton biomass. In Seine, during springtime the contribution to total plankton biomass is similar (47% autotrophic and 53% heterotrophic). Both seamounts present an autotrophic community structure dominated by small cells (nano and picophytoplankton). It is also during spring that a relatively important contribution (26%) of large cells to total autotrophic biomass is found. In some cases, a ??seamount effect?? is observed on Seine and Sedlo microbial community structure and biomass. In Seine this is only observed during spring through enhancement of large autotrophic cells at the summit and seamount stations. In Sedlo, and despite the observed low biomasses, some clear peaks of picoplankton at the summit or at stations within the seamount area are also observed during summer. Our results suggest that the dominance of heterotrophs is presumably related to the trapping effect of organic matter by seamounts. Nevertheless, the complex circulation around both seamounts with the presence of different sources of mesoscale variability (e.g. presence of meddies, intrusion of African upwelling water) may have contributed to the different patterns of distribution, abundances and also changes observed in the microbial community.

Precious Corals (Coralliidae) from North-Western Atlantic Seamounts

Two new species belonging to the precious coral genus Corallium were collected during a series of exploratory cruises to the New England and Corner Rise Seamounts in 2003-2005. One red species, Corallium bathyrubrum sp. nov., and one white species, C. bayeri sp. nov., are described. Corallium bathyrubrum is the first red Corallium to be reported from the western Atlantic. An additional species, C. niobe Bayer, 1964 originally described from the Straits of Florida, was also collected and its description augmented.

Anthropogenic Impacts on the Corner Rise Seamounts, North-West Atlantic Ocean

Here we report the first direct underwater observations of extensive human-caused impacts on two remote seamounts in the Corner Rise complex (north-western Atlantic). This note documents evidence of anthropogenic damage on the summits of Kukenthal peak (on Corner Seamount) and Yakutat Scamount, likely resulting from a limited Russian fishery from the mid- 1970s to the mid-1990s, highlighting how bottom trawling can have long-term detrimental effects oil deep-water benthic fauna.

(Table S1) Age determination of Emperor Seamounts basement

The Hawaiian-Emperor hotspot track has a prominent bend, which has served as the basis for the theory that the Hawaiian hotspot, fixed in the deep mantle, traced a change in plate motion. However, paleomagnetic and radiometric age data from samples recovered by ocean drilling define an age-progressive paleolatitude history, indicating that the Emperor Seamount trend was principally formed by the rapid motion (over 40 millimeters per year) of the Hawaiian hotspot plume during Late Cretaceous to early-Tertiary times (81 to 47 million years ago). Evidence for motion of the Hawaiian plume affects models of mantle convection and plate tectonics, changing our understanding of terrestrial dynamics.

Lists of seamounts and knolls in different formats

Seamounts and knolls are 'undersea mountains', the former rising more than 1000 m from the sea floor. These features provide important habitats for aquatic predators, demersal deep-sea fish and benthic invertebrates. However most seamounts have not been surveyed and their numbers and locations are not well known. Previous efforts to locate and quantify seamounts have used relatively coarse bathymetry grids. Here we use global bathymetric data at 30 arc-second resolution to identify seamounts and knolls. We identify 33,452 seamounts and 138,412 knolls, representing the largest global set of identified seamounts and knolls to date. We compare estimated seamount numbers, locations, and depths with validation sets of seamount data from New Zealand and Azores. This comparison indicates the method we apply finds 94% of seamounts, but may overestimate seamount numbers along ridges and in areas where faulting and seafloor spreading creates highly complex topography. The seamounts and knolls identified herein are significantly geographically biased towards areas surveyed with ship-based soundings. As only 6.5% of the ocean floor has been surveyed with soundings it is likely that new seamounts will be uncovered as surveying improves. Seamount habitats constitute approximately 4.7% of the ocean floor, whilst knolls cover 16.3%. Regional distribution of these features is examined, and we find a disproportionate number of productive knolls, with a summit depth of <1.5 km, located in the Southern Ocean. Less than 2% of seamounts are within marine protected areas and the majority of these are located within exclusive economic zones with few on the High Seas. The database of seamounts and knolls resulting from this study will be a useful resource for researchers and conservation planners.

(Table 1) Age of Cretaceous seamounts in the Western Pacific

Dynamics of the Pacific Plate is recorded in the systematic variation of location and the 40Ar-39Ar age of seamounts in the Western Pacific from 120 to 65 Ma ago. The seamounts are grouped into three linear zones as long as 5000 km. The seamounts become younger in the southeastern direction along the strike of these zones. Correlation between age and location of seamounts allows to divide the history of their formation into three stages. Rate of seamount growth was relatively low (2-4 cm/yr) during the first and the third stages within intervals of 120-90 and 85-65 Ma, whereas during the second stage (90-85 Ma), the seamounts were growing very fast (80-100 cm/yr). In the midst of this stage, at ~87 Ma ago, magmatic activity increased abruptly. Dynamics of seamount building is in good agreement with (1) pulses in development of the Ontong Java, Manihiki, and Caribbean-Colombian oceanic plateaus; (2) age of spreading acceleration in the mid-Cretaceous; and (3) a short period when the Izanagi Plate ceased to exist and the Kula Plate was formed. Variation in seamounts' age and location are in consistence with the hypothesis of diffuse extension of the Pacific Plate in course of its motion with formation of impaired zones of decompression melting. Direction of extension (325°-340° NW) calculated from the strike of seamount zones is consistent with the path of the Pacific Plate (330° NW) in the Late Cretaceous. Immense perioceanic volcanic belts were formed at that time along the margin of the Asian continent. The Okhotsk-Chukchi Peninsula Belt extends at a right angle to the compression vector. Three stages of this belt's evolution are synchronous with the stages of seamount formation in the Pacific Plate. Delay in origination of the East Sikhote-Alin Volcanic Belt and its different orientation were caused by counterclockwise rotation of the vector of convergence of oceanic and continental plates in the mid-Cretaceous. At the same time, i.e. 95-85 Ma ago, volcanic activity embraced the entire continental margin and tin granites were emplaced everywhere in the Eastern Asia. This short episode (90+/-5 Ma) corresponds to the mid-Cretaceous maximum of compression of the continental margin, and its age fits well a culmination in extension of the Pacific Plate.

(Table 3) Lanthanum and scandium contents in phosphorites from seamounts and submarine rises

Scandium and lanthanum were analyzed using neutron activation and ICP-MS methods in 60 samples of oceanic phosphorites of various composition and age recovered from continental margins and seamounts in the Atlantic and Pacific Oceans. In the samples studied scandium content ranges from 0.1 to 60 ppm, lanthanum content ranges from 0.4 to 513 ppm, and La/Sc ratio varies from 1.1 to 114. The lowest scandium content occurs in recent phosphorite nodules, intermediate - in Pleistocene phosphatic sand, and the highest - in ancient seamount phosphorites. Process of scandium accumulation in the phosphorites is mainly controlled by their specific surface area and duration of their contact with ocean water. Lanthanum concentrates in the phosphorites much more intensely than scandium. Correlation between scandium and lanthanum distribution is weak, and it appears only when average concentrations of these elements in various groups of samples are compared.

Major element and cadmium contents in phosphorites from Pacific seamounts

Cadmium contents in studied rocks from Pacific seamounts usually lower than both in biogenic-diagenetic shelf phosphorites and in pelagic sedimentatary-diagenetic Fe-Mn nodules. In general, the behavior of Cd in phosphorites, phosphatized rocks and iron-manganese-phosphate crusts from the seamounts shows that phosphorus, iron, and manganese are apparently of normal sedimentary origin.