Patterns of coccolithophore pigment change under global acidification conditions based on in-situobservations at BATS site between July 1990–Dec 2008

Jianhai LV, Yaoqiu KUANG, Hui ZHAO, Andreas ANDERSSON

PDF(1731 KB)
PDF(1731 KB)
Front. Earth Sci. ›› 2017, Vol. 11 ›› Issue (2) : 297-307. DOI: 10.1007/s11707-015-0503-x
RESEARCH ARTICLE
RESEARCH ARTICLE

Patterns of coccolithophore pigment change under global acidification conditions based on in-situobservations at BATS site between July 1990–Dec 2008

Author information +
History +

Abstract

Coccolith production is an important part of the biogenic carbon cycle as the largest source of calcium carbonate on earth, accounting for about 75% of the deposition of carbon on the sea floor. Recent studies based on laboratory experiment results indicated that increasing anthropogenic CO2 in the atmosphere triggered global ocean acidification leading to a decrease of calcite or aragonite saturation and calcium carbonate, and to decreasing efficiency of carbon export/pumping to deep layers. In the present study, we analyzed about 20 years of field observations of coccolithophore pigment, dissolved inorganic carbon (DIC), nutrients, and temperatures from the Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS) site and satellite remote sensing to investigate the variable tendency of the coccolithophore pigment, and to evaluate the influence of ocean acidification on coccolithophore biomass. The results indicated that there was a generally increasing tendency of coccolithophore pigment, coupled with increasing bicarbonate concentrations or decreasing carbonate ion concentration. The change of coccolithophore pigment was also closely associated with pH, nutrients, mixed layer depth (MLD), and temperature. Correlation analyses between coccolithophores and abiotic parameter imply that coccoliths production or coccolithophore pigment has increased with increasing acidification in the recent 20 years.

Keywords

dissolved inorganic carbon / BATS / MLD / coccolithophore pigments / the Bermuda

Cite this article

Download citation ▾
Jianhai LV, Yaoqiu KUANG, Hui ZHAO, Andreas ANDERSSON. Patterns of coccolithophore pigment change under global acidification conditions based on in-situobservations at BATS site between July 1990–Dec 2008. Front. Earth Sci., 2017, 11(2): 297‒307 https://doi.org/10.1007/s11707-015-0503-x

References

[1]
Bates N R, Takahashi  T, Chipman D W ,  Knap A H  (1998). Variability of pCO2 on diel to seasonal timescales in the Saragasso Sea near Bermuda. J Geophys Res, 103(C8): 15567–15585
CrossRef Google scholar
[2]
Bijma J, Spero  H J, Lea  D W, Bemis  B E (1999). Reassessing foraminiferal stable isotope geochemistry: impact of the oceanic carbonate system (experimental results). In: Fischer  G, Wefer G , eds. Use of Proxies in Paleoceanography: Examples from the South Atlantic. Berlin: Springer Science & Business Media, 489–512
[3]
Brown C W (2000). Spatial and temporal variability of Emiliania huxleyi blooms in Sea WiFS imagery. Paper presented at American Geophysical Union, Ocean Sciences Meeting, San Antonio, Texas (USA), January, 24–28
[4]
Crawford D, Purdie  D (1997). Increase of pCO2 during blooms of Emiliania Huxleyi: theoretical considerations on the asymmetry between acquisition of  HCO3−  and respiration of free CO2. Limnol Oceanogr, 42(2): 365–372
CrossRef Google scholar
[5]
Cokacar T, Oguz  T, Kubilay N  (2004). Satellite-detected early summer coccolithophore blooms and their interannual variability in the Black Sea. Deep Sea Res Part I Oceanogr Res Pap, 51(8): 1017–1031
CrossRef Google scholar
[6]
Conte M H, Ralph  N, Ross E H  (2001). Seasonal and interannual variability in deep ocean particle fluxes at the Oceanic Flux Program (OFP)/Bermuda Atlantic Time Series (BATS) site in the western Sargasso Sea near Bermuda. Deep Sea Res Part II Top Stud Oceanogr, 48(8–9): 1471–1505
CrossRef Google scholar
[7]
Delille B, Harlay  J, Zondervan I ,  Jacquet S ,  Chou L, Wollast  R, Bellerby R G J ,  Frankignoulle M ,  Borges A V ,  Riebesell U ,  Gattuso J P  (2005). Response of primary production and calcification to changes of pCO2 during experimental blooms of the coccolithophorid Emiliania huxleyi. Global Biogeochem Cycles, 19(2): GB2023
CrossRef Google scholar
[8]
Dore J E, Houlihan  T, Hebel D V ,  Tien G, Tupas  L, Karl D M  (1996). Freezing as a method of sample preservation for the analysis of dissolved inorganic nutrients in seawater. Mar Chem, 53(3–4): 173–185
CrossRef Google scholar
[9]
Gardner W D (1977). Incomplete extraction of rapidly settling particles from water samplers. Limnol Oceanogr, 22(4): 764–768
CrossRef Google scholar
[10]
Groom S B, Holligan  P M (1987). Remote sensing of coccoltihophore blooms. Proceedings XXVI COSPAR Meeting, Toulouse, France
[11]
Haidar A T, Thierstein  H R (2001). Coccolithophore dynamics of Bermuda (N. Atlantic). Deep Sea Res Part II Top Stud Oceanogr, 48(8–9): 1925–1956
CrossRef Google scholar
[12]
Hansell D A, Carlson  C A (2001). Biogeochemistry of total organic carbon and nitrogen in the Sargasso Sea: control by convective overturn. Deep Sea Res Part II Top Stud Oceanogr, 48(8–9): 1649–1667
CrossRef Google scholar
[13]
Heimdal B R (1983). Phytoplankton and nutrients in the waters north-west of Spitsbergen in the autumn of 1979. J Plankton Res, 5(6), 901–918
CrossRef Google scholar
[14]
Honjo S (1986). Oceanic particles and pelagic sedimentation in the western North Atlantic Ocean. The Geology of North America, 1000: 469–478
CrossRef Google scholar
[15]
Honjo S (1990). Particle fluxes between 47 N and 34 N 20 W stations between April 3 to September 26, 1989. EOS Trans AGU, 71: 81
[16]
Hulburt  E  M   (1990). Description  of  phytoplankton  and nutrient  in spring  in  the  western  North  Atlantic  Ocean. J  Plankton  Res, 12(1): 1–28
CrossRef Google scholar
[17]
Hulburt E M, Ryther  J H, Guillard  R (1960). The phytoplankton of the Sargasso Sea off Bermuda. Journal du Conseil, 25(2): 115–128
CrossRef Google scholar
[18]
Iglesias-Rodriguez M D ,  Halloran P R ,  Rickaby R E M ,  Hall I R ,  Colmenero-Hidalgo E ,  Gittins J R ,  Green D R H ,  Tyrrell T ,  Gibbs S J ,  von Dassow E ,  Rehm E, Armbrust  E V, Boessenkool  K P (2008). Phytoplankton calcification in a high-CO2 world. Science, 320(5874): 336–340
CrossRef Google scholar
[19]
Jeffrey S W, Mantoura  R F C, Bjørnland  T (1997). Data for the identification of 47 key phytoplankton pigments. In: Jeffrey  S W, Mantoura  R F C, Wright  S W, eds. Phytoplankton Pigments in Oceanography: Guidelines to Modern Methods. Unesco Monographs on Oceanographic  Methodology,  vol  10.  UNESCO,  Paris,  449–559
[20]
Joyce T M, Robbins  P (1996). The long-term hydrographic record at Bermuda. J Clim, 9(12): 3121–3131
CrossRef Google scholar
[21]
Kleypas J A, Buddemeier  R W, Archer  D, Gattuso J P ,  Langdon C ,  Opdyke B N  (1999). Geochemical consequences of increased atmospheric carbon dioxide on coral reefs. Science, 284(5411): 118–120
CrossRef Google scholar
[22]
Knap A H, Michaels  A F, Dow  R L, Johnson  R J, Gundersen  K, Sorensen J C ,  Close A R ,  Howse F ,  Hammer M ,  Bates N ,  Doyle A ,  Waterhouse T  (1993). BATS Methods Manual, Version 3. U.S. JGOFS Planning O$ce, Woods Hole, MA
[23]
Knap A H, Michaels  A F, Steinberg  D, Bahr F ,  Bates N ,  Bell S, Countway  P, Close A ,  Doyle A ,  Howse F ,  Gundersen K ,  Johnson R ,  Little R ,  Orcutt K ,  Parsons R ,  Rathbun C ,  Sanderson M ,  Michaels A F ,  Knap A H  (1995). Overview of the U.S. JGOFS BATS and Hydrostation S program. Deep-Sea Res, 43(2–3): 157–198
[24]
Langer G, Geisen  M, Baumann K H ,  Kläs J ,  Riebesell U ,  Thoms S ,  Young J R  (2006). Species-specific responses of calcifying algae to changing seawater carbonate chemistry. Geochem Geophys Geosyst, 7(9): Q09006
CrossRef Google scholar
[25]
Lochhead V C, Lomas  M W, Lethaby  P J (2001). Long-term variability of phytoplankton community structure at the Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS) site based on pigment analyses using the “CHEMTAX” matrix (Abstract). Workshop “Pigments as a Tool to Estimate the Biomass of Different Phytoplankton Groups”. Barcelona, 2001. 25
[26]
Marshall H (1968). Coccolithophores in the northwest Sargasso Sea. Limnol Oceanogr, 13(2): 370–376
CrossRef Google scholar
[27]
Michaels A F (1995). Ocean time series research near Bermuda: the Hydrostation S time series and the Bermuda Atlantic time series study (BATS). In:  Powell T M ,  Steele J H , eds. Ecological Time Series. New York: Chapman and Hall, 181–208
[28]
Nimer N A, Merrett  M J (1992). Calcification and utilization of inorganic carbon by the coccolithophorid Emiliania huxleyi Lohmann. New phytol, 121(2): 173–177
CrossRef Google scholar
[29]
Oguz T, Ediger  D (2006). Comparision of in situ and satellite-derived chlorophyll pigment concentrations, and impact of phytoplankton bloom on the suboxic layer structure in the western Black Sea during May–June 2001. Deep Sea Res Part II Top Stud Oceanogr, 53(17–19): 1923–1933
CrossRef Google scholar
[30]
Riebesell U, Zondervan  I, Rost B ,  Tortell P D ,  Zeebe R E ,  Morel F M  (2000). Reduced calcification of marine plankton in response to increased atmospheric CO2. Nature, 407: 365–367
[31]
Silva A, Brotas  V, Valente A ,  Sá C ,  Diniz T ,  Patarra R F ,  Álvaro N V ,  Neto A I  (2013). Coccolithophore species as indicators of surface oceanographic conditions in the vicinity of Azores islands. Estuar Coast Shelf Sci, 118: 50–59
CrossRef Google scholar
[32]
Sprengel C, Baumann  K H, Henderiks  J, Henrich R ,  Neuer S  (2002). Modern coccolithophore and carbonate sedimentations along a productivity gradient in the Canary Islands region: seasonal export production and surface accumulation rate. Deep Sea Res Part II Top Stud Oceanogr, 49(17): 3577–3598
CrossRef Google scholar
[33]
Steinberg D K ,  Carlson C A ,  Bates N R ,  Johnson R J ,  Michaels A F ,  Knap A H  (2001). Overview of the US JGOFS Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS): a decade-scale look at ocean biology and biogeochemistry. Deep Sea Res Part II Top Stud Oceanogr, 48(8–9): 1405–1447
CrossRef Google scholar
[34]
Strong A E, Eadie  B J (1978). Satellite observations of calcium carbonate precipitations in the Great Lakes. Limnol Oceanogr, 23(5): 877–887
CrossRef Google scholar
[35]
Trimborn S, Langer  G, Rost B  (2007). Effect of varying calcium concentrations and light intensities on calcification and photosynthesis in Emiliania huxleyi. Limnol Oceanogr, 52(5): 2285–2293
CrossRef Google scholar
[36]
Westbroek P, Jong  V D, Walder  P V, Borman  A H, Vrind  J P (1985). Biopolymer-mediatedcalcium and manganese accumulation and biomineralization. Geol Mijnb, 64: 5–15
[37]
Zeebe R E, Zachos  J C, Caldeira  K, Tyrrell T  (2008). Oceans: carbon emissions and acidification. Science, 321(5885): 51–52
CrossRef Google scholar
[38]
Zondervan I, Zeebe  R E, Rost  B, Riebesell U  (2001). Decreasing marine biogenic calcification: a negative feedback on rising atmospheric pCO2. Global Biogeochem Cycles, 15(2): 507–516
CrossRef Google scholar

Acknowledgements

Hui ZHAO would like to thank the Nippon foundation, the Programme for Observation of the Global Ocean, Bermuda Institute of Ocean Science, Dr. Tony Knap, Dr. Gerald Plumley, and Jerome Aucan. The success of the BATS program to date is the result of the hard work and dedication of many scientists and technicians. We acknowledge them for providing support and scientific guidance, and for carrying out the initial analyses or processing of some of the core measurements. The study would not have been finished without the outstanding support of the captains, crews, and marine technicians of the research vessels.

RIGHTS & PERMISSIONS

2015 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg
AI Summary AI Mindmap
PDF(1731 KB)

Accesses

Citations

Detail

Sections
Recommended

/