Rhodoliths (Corallinales, Rhodophyta)as a Biosedimentary System in Arctic Environments(Svalbard Archipelago, Norway)

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2013-03-28
Issue Year
2013
Authors
Teichert, Sebastian
Editor
Abstract

Polar coralline algae (Corallinales, Rhodophyta) that form rhodoliths have received little attention concerning their potential as carbonate factories. This study is the first attempt to quantify the carbonate production by rhodolith beds from four settings along the coast of Svalbard, situated at different latitudes, as well as to assess their environmental controls and their role as autogenic ecosystem engineers sensu Jones et al. (1994), meaning that they create habitats by modifying themselves. The settings in order from south to north are Floskjeret (78°18’N), Krossfjorden (79°08’N), Mosselbukta (79°53’N), and Nordkappbukta (80°31’N), featuring the northernmost rhodolith communities currently known. That far beyond the polar circle, the perennial algae must be adapted to extreme seasonal variations in light regime (c. 4 months of winter darkness), temperature, salinity, and sea ice coverage. During the MSM 02/03 expedition of RV Maria S. Merian in 2006, the rhodolith communities and their environment were investigated using multibeam swath bathymetry, CTD measurements, recordings of the photosynthetic active radiation, determinations of the water chemistry, seabed imaging and targeted sampling by means of the manned submersible JAGO, as well as benthic organism collections with a dredge. The carbonate production of the rhodoliths was calculated from fuchsine stained annual rhodolith growth increments and the density of the protuberances in the rhodolith beds. The results were verified using statistical methods and Mg/Ca ratio EDX-measurements. The rhodolith communities are mainly composed of Lithothamnion glaciale Kjellman, 1883, with a lesser amount of Phymatolithon tenue (Rosenvinge) Düwel & Wegeberg, 1996. Most rhodoliths are monospecific, consisting either of L. glaciale or P. tenue. The rhodolith shape and size varies considerably among the particular sites in relation to the colonised lithoclasts. Rhodoliths occur between 47 and 27 m water depth, while coralline algal crusts on lithoclastic cobbles appear as deep as 77 m water depth. They display a patchy distribution and different stages of development, ranging from initial crusts to well developed rhodoliths. The carbonate production rates range from 100.9 g m-2 yr-1 at Nordkappbukta to 200.3 g m-2 yr-1 at Floskjeret, and significantly depend on the degree of latitude. The study shows that polar rhodoliths are important carbonate producers and ecosystem engineers, and are much more widespread in Arctic waters than previously thought. At each site, the ambient waters are saturated with respect to both aragonite and calcite, and the rhodolith beds are generally located at dysphotic depths (<1% surface illumination). The rhodolithassociated macrobenthic fauna features prominent grazers like chitons and sea urchins, which keep the coralline algae free from epiphytes. Overall, L. glaciale and P. tenue are well adapted to the extreme environment of the Arctic. The results of this study provide a better understanding of the relationships between rhodolith communities, their environment, and their susceptibility to climate change.

Abstract

Polare, coralline Rotalgen (Corallinales, Rhodophyta), die Rhodolithe bilden, haben bislang wenig Aufmerksamkeit in Bezug auf ihr Potential als Ökosystem-Bildner und als Karbonatfabriken erhalten. Diese Studie ist der erste Versuch, sowohl die Karbonatproduktion durch Rhodolithvorkommen vier verschiedener Lokalitäten von unterschiedlichen Breitengraden vor der Küste Svalbards zu quantifizieren. Sie zielt auch darauf ab, ihre Abhängigkeiten von Umweltfaktoren und ihre Rolle als autogene Ökosystem-Bildner sensu Jones et al. (1994; d.h. sie erzeugen Habitate indem sie sich selbst modifizieren) zu beurteilen. Die Lokalitäten von Nord nach Süd sind Floskjeret (78°18‘N), Krossfjorden (79°08‘N), Mosselbukta (79°53‘N) und Nordkappbukta (80°31N), wo das bislang nördlichste Rhodolithvorkommen entdeckt wurde. So weit jenseits des Polarkreises müssen die mehrjährigen Algen an die extreme Saisonalität des Lichtklimas (ca. 4 Monate Polarnacht), der Temperatur, der Salinität und der Eisbedeckung angepasst sein. Im Verlauf der MSM 02/03 Expedition der RV Maria S. Merian im Jahr 2006 wurden die Rhodolithgemeinschaften und ihre Umwelt mit einem Multibeam-Fächerecholot, CTD-Messungen, Messungen der photosynthetisch wirksamen Strahlung, Bestimmungen des Wasserchemismus, der Dokumentation und gezielten Beprobung des Meeresbodens mit dem bemannten Tauchboot JAGO, sowie durch die Sammlung benthischer Organismen mit einer Dredge erforscht. Die Karbonatproduktion der Rhodolithe wurde durch die Auszählung Fuchsin-gefärbter Rhodolith-Wachstumsinkremente in Kombination mit der Dichte der Protuberanzen in den Rhodolithakkumulationen berechnet. Die Ergebnisse wurden durch statistische Methoden und EDX-Messungen der Mg/Ca-Ratio verifiziert. Die Rhodolithgemeinschaften werden hauptsächlich von Lithothamnion glaciale Kjellman, 1883 und zu einem geringeren Prozentsatz von Phymatolithon tenue (Rosenvinge) Düwel & Wegeberg, 1996 gebildet. Die meisten Rhodolithe sind monospezifisch und bestehen entweder aus L. glaciale oder P. tenue. Die Form und Größe der Rhodolithe variiert stark zwischen den einzelnen Lokationen und ist abhängig von den besiedelten Lithoklasten. Rhodolithe kommen zwischen 27 und 47 m Wassertiefe vor, während Krusten coralliner Rotalgen auf Lithoklasten bis in 77 m Wassertiefe zu finden sind. Sie zeigen eine fleckenhafte Verteilung und unterschiedliche Entwicklungsstufen, angefangen von initialen Krustenstadien bis hin zu gut entwickelten Rhodolithen. Die Karbonatproduktion reicht von 100,9 g m-2 a-1 in Nordkappbukta bis zu 200,3 g m-2 a-1 in Floskjeret und hängt stark vom jeweiligen Breitengrad ab. Die Studie zeigt, dass polare Rhodolithe wichtige Karbonatproduzenten und Ökosystem-Ingenieure sind, deren Verbreitung in arktischen Gewässern bislang unterschätzt wurde. Das Wasser jeder Lokalität ist gesättigt mit Kalzit und Aragonit und die Rhodolithakkumulationen befinden sich hauptsächlich in der dysphotischen Zone (<1% der Oberflächen-Lichtmenge). Die makrobenthische Begleitfauna enthält bekannte Weidegänger wie Käferschnecken und Seeigel, welche die Rhodolithen frei von Epiphyten halten. Insgesamt sind L. glaciale und P. tenue sehr gut an die extremen Umweltbedingungen der Arktis angepasst. Die Ergebnisse dieser Studie tragen zu einem besseren Verständis der Beziehungen zwischen Rhodolithgemeinschaften, ihrer Umwelt und ihrer Anfälligkeit für klimatische Veränderungen bei.

DOI
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