Flott kalsittbelte - Great Calcite Belt
Den store Kalsitt Belt (GCB) av Southern Ocean er en region av forhøyet sommeren øvre hav kalsitt konsentrasjon avledet fra coccolithoforidene , til tross for det området som er kjent for sin diatom overvekt. Overlappingen av to store fytoplanktongrupper , kokolithoforer og kiselalger, i de dynamiske frontsystemene som er karakteristiske for denne regionen, gir en ideell setting for å studere miljøpåvirkning på fordelingen av forskjellige arter innenfor disse taksonomiske gruppene.
The Great Calcite Belt, definert som en forhøyet partikkelformet uorganisk karbon (PIC) -funksjon som forekommer sammen med sesongmessig forhøyet klorofyll a i australsk vår og sommer i Sørishavet, spiller en viktig rolle i klimasvingninger, og står for over 60% av Sørhavsområdet (30–60 ° S). Regionen mellom 30 ° og 50 ° S har det høyeste opptaket av antropogent karbondioksid (CO 2 ) sammen med Nord -Atlanteren og Nord -Stillehavet. Kunnskap om virkningen av samvirkende miljøpåvirkning på planteplanktonfordeling i Sørhavet er begrenset. For eksempel er det nødvendig med mer forståelse for hvordan lys og jern tilgjengelighet eller temperatur og pH samhandler for å kontrollere fytoplankton biogeografi . Derfor, hvis modellparameteriseringer skal forbedres for å gi nøyaktige spådommer om biogeokjemiske endringer, er det nødvendig med en multivariat forståelse av hele pakken med miljødrivere.
Bakgrunn
| Del av en serie om |
| Plankton |
|---|
 |
Sørhavet har ofte blitt betraktet som et mikroplanktondominert (20–200 µm) system med fytoplanktonblomstring dominert av store kiselalger og Phaeocystis sp. Siden identifiseringen av Great Calcite Belt (GCB) som en konsekvent egenskap og anerkjennelsen av picoplankton (<2 µm) og nanoplankton (2–20 µm) betydning i vann med høyt næringsstoff, lavt klorofyll (HNLC), har dynamikken til små (bio) mineraliserende plankton og deres eksport må erkjennes. De to dominerende biomineraliserende fytoplanktongruppene i GCB er kokolithoforer og kiselalger. Coccolithophores finnes vanligvis nord for polarfronten, selv om Emiliania huxleyi har blitt observert så langt sør som 58 ° S i Scotiahavet , ved 61 ° S over Drake Passage , og ved 65 ° S sør for Australia.
Diatomer er tilstede i hele GCB, med polarfronten som markerer et sterkt skille mellom forskjellige størrelsesfraksjoner. Nord for polarfronten finnes små diatoméarter, for eksempel Pseudo-nitzschia spp. og Thalassiosira spp., har en tendens til å dominere numerisk, mens store kiselalger med høyere krav til kiselsyre (f.eks. Fragilariopsis kerguelensis ) generelt er rikere sør for polarfronten. Det er også observert store mengder nanoplankton (coccolithophores, small diatoms, chrysophytes ) på den patagoniske sokkelen og i Scotiahavet . Foreløpig er det få studier som inneholder lite biomineraliserende planteplankton til artsnivå. Fokuset har heller ofte vært på de større og ikke -forkalkende artene i Sørishavet på grunn av prøvebevaringsproblemer (dvs. surgjort Lugols løsning oppløser kalsitt , og lysmikroskopi begrenser nøyaktig identifisering til celler> 10 µm. I sammenheng med klimaendringer og fremtidens økosystemfunksjon, er fordelingen av biomineraliserende planteplankton viktig å definere når man vurderer planteplanktoninteraksjoner med karbonatkjemi og havbiogeokjemi .
Det store kalsittbeltet strekker seg over de store sirkumpolære frontene i det sørlige hav: Subantarktisk front, polarfronten, den sørlige antarktiske sirkumpolare strømfronten, og noen ganger den sørlige grensen til den antarktiske sirkumpolare strømmen . Den subtropiske fronten (ved omtrent 10 ° C) fungerer som den nordlige grensen til GCB og er forbundet med en kraftig økning i PIC sørover. Disse frontene deler forskjellige miljø- og biogeokjemiske soner, noe som gjør GCB til et ideelt studieområde for å undersøke kontroller på planteplanktonsamfunn i det åpne havet. En høy PIC -konsentrasjon observert i GCB (1 µmol PIC L −1 ) sammenlignet med det globale gjennomsnittet (0,2 µmol PIC L −1 ) og betydelige mengder løsrevne E. huxleyi -kokolitter (i konsentrasjoner> 20.000 kokkolitter ml −1 ) karakteriserer begge GCB. GCB er tydelig observert i satellittbilder som strekker seg fra den patagoniske sokkelen over Atlanterhavet, det indiske og Stillehavet og fullfører antarktisomseilingen via Drake Passage.
Coccolithophores kontra diatomé
Den biogeografi av Sørishavet planteplankton styrer lokale biogeokjemi og eksport av makronæringsstoffer til lavere breddegrader og dybde. Spesielt relevant er det konkurransedyktige samspillet mellom kokolitoforer og kiselalger, hvor førstnevnte er utbredt langs det store kalsittbeltet (40–60 ° S), mens kiselalger har en tendens til å dominere regionene sør for 60 ° S, som vist i diagrammet på Ikke sant.
Havet endrer seg i en hastighet uten sidestykke som en konsekvens av økende menneskeskapte CO 2 -utslipp og relaterte klimaendringer. Endringer i tetthetsstratifisering og tilførsel av næringsstoffer, så vel som forsuring av havet , fører til endringer i fytoplanktonsamfunnets sammensetning og følgelig økosystemets struktur og funksjon. Noen av disse endringene er allerede observerbare i dag og kan ha kaskadeeffekter på globale biogeokjemiske sykluser og oseanisk karbonopptak. Endringer i biogeografien i det sørlige hav (SO) er spesielt kritiske på grunn av Sørhavets betydning for drivstoff til primærproduksjon på lavere breddegrader gjennom lateral eksport av næringsstoffer og ved opptak av menneskeskapt CO 2 . For karbonsyklusen er forholdet mellom forkalkende og ikke -forkalkende fytoplankton avgjørende på grunn av motvirkningene av forkalkning og fotosyntese på sjøvann pCO 2 , som til slutt styrer CO 2 -utveksling med atmosfæren, og den forskjellige ballasteffekten av kalsitt og kiselsyreskall for organisk karboneksport .
Kalsifisering av kokolitoforer og silisifiserende diatomer er globalt allestedsnærværende fytoplanktonfunksjonelle grupper. Kiselalger er en viktig bidragsyter til global planteplanktonbiomasse og årlig netto primærproduksjon. Til sammenligning bidrar coccolithophores mindre til biomasse og til global NPP.
Imidlertid er coccolithophores den viktigste planteplanktoniske forkalkeren. og påvirker dermed den globale karbonsyklusen betydelig . Diatomer dominerer fytoplanktonsamfunnet i Sørishavet, men kokolithoforer har fått økende oppmerksomhet de siste årene. Satellittbilder av partikkelformet uorganisk karbon (PIC, en proxy for mengde kokolitofor) avslørte "Great Calcite Belt", et årlig tilbakevendende sirkumpolært bånd med forhøyede PIC -konsentrasjoner mellom 40 og 60 ° S. Observasjoner på stedet bekreftet mengder av kokolitofor på opptil 2,4 × 10 3 celler ml -1 i Atlanterhavssektoren (blomstrer på den patagoniske sokkelen ), opptil 3,8 × 10 2 celler ml -1 i den indiske sektoren og opptil 5,4 × 10 2 celler ml -1 i Stillehavssektoren i Sørishavet med Emiliania huxleyi som den dominerende arten. Imidlertid er kokokolitoforers bidrag til den totale fytoplanktonbiomassen i Sør -havet og NPP ennå ikke vurdert. Lokalt har forhøyet mengde kokolitofor i GCB funnet å gjøre overflatevann til en kilde til CO 2 for atmosfæren, og understreker nødvendigheten av å forstå kontrollene for deres overflod i Sørishavet i sammenheng med karbonsyklusen og klimaendringene. Selv om det er observert at kokolithoforer har flyttet polewards de siste tiårene, er deres reaksjon på de kombinerte effektene av fremtidig oppvarming og havforsuring fortsatt gjenstand for debatt. Ettersom deres respons også avgjørende vil avhenge av fremtidig sammensetning av fytoplanktonsamfunn og interaksjon mellom rovdyr og byttedyr, er det viktig å vurdere kontrollene på overflodene i dagens klima.
Top-down og bottom-up tilnærminger
Kokolithoforbiomasse styres av en kombinasjon av bunn-opp (fysisk – biogeokjemisk miljø) og ovenfra og ned-faktor ( rovdyr-byttedyr-interaksjoner ), men den relative betydningen av de to har ennå ikke blitt vurdert for kokolitoforer i Sørishavet. Bunn-opp-faktorer påvirker fytoplanktonveksten direkte, og kiselalger og kokolithoforer blir tradisjonelt diskriminert på grunn av deres forskjellige krav til næringsstoffer, turbulens og lys. Basert på dette, spår Margalefs mandala en sesongmessig rekkefølge fra kiselalger til kokolithoforer ettersom lysnivået øker og næringsnivået synker. In situ-studier som har vurdert South Ocean coccolithophore biogeography har funnet coccolithophores under forskjellige miljøforhold, og tyder dermed på en bred økologisk nisje, men alle de nevnte studiene har nesten utelukkende fokusert på bottom-up-kontroller.
Fytoplankton veksthastigheter er imidlertid ikke nødvendigvis avhengig av akkumuleringshastigheter for biomasse. Ved hjelp av satellittdata fra Nord-Atlanteren understreket Behrenfeld i 2014 viktigheten av å samtidig vurdere bunn-opp og ned-ned-faktorer samtidig ved vurdering av sesongdynamikk for fytoplankton-biomasse og rekkefølgen av forskjellige fytoplanktontyper på grunn av den fysiske og tidsmessig varierende relative betydningen av den fysiske –Biogeokjemisk og det biologiske miljøet. I SO har tidligere studier vist dyreplanktonbeiting for å kontrollere total fytoplanktonbiomasse, sammensetning av fytoplanktonsamfunn og økosystemstruktur, noe som tyder på at ovenfra og ned-kontroll også kan være en viktig driver for den relative mengden av kokolitoforer og kiselalger. Men dyreplanktonbeitingens rolle i dagens jordsystemmodeller er ikke godt vurdert, og virkningen av forskjellige beiteformuleringer på planteplanktonbiogeografi og mangfold er gjenstand for pågående forskning.
Sedimenter i Sørhavet.
Antarktiske hav
