Koninklijk Royal Netherlands Nederlands Institute Instituut for Sea voorResearch Zeeonderzoek
Koudwaterkoraalriffen Oases in de diepe oceaan
Furu Mienis NIOZ is an institute of the Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO)
1
Waarom zijn koudwaterkoralen hot?
De blauwe planeet 70% is oceaan
Oceanen vormen de ultieme uitdaging. De Ruimte is slechts een afleiding voor alle ontdekkingen, die nog op ons wachten in onze oceanen
93% van de oceanen nog onbekend terrein
Texel duinen
7
Dag44 Nog steeds gestrand met niets dan water voor zover het oog reikt
deepseanews.com 8
Canyons
Canyons
Heuvels en bergen
Vulkanen
Black Smoker
Waarom weten we nog maar zo weinig van de oceanen? Onderzoek is duur en tijdsintensief Technische ontwikkelingen (hoge druk, corrosie, energievoorziening, verlichting…)
13
14
© USGS DISCOVRE
Oases
Pontoppidan, 1752
“The fisherman often sell coral bushes to the apothecaries at Bergen, and, upon asked, what is their opinion about the origin and growth of this marine vegetable, they answer, that sometimes a white drop is observed to fall from the branches of the old coral, as well as from the sea‐trees, as if it were milk or seed, and where this falls a vegetable is produced according to its species. As to its medical uses it has the character of being absorbent, refrigerative, emollient, astringent, and strengthening, which may be true, when the tincture of it, consisting of the extracted salts and oil, is administered inwardly.
Scleractinia (steenkoralen, rifvormend) Koralen zonder fotosymbionten, hebben geen licht nodig
Skelet is gevormd uit aragoniet Leven in symbiose met een worm Eunice Norvegica
Vangen prooi uit het water met hun tentakels
Wat zijn koudwaterkoralen
•Scleractinia (steenkoralen, rifbouwers)
•Gorgonacea (zachte koralen)
Madrepora –N.Zealand Chatham Rise
•Antipatharia (zwarte koralen)
21
Verspreiding warmwaterkoralen
‐> warm water (25° ‐ 29°C) ‐> diepte (0 ‐ 40m) ‐> verspreiding: 30° N to 30°S ‐> oligotroof (nutrient arm) ‐> 284.300 km2
22
Verspreiding koudwaterkoralen
‐> koud water (4° ‐ 12 °C) ‐> diepte (40 – 2000 m) ‐> verspeiding: wereldwijd ‐> eutroof (nutrient rijk) ‐> bedekking?
23
Koud
Warm
Distribution
Global - potentially in all seas and at all latitudes
Global - in sub-tropical and tropical seas between 30ºN and 30ºS
Number of states, countries
41 so far
109
Coverage
Unknown - but studies to date indicate that global coverage of cold-water coral reefs could equal, or even exceed, that of warm-water reefs
284,300 km2
Country with highest coral reef coverage
Unknown – the total amount of reefs in Norwegian waters alone was roughly estimated to cover at least 2,000 km2
Indonesia (51,020 km2)
Largest reef complex
Unknown – so far, the Røst Reef (100 km2) discovered in 2002 in northern Norway is regarded as the largest reef
Great Barrier Reef (more than 30,000 km2), Australia
Temperature range Salinity range
4º – 13º C 32 – 38.8 ‰
20º - 29º C 33 – 36 ‰
Depth range
40 – beyond 1,000m
0 – up to 100 m
Nutrition
Uncertain, but likely suspended organic matter and zooplankton
Suspended organic matter and photosynthesis
Symbiotic algae
No
Yes
Growth rate
4 – 25 mm / year
Up to 150 mm / year
Number of reef building coral species
Few - only 6 primary species.
Around 800
Reefs composition
Mostly composed of one or few coral species
Mostly composed of numerous coral species
Age of living reefs
Up to 8,000 years
6,000 – 9,000 years
Rate of Regeneration / recovery
Unknown - slow growth rate indicates that if regeneration / recovery is possible at all, it might take decades to centuries for a damaged reef to regain its ecological function
Slow (years to decades) - in most cases, regeneration / recovery will lead to reduced coral diversity, a shift in coral species composition, or even a change from a coral to an algae dominated ecosystem especially where humans impacts are evident
Waarom bestuderen we deze riffen? Hotspots van biomassa en biodiversiteit (Roberts, 2006)
Koralen hebben de functie van bomen in een bos; ze vormen een schuilplaats, kraamkamer en stabiel substraat voor vele andere diersoorten.
HD video • 2 camera’s • lampen • 6000 m water diepte • lasers voor schaal • Life verbinding via glasvezel kabel
26
Dichtheid van macrofauna
40000
20000 20000 0
20000
0 0
0
20000
0
20000
0
Dichtheid N/m2
= Koraal
= Geen koraal 28
30
31
Biomassa
1200
1200 2400
0
0 1200 2400 0
0 24
0 0
in g WW m‐2
Biomassa (Lavaleije et al., NIOZ)
= Koraal
= Geen koraal
Waarom bestuderen we deze riffen? Hotspots van biomassa en biodiversiteit Koolstof opslag (Van Oevelen 2009, White 2013)
Ecosysteem functioning
Biomassa
Koudwaterkoraalriffen vormen een biologisch filter en vangen zo organisch materiaal
Nog niet opgenomen in wereldwijde koolstof cyclus.
IPCC 2013
34
Waarom bestuderen we deze riffen? Hotspots van biomassa en biodiversiteit Koolstof opslag Analogen voor rif opbouw in het heden “Het heden is de sleutel tot het verleden” (James Hutton) Fakse, Denemarken Middle Danian ~65 Ma Kess Kess, Marokko Devoon ~400 Ma
35
Groeivormen Heuvels‐riffen‐patches
Cape Lookout mounds, W Atlantische Oceaan
Logachev mounds, Ierse helling
2.5 km
3 km
Draunen Rif, Noorwegen
Mingulay Rif, Schotland
Coral patch, Galicia Bank, Spanje
1 m
Waarom bestuderen we deze riffen? Hotspots van biomassa en biodiversiteit Koolstof opslag Analogen voor rif opbouw in het heden “Het heden is de sleutel tot het verleden”
Gulf of Mexico
Ontsnappen van gas
Omgevingscondities (e.g. voedsel, stroming)
Kaart Texel-Rockall
Simon Smit
38
Koraalgroei en rifopbouw
Gigantische koraalheuvels ( km, 360m)
Omgevingsomstandigheden bepalend voor koraalgroei – harde stroming en voedsel
Bodem landers
Uitgerust met verschillende instrumenten: temperatuur, zoutgehalte, stroming, hoeveelheid deeltjes, camera’s……
Landing
Ophalen
1
2
3
41
CTD‐Rosette
Water monsters en profielen van de water kolom
42
Lander data 50
9.6
9.2 9.1
20
9 8.9
10
8.8 0 05-Aug-03
8.7 07-Aug-03
09-Aug-03
11-Aug-03
13-Aug-03
15-Aug-03
13-Aug-03
15-Aug-03
17-Aug-03
tim e (days)
optical backscatter (FTU)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 05-Aug-03
07-Aug-03
09-Aug-03
11-Aug-03
17-Aug-03
tim e (days)
Interne golven Dagelijkse temperatuur veranderingen tot 3 °C Veranderingen in temperatuur gelinkt aan hoeveelheid deeltjes in de water kolom
o
9.3 30
temperature (
current speed (cm/s)
9.4
C)
9.5 40
Getijde golven gemeten met de CTD
Getijde golven: transport naar diepzee
Interne golven
Interne golven transporteren algen naar diep water 24 uur
100 m
45
200
100
Sep 1
Oct 1
Nov 1
Dec 1
Jan 1 Feb 1 Mar 1 Tijd (maanden) Date
Apr 1
May 1
Koralen vangen met hun tentakels voedseldeeltjes uit de waterkolom
Jun 1
Jul 1
10
80
Chlorofyl FLUORESCENCE
Bodem‐ lander
fluorescence (rel. units) Chlorofyl
Algenbloei aan het oppervlak, feestmaal op 800 m diepte
9 60 8 40 7
20
6
24 Mar 25 Mar 26 Mar 27 Mar 28 Mar 29 Mar 30 Mar 31 Mar
DATE Tijd (dagen)
© USGS DISCOVRE
47
Baited fish experiments CORALFISH program
• Sediment trap carrousel met aas • 2 HD camera’s • Infra‐rood licht • Om de 2 uur 20 sec video (3830 video’s in 1 jaar)
Heeft het rif een belangrijke rol als schuilplaats, kraamkamer en voedselvoorziening?
2x HD Camera Carousel met aas
49
Waarom bestuderen we deze riffen? Hotspots van biomassa en biodiversiteit Koolstof opslag Analogen voor rif opbouw in het heden Paleo reconstructies (e.g. Dorschel 2005, Mienis 2009, Frank 2010)
Geen koraal
Koraal
Mound groei begonnen op een harde ondergrond 2.6 Ma geleden Reconstructie van de groei van deze heuvels door de tijd
Pistoncore
Pistoncore
CT scan
10 cm
53
M01-43
M01-28
M03-23 Depth (m)
55
Mound opbouw Recent‐Holocene 0
50
100
0
50
100
0
50
100
0 cm: 106 yr 13 cm: 51 yr 19 cm: 827 yr 41 cm: 1.330
69 cm: 5.560 91 cm: 5.920 120 cm: 10.790 153 cm: 10.950 158 cm: 11.040
Hiatus
220 cm: 246.037 Magnetic susceptibility 56 (10-5 SI units)
M2003-23 432cm
M2001-43
205cm
M2001-28 265cm
Cementatie‐diagenese
Mound bestaat geheel uit koraal en ingevangen sediment deeltjes. 70% van de deeltjes is van de mound afkomstig Delen van de mound gecementeerd: ‐> Stabiliteit 57
Mound opbouw Recent‐Holocene 0
50
100
0
50
100
0
50
100
0 cm: 106 yr 13 cm: 51 yr 19 cm: 827 yr 41 cm: 1.330
69 cm: 5.560 91 cm: 5.920 120 cm: 10.790 153 cm: 10.950 158 cm: 11.040
Hiatus
220 cm: 246.037 Magnetic susceptibility 58 (10-5 SI units)
M2003-23 432cm
M2001-43
205cm
M2001-28 265cm
Op het cement wordt materiaal gevonden dat het eind van een koude periode aanduidt‐> Dropstones: Korrels/stenen afgezet door ijsbergen
Dit materiaal heeft een hoge magnetische susceptibiliteit.
Mound opbouw Recent‐Holocene 0
50
100
0
50
100
0
50
100
0 cm: 106 yr 13 cm: 51 yr 19 cm: 827 yr 41 cm: 1.330
69 cm: 5.560 91 cm: 5.920 120 cm: 10.790 153 cm: 10.950 158 cm: 11.040
Hiatus
220 cm: 246.037 Magnetic susceptibility 60 (10-5 SI units)
M2003-23 432cm
M2001-43
205cm
M2001-28 265cm
61
Koralen en klimaatverandering
Ierland/ Noorwegen
Tijd
Marokko/ Mauritanië
Tijd Seesaw pattern
Warme periodes: alleen levend rif Ierland IJstijd periodes: alleen levend rif Marokko
Patroon bepaald door aanwezigheid van voedsel! 62
Warm
Koud
N‐Z verschuivingen van koudwaterkoraalriffen zijn gerelateerd aan klimaat ‐> aanwezigheid van voedsel NASA.gov 63
63
Waarom bestuderen we deze riffen? Hotspots van biomassa en biodiversiteit Koolstof opslag Analogen voor rif opbouw in het heden Paleo reconstructies Toekomst van deze riffen ‐> management Voor
Na
Na
Voor
Golf van Mexico
Foto’s: Eric Cordes
“Het oppervlakte water bij de noordpool zal als eerste onder verzadigd raken voor aragoniet. Door menselijke invloeden vormen deze gebieden het voorbeeld voor toekomstige oceaan verzuring. Veranderingen zijn al gemeten en zullen in de toekomst waarschijnlijk toenemen.” (Fabry et al., 2009)
Vragen?
[email protected]
Photo @arthoward
66
