Patterns of reef coral calcification in an upwelling zone (Oman)
Final Report Abstract
Tropische Flachwasserriffe sind die vielfältigsten Ökosysteme im Ozean, deren Fortbestand von angemessenen Kalzifikationsraten der riffbildenden Biota, beispielsweise den Riffkorallen, abhängen wird. Die Kalzifikation von Riffkorallen ist in oligotrophen Gewässern mit hohem Aragonit-Sättigungsgrad (Ωsw) begünstigt, bei anthropogener Ozeanversauerung jedoch behindert. Mit diesem Projekt sollten die Effekte eines niedrigen Ωsw sowie von Eutrophierung in einem natürlichen System anhand von Riffkorallen aus der Upwelling-Zone des Arabischen Meeres untersucht werden. Zur Beschreibung der organismischen Antwort auf die physikalische Umwelt (Temperatur, Ωsw, Nährstoffe), haben wir die Kalzifikationsvariablen Extensionsrate, Skelettdichte und Kalzifikationsrate, sowie als Umwelt-Proxies die Isotopenverhältnisse bestimmter stabiler Isotope (δ18O, δ13C) und die Konzentrationen ausgewählter chemischer Elemente im CaCO3 des Skeletts herangezogen (Sr/Ca, Li/Mg, Ba/Ca). Für die Untersuchung besonders graziler und schwach kalzifizierter Skelette musste zunächst eine neue Beprobungsmethodik entwickelt werden. Neben der Untersuchung fossiler massiver Korallen und rezenter ästiger Korallen aus dem Mittelmeer (Cladocora, Kooperation mit Dr. D. Kersting Barcelona/Berlin), lag der Fokus der Untersuchungen jedoch auf Messungen der Kalzifikationsleistung von Porites aus der Auftriebszone des Arabischen Meeres. Um am Material aus dem Arabischen Meer für die Kalzifikationsanalyse diejenigen Skelettabschnitte zu identifizieren, die während der sommerlichen Auftriebsphasen gebildet worden sind, haben wir monatlich aufgelöste Proxy-Daten eingesetzt, und zwar zur Rekonstruktion des Trophiegrades (Ba/Ca) und zur Erfassung der Wassertemperaturen (Sr/Ca, Li/Mg). Unsere Daten zeigen, dass die Kalzifikationsleistung während der Auftriebssaison im Sommer reduziert ist. Entgegen unseren Erwartungen zeigt die Skelettdichte jedoch keinen zeitlichen Zusammenhang mit den niedrigen Ωsw-Werten während des Auftriebs. Dies deutet auf ganzjährig relativ konstante Sättigungszustände von Aragonit im skelettbildenden Fluid (Ωcf) hin, unabhängig von externen Schwankungen im Meerwasser (Ωsw). Die mittlere jährliche Kalzifikationsrate ist bei Porites in der Auftriebszone des Arabischen Meeres dennoch mit der in Riffregionen ohne Auftrieb vergleichbar, da die reduzierte Skelettdichte durch eine Stimulierung des vertikalen Wachstums bei erhöhten Nährstoffkonzentrationen kompensiert wird [Kalzifikationsrate = Extensionsrate x Skelettdichte]. Die zukünftigen Reaktionen der Riffkorallen auf Änderungen des Trophiegrades des Meerwassers könnten daher im Zuge des globalen Wandels für die Aufrechterhaltung angemessener Karbonat-Akkumulationsraten in Korallenriffen entscheidend sein. Ein weiteres Ergebnis des Projekts stellt der Nachweis verbreiteter Unterkalzifikation bei fossilen Riffkorallen des Känozoikums dar. Dieses Phänomen ist offenbar kein evolutionäres Muster, denn auf der bisherigen Datenbasis lassen sich keine zeitlichen oder maßgeblichen taxonomischen Muster erkennen. Im Rahmen eines Folgeprojekts zur Kalzifikationssystematik von Riffkorallen aus einer globalen Warmphase mit hohem atmosphärischem pCO2 (Mitteleozän des Pariser Beckens) haben sich alle bisherigen Befunde bestätigt. Es ist deswegen durchaus plausibel, dass die hohen Kalzifikationsraten der heute lebenden Korallen – und somit deren physikalisch-chemische Umgebung – mehr einen erdgeschichtlichen Ausnahmefall als die Norm darstellen und insofern Grund zur Hoffnung hinsichtlich der Resilienz der Riffkorallen und Korallenriffe bestehen könnte.
Publications
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Calcification and isotopic record (δ18O, δ13C) of corals (Faviidae) from the upwelling-zone of Oman. European Geosciences Union, 08-13 April, Vienna, Austria.
Spreter, P.; Reuter, M. & Brachert, T.
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Coral calcification and sclerochronology during the Middle Miocene Climate Transition. 5th International Sclerochronology Conference, 16-20 June, Split, Croatia.
Reuter, M.; Spreter, P.; Mertz-Kraus, R. & Brachert, T. C.
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Coral calcification during the geological past ̶ why was it so different? 5th International Sclerochronology Conference, 16-20 June, Split, Croatia.
Brachert, T. C.; Spreter, P.; Perrin, C. & Reuter, M.
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Interdisciplinary long-term monitoring of a “living fossil”: ecology, paleontology and geochemistry meet to assess climate change in the Mediterranean Sea, 1st Iberian Ecological Society Meeting, 04-07 February, Barcelona, Spain.
Kersting, D.K.; Linares, C.; Brachert, T.C.; Hathorne, E.C.; Leinfelder, R.; Montagna, P.; Pretus, J.Li.; Reuning, L.; Spreter, P. & Zinke, J.
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An assessment of reef coral calcification over the late Cenozoic. Earth-Science Reviews, 204, 103154.
Brachert, Thomas C.; Corrège, Thierry; Reuter, Markus; Wrozyna, Claudia; Londeix, Laurent; Spreter, Philipp & Perrin, Christine
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Ultra-high-resolution stable isotope sampling of slow-growing and fragile coral skeletons. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 560, 109992.
Spreter, Philipp; Reuter, Markus; Brachert, Thomas C. & Kersting, Diego K.
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Nutrients attenuate the negative effects of ocean acidification on reef coral calcification in the Arabian Sea upwelling zone. 14th International Coral Reef Symposium, 18-23 July, Bremen, Germany.
Spreter, P.; Reuter, M.; Mertz-Kraus, R. & Brachert, T.C.
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Calcification response of reef corals to seasonal upwelling in the northern Arabian Sea (Masirah Island, Oman). Biogeosciences, 19(15), 3559-3573.
Spreter, Philipp M.; Reuter, Markus; Mertz-Kraus, Regina; Taylor, Oliver & Brachert, Thomas C.
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Giant clam (Tridacna) distribution in the Gulf of Oman in relation to past and future climate. Scientific Reports, 12(1).
Reuter, Markus; Spreter, Philipp M.; Brachert, Thomas C.; Mertz-Kraus, Regina & Wrozyna, Claudia
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Calcification and proxy data in reef coral skeletons from acidified and eutrophic environments. 93 S., Dissertationsschrift, Universität Leipzig.
Spreter, P.M.
