Im Zentrum der Forschung im Fachgebiet Meeresgeologie stehen Ökosysteme und ihr Entstehen, Wachsen und eventuell ihr Vergehen, während der letzten 20.000 Jahre, dem Höhepunkt der letzten Kaltzeit, bis heute – eine Zeitspanne, die einen rasanten Meeresspiegelanstieg, Temperaturveränderungen sowie die Zunahme der Weltbevölkerung bei knapper werdenden Ressourcen erfahren hat und gegenwärtig noch erfährt.
Im Zentrum der Forschung im Fachgebiet Meeresgeologie stehen Ökosysteme und ihr Entstehen, Wachsen und eventuell ihr Vergehen, während der letzten 20.000 Jahre, dem Höhepunkt der letzten Kaltzeit, bis heute – eine Zeitspanne, die einen rasanten Meeresspiegelanstieg, Temperaturveränderungen sowie die Zunahme der Weltbevölkerung bei knapper werdenden Ressourcen erfahren hat und gegenwärtig noch erfährt.
Für den marinen Bereich bedeuteten diese Veränderungen nicht nur eine Überflutung der zuvor festländischen Kontinentalsockel, sondern auch das polwärtige Vordringen warmer, subtropischer Wassermassen in die hohen Breiten. Diese führten zu drastischen Migrationen und benthischer Ökosysteme niederer Breiten in polnahe Gebiete, wo sie sich mit den besonderen physikalischen Begebenheiten einer geneigten Erdachse auseinandersetzen mussten.
Die in hohen Breiten ausgeprägte Saisonalität führt zu enormen Schwankungen in der solaren Insolation, welche einen unmittelbaren (wenngleich gedämpften) Einfluss auf die Wassertemperatur und den Nährstoffkreislauf nimmt und somit besondere Selektionsdrücke und physiologische Anpassungen auf die Organismen ausübt. Letzteres gilt insbesondere für die Nordhemisphäre, die durch die Land-Meer-Verteilung und dem ozeanischen Zirkulationsmuster nach jeder Kaltzeit nahezu bei „null“ in Sachen Wiederbesiedlung anfangen musste, wohingegen die südpolaren Meere seit der Etablierung des zirkum-antarktischen Ringstromes mehr oder weniger konstant kalte Bedingungen seit ca. 35 Millionen Jahren aufweist.
Vor diesem Hintergrund sich rasch wandelnder Umweltbedingungen versuchen wir die komplexen Rückkoppelungen zwischen klimatischen und ozeanographischen Umweltveränderungen anhand fossiler (<20.000 Jahre) und rezenter „biosedimentärer Systeme“ aufzudecken. Hierbei handelt es sich um Ökosysteme mit einem hohen geologischen Überlieferungspotenzial und vereinen dabei biologische, ökologische und sedimentologische Fragestellungen – ganz im Sinne der Tradition des Standortes.
Wir fokussieren uns dabei auf Ökosysteme, die einen hohen Anteil an kalkschaligen Organismen aufweisen (Kaltwasser-Korallenriffe, Corallinaceen-Bänke, Tiefseeauster-Bänke) und auf Systeme mit geringem Fossilisationspotenzial, aber mit großer Bedeutung für den Stoffumsatz, wie zum Beispiel Tangwälder. Neben den systemaren Ansätzen versuchen wir an ausgewählten Organismen ihre Lebensgeschichte (im Sinne von Lebensdauer) aus den Skeletten und Schalen zu entschlüsseln und dabei die gespeicherten Umweltsignale vergangener Zeiten mit raffinierten geochemischen Methoden zu lesen (Sklerochronologie).
Eine weitere Spezialität des Hauses ist die Erforschung des biologischen Abbaues von Karbonaten, auch Bioerosion genannt. Dieser Abbauprozess von Hartsubstraten erfolgt auf chemischem Wege (biologische Korrosion) als auch auf mechanischem Wege (biologische Abrasion), wobei die Erzeuger charakte¬ristische Spuren im Substrat hinterlassen. Wir haben eine große Expertise in der taxonomischen Ansprache der bioerodierenden Organismen (Bakterien, Algen, Pilze, Schwämme, Mollusken, Polychaeten, Crustaceen, Bryozoen, etc.) und arbeiten experimentell mit Bioerosionspanelen entlang von Tiefengradienten, z.B. auf Spitzbergen, dem schwedischen Kosterfjord, den Azoren sowie im östlichen Mittelmeer.
16.01. – 15.02.2025
Wellington – Wellington (Aotearoa Neuseeland)
Kaltwasserkorallen vor Aotearoa Neuseeland: Biologie, Geologie und Ozeanographie
Wissenschaftliche ThemenFahrtleitung : Prof. Dr. André Freiwald, Senckenberg am Meer
Co-Fahrtleitung : Dr. Lydia Beuck, Senckenberg am Meer
Involvierte Gruppen:
Senckenberg ( AG Freiwald)
MARUM (AG Hebbeln)
Royal NIOZ, Niederlande
NIWA, Neuseeland
06.-31.10.2018
Im Rahmen der Ausfahrt M151 ATHENA suchen Biologen, Geologen und Umweltphysiker an Tiefseebergen südlich der Azoren nach Korallenvorkommen.Sie wollen herausfinden, wo und unter welchen Umweltbedingungen dort heute Korallen leben. Die Forscher suchen auch nach fossilen Korallen der letzten 20.000 Jahre.Sie wollen untersuchen, wie diese Korallen in der Vergangenheit auf Klimaänderungen reagiert haben. Für PlanetErde berichten von Bord das Expeditionsteam um Fahrtleiter Norbert Frank und die Co-Fahrtleiter Dierk Hebbeln und André Freiwald.
Eine Kooperation mit dem IUP Heidelberg, MARUM und Senckenberg am Meer.
Teilnehmer : André Freiwald, Leon Hoffman und Ulf Linnemann
Im Mittelpunkt der FS METEOR Expedition M122 stand die Untersuchung von Kaltwasserkorallen (KWK)-Vorkommen im Südost-Atlantik vor den Küsten Namibias und Angolas, einer Region, die durch eine ausprägte Sauerstoffminimumzone gekennzeichnet ist. Dabei lag das Hauptaugenmerk auf der Erfassung der Verteilung, dem Erscheinungsbild, der Faunenvergesellschaftung und dem Zustand dieser Ökosysteme unter heutigen und vergangenen (glazialen) Bedingungen. Nach eingehenden Vermessungen
(Fächerecholot, PARASOUND und Mehrkanal-Seismik) wurden in den beiden Arbeitsgebieten vor Namibia und Angola im Zuge von 16 Tauchgängen mit dem MARUM ROV SQUID detaillierte Fazies- und Faunen-Charakterisierungen durchgeführt. Diese wurden durch Untersuchungen zum Aufbau (CTD und
Wasserproben) und zur Variabilität (Landersysteme) der Wassersäule und durch zahlreiche Bodenproben
und Sedimentkerne ergänzt, wobei gerade Letztere dazu dienen werden, die Entwicklung der südostatlantischen KWK-Vorkommen über den letzten Glazial-Interglazial-Zyklus zu rekonstruieren und mit Klimagesteuerten Veränderungen der Umweltbedingungen zu korrelieren. Das herausstechende Ergebnis der Expedition war das Auffinden lebender KWK im Bereich der Sauerstoffminimumzone vor Angola. Weder in der Natur noch in Laborexperimenten sind jemals lebende KWK bei Sauerstoffgehalten von <1 ml L-1 beobachtet worden. Im Gegensatz dazu wurden vor Namibia beinoch geringeren Sauerstoffgehalten von <0,5 ml L-1 nur noch fossile KWK angetroffen, die allerdings auf bessere Lebensbedingungen für die KWK auch in dieser Region in der Vergangenheit hinweisen. Die Vitalität der als Ökosystemingenieure fungierenden gerüstbildenden KWK ist ein entscheidender Faktor für die
Biodiversität in den untersuchten Bereichen entlang der oberen Kontinentalhänge.
10.06.2016 – -29.06.2016
Wissenschaftler der Abteilung Meeresforschung sind seit dem 10.06.2016 auf der ARCA-Expedition Richtung Spitzbergen unterwegs. Mit an Bord sind:
Dr. Max Wisshak (Fahrtleiter), Dr. Achim Wehrmann, Dr. Alexander Bartholomä, Dr. Peter Holler, Dr. Herrmann Neumann, Maik Wilsenack und Neele Meyer.Die Fahrt MSM55 zielt auf multidisziplinäre Charakterisierung und Vergleich zweier kontrastierender Arbeitsgebiete, den Rhodolithenbänken der Mosselbukta im Norden des Archipels und den extensiven Karbonatsedimenten der Spitzbergen- und Bjornoy-Bank im Süden.Das Methodenspektrum umfasst GIS-basierte Habitatkartierung, Karbonatfaziesanalyse, Makrobenthosinventarisierung, Charakterisierung des gelösten Karbonathaushaltes, Karbonatbudgetierung auf Basis eines seit 10 Jahren laufenden Besiedelungsexperiments, Versauerungs- und Temperatur-Stress Experimente mit relevanten Karbonatproduzenten (kalkige Rotalgen), und gezielte Beprobung langlebiger Rhodophyten für die geochemische Etablierung kalibrierter Meereseis Zeitserien. Die erwarteten Ergebnisse werden das Wissen um Produktion und Recycling polarer Karbonatfabriken unter holozänem und prognostiziertem Klimawandel vertiefen.
14.03.-07.04.11 Bridgetown (Barbados) – Freeport (Bahamas)
Unter der Leitung von Prof. Dr. Dierk Hebbeln und Dr. Claudia Wienberg vom MARUM widmet sich die Forschungsausfahrt der FS Maria S. Merian mit dem Acronym WACOM den Westatlantischen Vorkommen von Kaltwasserkorallen. Auf der Fahrt von Barbados bis zu den Bahamas werden im Golf von Mexico und der Floridastrasse eine Vielzahl bekannter sowie potentiell neuer Kaltwasserriffstrukturen genauer unter die Lupe genommen.
Senckenberg Teilnehmer: Prof. Dr. André Freiwald Dr. Lydia Beuck Nina Joseph Maik Wilsenack
06.-12.07.11 Marseilles (Frankreich) – Marseilles
Wieder in bewährter Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Dierk Hebbeln vom MARUM wurde die Minibex von der Offshorefirma COMEX gechartert, um die Exploration nach Kaltwasserkorallen in den unterseeischen Canyons im Golf du Lyon fortzusetzen. Ziel waren insbesonderen der Canyon Lacaze Duthiers in dem das mitgeführte Tauchboot REMORA 2000 sowie ein ROV zum Einsatz kamen und unter anderem ein Karbonatkreislaufexperiment im Bereich der lebenden Korallen abgesetzt wurde – eine Zusammenarbeit mit Franck Lartaud und Nadine Le Brisvom Observatoire Océanologique in Banyuls-sur-Mer. Die Expedition wurde begleitet von dem Filmemacher Sigurd Tesche.
Senckenberg Teilnehmer: Prof. Dr. André Freiwald, Dr. Lydia Beuck, Dr. Max Wisshak
21.10.-20.11.10 Las Palmas (Kanaren) – Mindelo (Kap Verden)
Das Acronym „PHAETON“ steht für Paleoceanographic and paleoclimatic record on the Mauritanian Shelf. Unter der Fahrtleitung von Dr. Hildegard Westphal (MARUM, Uni-Bremen) werden drei Projekte verfolgt, darunter das Senckenberg-Projekt zu den Kaltwasser-Korallenmounds.
Am Kontinentalhang vor Mauretanien wurde bei Explorationsarbeiten 1998 eine 200-km-lange Moundkette, bestehend aus Kaltwasserkorallen und Schlammakkumulationen entdeckt. Diese biosedimentäre Struktur befindet sich in einem engen Tiefenintervall in 450 bis 500 m Wassertiefe und weist Höhen von 50 bis 100 m über den Meeresboden auf.
Die mauretanischen Mounds sind einzigartig hinsichtlich ihrer Nähe zu den ozeanischen Auftriebszellen. Daher zielt die geplante Expedition auf die Klärung folgender Fragen: In welchem Zusammenhang steht die Moundbildung zum Auftriebsgeschehen? Wie ist der ökologische Status zu bewerten? Wie wirkt sich der Passatwind-getriebene Staubeintrag der Sahara auf die Moundbildung aus? Weitere Informationen zur MSM 16/3 Expedition und ihre wissenschaftliche Fahrtziele finden Sie im Expeditionsheft.
Senckenberg Teilnehmer: Dr. Lydia Beuck, Prof. Dr. André Freiwald, Corinna Schollenberger
Wochenbericht 1
Wochenbericht 2
Wochenbericht 3
Wochenbericht 4
29.06– 15.07.10 Vigo (Spanien) – Cork (Irland)
“CORICON” steht für “Cold-water Corals along the Irish continental margin” und zwar speziell in der Belgica Mound Provinz. Hier sind 2 parallel verlaufende Korallenmound-Ketten in 700-900 m sowie in 900-1050 m Wassertiefe entwickelt, die seit ca. 15 Jahren Gegenstand intensiver Forschungen sind.Unter der Fahrtleitung von Dr. Claudia Wienberg(MARUM) haben wir die spezielle Verteilung aktiv wachsender und inaktiver Mounds mit dem Cherokee-ROV kartiert und zahlreiche Sedimentkerne zur zeitlichen Entwicklung der Korallenblütephasen während der letzten 200.000 Jahre genommen.
Folgende Mounds wurden intensiv kartiert und beprobt: Pollux Mound, Lion’s Head Mound, Poseidon Mound, Little Poseidon Mound and Secchi Spur. Weitere Hintergrundinformationen zur Expedition finden Sie im Fahrtbericht.
Teilnehmer: Dr. Lydia Beuck, Prof. Dr. André Freiwald
29.05.-16.06.09 Faro (Portugal) – Toulon (Frankreich)
Die Expedition hatte die Erkundung von wenig bekannten Kaltwasserkorallen-Habitaten und ihre Umweltbedingungen in der Alboran See zum Ziel. Die Alboran See liegt unmittelbar östlich von Gibraltar zwischen Spanien und Marokko.
Markante Strukturen, wie die El Idrissi Bank, die Alboran Bank sowie die Melilla Mounds wurden mit dem Cherokee-ROV dokumentiert und beprobt.
Auf einem dieser Tauchgänge wurden die ersten lebenden Tiefseeaustern im Mittelmeer entdeckt. Prof. Dr. Dierk Hebbeln (MARUM) leitete diese HERMIONE Ausfahrt.
Weitere Hintergrund-informationen finden Sie im Fahrtbericht.
Teilnehmer: Dr. Lydia Beuck, Prof. Dr. André Freiwald
13.-17.03.09 Marseilles (Frankreich)-Marseilles
Zusammen mit Prof. Dr. Dierk Hebbeln und Hiske Fink vom MARUM wurde die Minibex von der Offshorefirma COMEX gechartert, um mit dem mitgeführten Tauchboot REMORA 2000 sowie dem ROV Super Achille eine Untersuchung zu Korallenvorkommen im Cassidaigne Canyon durchzuführen.
Der Canyon befindet sich südlich des malerischen Fischerortes Cassis, in der Nähe von Marseilles. Der Canyon ist bekannt durch seine Aluminiumschlamm Einleitungen. Wir fanden größere lebende Vorkommen von Madrepora oculata ausschließlich an der Westflanke des Canyons.
Teilnehmer: Prof. Dr. André Freiwald
28.12.06-15.01.07 Las Palmas (Kanaren) – Las Palmas
Unter der Leitung von Dr. Hildegard Westphal(MARUM, Bremen) führte die Expedition u.a. an den Kontinentalhang von Mauretanien, wo an 2 Lokationen exemplarisch Kaltwasser-Korallenmounds mit dem Kastengreifer und dem Schwerelot für das HERMES Projekt beprobt wurden.
Die Mounds sind Teil einer mehreren 100-km-langen Moundkette, die den oberen Kontinentalhang zu stabilisieren scheint. Es wurden auffallend wenig lebende Lophelia Steinkorallen vorgefunden.
Der Schwerpunkt der Ausfahrt lag jedoch in der Beprobung von biogenen Karbonaten, die unter Auftriebsbedingungen auf der flachen Bank d’Arguin gebildet, ab- und umgelagert werden. Erste Ergebnisse finden Sie im Fahrtbericht.
Teilnehmer: Prof. Dr. André Freiwald, Dr. Karl Gürs
24.09.-18.10.06 La Valetta (Malta) – Heraklion (Kreta)
Das Expeditionsziel galt der Suche nach verborgenen Kaltwasserkorallen Habitaten im zentralen Mittelmeer. Ausgestattet mit dem Tiefsee ROV QUEST vom Bremer MARUM entdeckten wir die „Hängenden Gärten von Linosa“ in der Straße von Sizilien sowie weitere spektakuläre Korallenvorkommen im Ionischen Meer sowie in der südlichen Adria.
Es gelangen u.a. spektakuläre HDTV-Aufnahmen vom Freßverhalten der Korallen in 600 m Wassertiefe. Ein umfangreiches geologisches und hydrographisches Beprobungsprogramm komplettierte die geo-biologische Expedition. Die bislang tiefsten Lebendvorkommen der Edelkoralle Corallium rubrum wurden auf dieser Fahrt dokumentiert.
Prof. Dr. André Freiwald leitete die Ausfahrt im Rahmen des EU-HERMES Projektes. Weitere Infos finden Sie in den Wochenberichten sowie im Short Cruise Report.
Teilnehmer: Prof. Dr. André Freiwald, Dr. Lydia Beuck, PD Dr. Ingrid Kröncke, Matthias Lopez Correa, Dr. Michael Türkay
31.07.-17.08.06 Longyearbyen (Svalbard) – Longyearbyen
Die von Prof. Dr. André Freiwald organisierte Expedition führte zu einer Umrundung von Spitzbergen sowie zur bis dahin nördlichsten Expedition des neuen Eisrand-Forschungsschiffes. Die Kartierung biosedimentärer Systeme unter polaren Bedingungen sowie der Charakterisierung ihrer Umweltbedingungen stand im Mittelpunkt der Ausfahrt.
Mit dem bemannten Tauchboot JAGO vom IFM-Geomar in Kiel wurden die nördlichsten Kalkalgenbänke der Erde vor Nordostland bei 80° nördlicher Breite gefunden. Die wissenschaftliche Auswertung der Corallinaceen-Habitate findet derzeit im DFG-Projekt POCAL unter Mitarbeit von Sebastian Teichert und Dr. Max Wisshak statt. Die Fahrt führte das Forschungsschiff bei bestem Wetter in zahlreiche Fjorde und Sunde und wird auch deshalb bei allen Fahrtteilnehmern in guter Erinnerung bleiben. Weitere Information entnehmen Sie bitte dem Fahrtbericht.
Teilnehmer: Prof. Dr. André Freiwald, Jannik Freiwald, Dr. Sonja Löffler, Sebastian Teichert, Dr. Max Wisshak
12.04.-19.05.06 Kiel – Cadiz (Spanien) – Lissabon (Portugal)
Eine der ersten Expeditionen des neuen Forschungsschiffes führte in den Golf von Cadiz, unmittelbar westlich der Meerenge von Gibraltar in portugiesische und marokkanische Gewässer. Aus dieser Region sind zahlreiche Schlammvulkane mit einer charakteristischen chemosynthetischen Fauna bekannt geworden. An den Flanken einiger Schlammvulkane wurden darüber hinaus subfossile Kaltwasserkorallen-Dickichte gefunden. Diesem Zusammenspiel oxischer und anoxischer Lebensgemeinschaften auf engstem Raum wollten wir im Rahmen des HERMES Projektes auf dem Grund gehen. Weitere Informationen sind dem Fahrtbericht zu entnehmen.
Teilnehmer: Prof. Dr. André Freiwald, Sarah Freund, Dr. Karl Gürs, Nina Joseph, Dr. Sonja Löffler
Wienberg C, Hebbeln D, Fink HG, Mienis F, Dorschel B, Vertino A, López Correa M, Freiwald A (2009) Scleractinian cold-water corals in the Gulf of Cádiz—First clues about their spatial and temporal distribution. Deep-Sea Research I 56: 1873-1893.
Funding Source and Period: Norwegian Research Council (2015-2019)
Coordinator: Tina Kutti
(IMR, Bergen, Norway)
Partners: Senckenberg am Meer,
IMR, NINA, NIOZ, GEOMAR
Synopsis:
The project FATE was coordinated by Tina Kutti and colleagues at the IMR in
Bergen, and comprised a Norwegian-Dutch-German research consortium. Primary focus
of the project was the impacts of global change on Norwegian cold-water coral reef
ecosystems. In a combination of laboratory and field experiments, a wealth of
environmental parameters was logged, ecophysiological characters were determined,
and settlement experiments were carried out. Seasonal patterns and impacts of
simulated ocean acidification, ocean warming, and changes in the nutrient regime on
different model organisms (corals, bivalves, sponges, bioeroders) were assessed. The
resulting data will be compiled in an elaborate ecosystem model for fostering our
knowledge of energy fluxes and interactions in cold-water coral reefs, and for facilitating
better predictions concerning the FATE of these ecosystems.
Projektleiter: Ulf Riebesell (GEOMAR, Kiel), Hans-Otto Pörtner (AWI, Bremerhaven)
SGN Projektmitarbeiter: Dr. Max Wisshak, Dr. Lydia Beuck, Prof. Dr. André Freiwald
Projektpartner: GEOMAR, AWI, MARUM, und viele mehr
Projektwebsite: http://www.bioacid.de/
Laufzeit: 2012-2015
Als assoziierte Partner in der zweiten Runde des großangelegten Deutschen Ozeanversauerungs-Forschungskonsortiums BIOACID war Max Wisshak an zwei Forschungsexpeditionen mit dem FS POSEIDON (POS 455 und 473) zu Kaltwasserriffen im Norwegischen Trondheimsfjord und dem benachbarten Norwegischen Schelf beteiligt. Mit dabei, das Tauchboot JAGO. Dabei wurde zusammen mit Kollegen des GEOMAR unter anderem ein am Senckenberg Institut entwickeltes Besiedlungsexperiment durchgeführt. Des Weiteren wurde mittels einer Kombination von Labor- und Geländeexperimenten der Kalkabbau des Korallengerüstes durch Bioerodierer quantifiziert.
BiK-F, Projekt A3.10
Kaltwasserkorallen Ökosysteme
Kei Matsuyama, Prof. Dr. André Freiwald
Bereits seit dem 18. Jahrhundert ist das Vorkommen von azooxanthellaten Korallen in tieferen Gewässern und niederen Breiten bekannt. Allerdings wurden diese erst mit dem Auftreten von hochentwickelten hydroakustischen Systemen und Tauchrobotern in den 1970ern eingehend untersucht. Auch die Untersuchung der Begleitfauna ist diesem Erforschungstrend unterworfen. Die ersten Berichte über Bryozoen aus diesem Habitat traten um die vorletzte Jahrhundertewende auf. In den letzten Jahren nahm die Erforschung der Kaltwasserkorallen-assoziierten Bryozoen zu, dabei wurden diese jedoch weit weniger intensiv untersucht als andere Tiergruppen der Begleitfauna.
Durch die Untersuchung der (Re)-Kolonisationsmuster der Kaltwasserkorallen ist es möglich, vergangene Klima- und Produktivitätsschwankungen im Nordost-Atlantik zu rekonstruieren.
Da diese Korallen als Gerüstbauer aktiv sind, locken sie eine vielfältige Fauna mit über 4000 assoziierten Arten an.Insbesondere für solche, die ein hartes Substrat zum Besiedeln benötigen, worunter auch Bryozoen fallen, stellen die Kaltwasserkorallen ein wichtiges Habitat in einem ansonsten weitestgehend von weichen Böden gekennzeichneten Milieu dar. Auch ist dieses Habitat von großer ökonomischer Bedeutung, da viele Fische hier ihre Kinderstube haben.
Funding Source and Period: DFG (2013-2016)
Coordinator: Max Wisshak (Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany)
Employee: Claudia Färber (Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany)
Partners: Richard Bromley (Bornholm, Denmark), Nikoleta Bellou (HCMR, Athens,
Greece), Christine Schönberg (AIMS, Perth, Australia), Jürgen Titschack (MARUM,
Bremen, Germany)
Qualification of Students: Ines Pyko (Diploma Thesis, Erlangen University, Erlangen,
Germany)
Synopsis: Biologically driven corrosion and abrasion of hard substrates, subsumed under
the term ‘bioerosion’, is a key process during the (re)cycling of carbonate and the
formation of calcareous sediments. Quantitative and qualitative assessments of
bioerosion are particularly relevant for carbonate budget calculations and
palaeoenvironmental evaluations, respectively. Previous bioerosion experiments were
largely limited to two years of exposure, thereby mainly recording microbial
microbioerosion (cyanobacteria, chlorophytes, fungi). However, the succession of
macroboring communities (sponges, molluscs, polychaetes), takes years to reach
equilibrium.
Centrepiece of the project was thus the integration of micro- and macrobioerosion
processes on the one hand, as well as short- and long-term bioerosion rates on the other
hand. This was based on the scanning electron microscopic and micro-computer
tomographic analysis of material provided by two previous experiments that were
carried out in the Eastern Mediterranean Sea, specifically a ½ to 1-year carbonate
cycling experiment in 15 to 250 m water depth off the southern Peloponnese, and a 1 to
14-year deployment of marble blocks in 3 to 17 m water depth around the island of
Rhodes. An add-on experiment was carried out in the intertidal and supratidal zones at
the same sites. The results foster our knowledge of the temporal variability of bioerosion
communities as well as bioerosion rates and were interpreted in respect to
bathymetrical, latitudinal, and longitudinal gradients.
Project Publications:
Färber C, Titschack J, Schönberg CHL, Ehrig K, Boos K, Baum D, Illerhaus B, Asgaard U,
Bromley RG, Freiwald A & Wisshak M (2016) Long-term macrobioerosion in the
Mediterranean Sea assessed by micro-computed tomography. Biogeosciences 13:3461 – 3474.
http://dx.doi.org/10.5194/bg-13-3461-2016
Färber C, Wisshak M , Titschack J, Schönberg CHL &Freiwald A (2016) Spatio-temporal
variability of bioerosion in the Eastern Mediterranean Sea. Rapport Commission
International Mer Mediterranee 41:349.
Färber C, Wisshak M, Pyko I, Bellou N & Freiwald A (2015) Effects of water depth,
seasonal exposure, and substrate orientation on microbial bioerosion in the Ionian Sea
(Eastern Mediterranean). PLOS ONE, 10(4), e0126495.
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0126495
Funding Source and Period: DFG (2009-2012)
Coordinator: André Freiwald (Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany)
Employee: Max Wisshak (Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany)
Partners: Christine Schönberg (AIMS, Perth, Australia), Armin Form (GEOMAR, Kiel,
Germany)
Qualification of Students: Eleni Alexandrakis (Master’s Thesis, University of Bremen,
Bremen, Germany), Nilay Sasa (Master’s Thesis, University of Bremen, Bremen,
Germany ), Neele Meyer (Bachelor’s Thesis, University of Bremen, Bremen, Germany)
Synopsis:
Coral reefs are under threat exerted by a number of interacting effects
inherent to the present climate change, including rapid ocean acidification and global
warming. Bioerosion drives reef degradation by recycling carbonate skeletal material
and is an important but understudied factor in this context. Unlike skeletal growth, we
expect bioerosion by chemical means to be facilitated in a high-CO2 world. This project focused on two of the most detrimental bioeroders, the zooxanthellate sponge Cliona
orientalis , which attacks and kills live corals on Australia’s Great Barrier Reef, and its
azooxanthellate relative Cliona celata , a dominant and widely distributed species in
higher latitudes. Complementing experiments were carried out at Orpheus Island
Research Station (GBR) and the Helgoland Alfred Wegener Institute (North Sea).
Exposure to lowered and elevated levels of pCO2 and temperature resulted in a
significant enforcement of the sponges’ chemical bioerosion capacity with increasing pCO2
and under more acidic conditions, confirming our initial hypothesis that sponge
bioerosion will be accelerated by ocean acidification – across species and latitudes,
affecting corals and molluscs alike. Temperature, in contrast, yielded inconclusive results
and did not markedly influence bioerosion rates, which were slightly reduced at both
colder as well as warmer temperatures than ambient. Considering that bioeroding
sponges often contribute the lion share of internal carbonate bioerosion on coral reefs,
our findings imply that tropical reef ecosystems are facing the combined effects of
weakened coral calcification and accelerated bioerosion, resulting in critical pressure on
the dynamic balance between biogenic carbonate build-up and degradation.
Project Publications:
Schönberg CHL, Gleason FH, Meyer N, Wisshak M (2019) Close encounters in the
substrate: when macroborers meet microborers. Facies 65: article 22, 9 p.
https://doi.org/10.1007/s10347-019-0567-2
Meyer N, Wisshak M , Schönberg CHL (2019) Sponge bioerosion versus aqueouspCO2:
morphometric assessment of chips and etching fissures. Facies 65: article 27, 20 p.
https://doi.org/10.1007/s10347-019-0558-3
Schönberg CHL, Tribollet A, Fang JKH, Carreiro-Silva M & Wisshak M (2017) Viewpoints
in bioerosion research—are we really disagreeing? A reply to the comment by Silbiger and DeCarlo (2017). ICES Journal of Marine Science 74:2494-2500.
http://doi.org/10.1093/icesjms/fsx167
Schönberg CHL, Fang JKH, Carreiro-Silva M, Tribollet A & Wisshak M (2017) Bioerosion:
the other ocean acidification problem. ICES Journal of Marine Science 74:895-925.
http://dx.doi.org/10.1093/icesjms/fsw254
Wisshak M, Schönberg CHL, Form A & Freiwald A (2014) Sponge bioerosion accelerated
by ocean acidification across species and latitudes? Helgoland Marine Research 68:253-
262
http://dx.doi.org/10.1007/s10152-014-0385-4
Dataset at PANGAEA:
http://dx.doi.org/10.1594/PANGAEA.831657
Wisshak M, Schönberg CHL, Form A & Freiwald A (2013) Effects of ocean acidification
and global warming on reef bioerosion – lessons from a clionaid sponge. Aquatic Biology
19:111-127
http://dx.doi.org/10.3354/ab00527
Dataset at PANGAEA:
http://dx.doi.org/10.1594/PANGAEA.831660
Kennedy E, Perry CT, Halloran PR, Iglesias-Prieto R, Schönberg CHL, Wisshak M, Form
AU, Carricart-Ganivet JP, Fine M, Eakin CM, Mumby PJ (2013) Avoiding coral reef
functional collapse requires local and global action. Current Biology 23:912-918
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.04.020
Wisshak M, Schönberg CHL, Form A & Freiwald A (2012) Ocean acidification accelerates
reef bioerosion. PLoS ONE 7(9): e45124
http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0045124
Dataset at PANGAEA:
Schönberg CHL and Wisshak M (2012) The perks of being endolithic. Aquatic Biology
17:1-5
http://dx.doi.org/10.3354/ab00473
DFG-Projekt: FR 1134/18
Förderperiode: 2009-2012
Sebastian Teichert, André Freiwald
Im Jahr 2006 wurden während der MSM 02/03 Expedition die nördlichsten Vorkommen coralliner Rotalgen bei 80°30’ nördlicher Breite vor Nordaustlandet entdeckt. Dieses Gebiet, sowie verschiedene andere um Spitzbergen, wurden mit dem bemannten Tauchboot Jago intensiv dokumentiert und beprobt. Coralline Algen scheinen in polaren Gewässern viel weiter verbreitet zu sein als bisher angenommen und repräsentieren somit eine einzigartige polare Karbonatfabrik. Es soll die artliche Zusammensetzung und Funktionalität dieser polaren Corallinaceen analysiert werden sowie ihre Eignung als historische Klimarekorder. Ferner sollen die Karbonatproduktionsraten quantifiziert und mit denen weiterer borealer Vorkommen verglichen werden.
Complete Sequences from cold water coral carbonate mounds in the N.E. Atlantic DFG-Projekt: FR 1134/17
Förderperiode: 2007-2011
Nina Joseph, Matthias Lopez Correa, André Freiwald
In diesem ESF-EuroCORES Netzwerkprojekt werden Sedimentkerne mit kompletten sedimentären Abfolgen durch einen postglazialen Kaltwasserkorallen-Riffkörper im nord-norwegischen Stjernsund mikropaläontologisch analysiert und gezielt datiert. Der Stjernsund-Riffkomplex wurde 2005 auf der Poseidon Expedition P325 kartiert und geologisch beprobt. CARBONATE wird von Andy Wheeler, Cork, Irland, koordiniert.
EU-RP7
Förderperiode: 2009-2012
André Freiwald, Lydia Beuck, Jürgen Titschack, Matthias Lopez Correa, Petra Wenninger
Entlang der europäischen Kontinentalränder werden Biodiversitäts-Hotspots mit modernsten Methoden kartiert, beprobt und analysiert. Zu diesen Hotspot-Ökosystemen zählen Kaltwasser-Korallenhabitate, Tiefsee Canyons, Seeberge und chemosynthetische Lebensgemeinschaften. Unsere Gruppe koordiniert das Teilprojekt Kaltwasserkorallen und Karbonatmounds. HERMIONE wird von Phil Weaver (National Oceanography Centre Southampton) koordiniert.
EU-RP7
Förderperiode: 2008-2012
André Freiwald, Lydia Beuck
Ziel des Projekts ist es, wissenschaftlich gestützte Managementmethoden hinsichtlich einer nachhaltigen Tiefseefischerei zu entwickeln. Gerade Kaltwasserkorallen Habitate gelten als sehr fischreich und zeigen daher sehr oft Schäden durch Bodenschleppnetze. In CoralFISH arbeiten Biologen, Ökosystem Modellierer und Ökonomen gemeinsam mit Vertretern aus der Hochseefischerei aus 10 EU Beitrittsstaaten zusammen. Lydia Beuck arbeitet federführend an einer EU-weiten Standardisierung von Protokollen zur Auswertung von Unterwasser-Videosequenzen, die mit bemannten Tauchbooten oder mit Tauchrobotern aufgenommen worden sind.
Funding Source and Period: DFG (2017-2020)
Coordinator: Max Wisshak (Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany)
Employee: Neele Meyer (Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany)
Partners: Evan Edinger (Memorial University, St. John’s, Canada), Jochen Halfar
(University of Toronto, Toronto, Canada), Marco Taviani (ISMAR, Bologna, Italy), Dianne
Tracey (NIWA, Wellington, New Zealand)
Synopsis:
In the understanding of biosedimentary processes, research on bioerosion is
gaining momentum, acknowledging the important role of this process in carbonate
(re)cycling, and the significant impact of the present global change (ocean acidification,
ocean warming, eutrophication) on this process. In the marine realm, investigations in
bioerosion of tropical coral reefs are far advanced, and research on temperate settings
has caught up to some degree. Studies about bioerosion of polar carbonates, in contrast,
are anecdotal and merely descriptive – despite prominent centres of cold-water
carbonate production being situated in the polar biogeographic realm. This very gap in
research is the subject of this project.
The project comprises a set of five closely interlinked objectives that are ultimately
directed towards a better understanding of the qualitative and quantitative role of
bioerosion in polar carbonate factories and depositional environments. These objectives
are (i) to elucidate the ichnodiversity of polar microbioerosion, macrobioerosion,
grazing, and attachment etching, as reflected in the various bioerosion traces found in
polar skeletal carbonates, (ii) to study the bathymetrical distribution pattern of these
bioerosion traces as a function of the photic zonation, (iii) to study the ecophysiological
tolerance limits of key bioeroders in respect to seasonality and temperature by studying
the latitudinal limits in the occurrence of their bioerosion traces, (iv) to draw a
comparison of the above aspects, both between polar bioerosion in different sites in the
Arctic, as well as between the Arctic and Antarctica, and (v) to calculate rates of polar
bioerosion for concluding a latitudinal transect of carbonate cycling experiments from
our previous projects, spanning the tropics, warm-temperate, cold-temperate, and now
also polar waters.
The study is primarily based on experimental substrates from settlement platforms that
were deployed in the Svalbard Archipelago and recovered after 10 years of exposure
during M. S. MERIAN cruises MSM 2 and 55, respectively, and on samples of marine
epibenthic calcifiers that were sampled during these cruises. For a more comprehensive
picture on polar bioerosion, the project extends the analysis from the Svalbard settings
to comparable material from the Canadian Arctic, and to carbonates sampled in the polar
Southern Ocean around Antarctica. This will, for the first time, allow a characterisation
and direct comparison of bioerosion traces and trace assemblages between the polar
regions of both hemispheres, and help us to gain a better understanding of the role of
bioerosion in the dynamics of carbonate (re)cycling in polar carbonate factories.
Project Publications:
Wisshak M, Meyer N, Radtke G & Golubic S (2018) Saccomorpha guttulata – a new
marine fungal microbioerosion trace fossil from cool- to cold-water settings. Paläontologische Zeitschrift 92:525-533.
https://doi.org/10.1007/s12542-018-0407-7
Funding Source and Period: DFG (2016)
Coordinator and Cruise Leader: Max Wisshak (Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany)
Cruise Participants: Alexander Bartholomä, Peter Holler, Neele Meyer, Hermann Neumann, Achim Wehrmann, Maik Wilsenack (all Senckenberg am Meer, Wilhelmshaven, Germany), Janina Büscher, Armin Form, Steffen Hetzinger, Karen Hissmann, Jürgen Schauer, Peter Striewsky (all GEOMAR, Kiel, Germany), Jochen Halfar (Jochen Halfar (University of Toronto, Toronto, Canada), Bart Van Heugten (Naturalis, Leiden, Netherlands), Jacek Raddatz (Frankfurt University, Frankfurt, Germany), Sebastian Teichert (GeoZentrum Nordbayern, Erlangen, Germany), Andres Rüggeberg (University of Fribourg, Switzerland)
Qualification of Students: Neele Meyer (Master’s Thesis, University of Bremen, Bremen, Germany)
Synopsis: Expedition 55 of RV MARIA S. MERIAN, referred to by the acronym ARCA, targeted on two contrasting sites of intense biogenic carbonate production in the coastal waters of the arctic Svalbard Archipelago. These are the rhodolith beds in Mosselbukta in the far North of the archipelago’s main island Spitsbergen, and the extensive biogenic carbonate sediments accumulating in the strong hydrodynamic regime of the Spitsbergen- and Bjørnøy-Banken in the South. The habitat characteristics and biosedimentary dynamics of these cold-water carbonate factories was studies along bathymetrical gradients from the intertidal to aphotic depths, following a holistic approach. The scientific disciplines and methodological tool-kit comprised hydroacoustic habitat mapping (multibeam-echosounder and sidescan-sonar surveys), visual habitat mapping (research submersible and drop-camera surveys), hydrographic investigations including assessment of the aqueous carbonate system (CTD and water samples), epibenthos inventory (beam-trawls and excursions to shore), recording of short-term environmental fluctuations and benthic community dynamics (camera- lander), classical carbonate facies analysis of source and export areas (Shipek-grabs and excursions to shore), and an evaluation of carbonate (re)cycling, including budgeting calcification versus bioerosion (recovery of a 10-year settlement experiment). The vulnerability to past and future climate change, i.e. ocean acidification and warming, is studied by means of applying and developing geochemical proxies encoded in the skeletons of calcifiers (e.g., coralline algae, balanids, bivalves), and via on-board acidification and temperature-stress experiments with a key calcifier, the habitat forming coralline alga Lithothamnion glaciale.
Project Publications:
Bajnai D, Fiebig J, Tomašových A, Milner SG, Rollion-Bard C, Raddatz J, Löffler N, Primo- Ramos C & Brand W (2018). Assessing kinetic fractionation in brachiopod calcite using clumped isotopes. Scientific Reports 8: article 533.
http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-17353-7
Hetzinger S, Halfar J, Zajacz Z, Wisshak M (2019) Early start of 20th-century Arctic sea- ice decline recorded in Svalbard coralline algae. Geology 47:963-967. http://dx.doi.org/10.1130/G46507.1
Hofmann LC & Heesch S (2018) Latitudinal trends in stable isotope signatures and carbon-concentrating mechanisms of northeast Atlantic rhodoliths. Biogeosciences 15:6139-6149.
http://dx.doi.org/10.5194/bg-15-6139-2018
Kiel V (2017) Tauchfahrt ins Archiv der Arktis. GEO 10/2017:116-129. Meyer N (2019).
Bohrende Organismen und bohrende Fragen. Natur–Forschung– Museum 149:30-32.
Wisshak M, Meyer N, Radtke G & Golubic S (2018) Saccomorpha guttulata – a new marine fungal microbioerosion trace fossil from cool- to cold-water settings. Paläontologische Zeitschrift 92:525-533.
http://dx.doi.org/10.1007/s12542-018-0407-7
Wisshak M (2019). Karbonatfabriken im Polarmeer. Natur–Forschung–Museum 149:6-11.
Wisshak M, Neumann C (2020) Dead urchin walking: resilience of an arctic Strongylocentrotus to severe skeletal damage. Polar Biology 43:391-396. https://doi.org/10.1007/s00300-020-02634-1
Wisshak M, Neumann H, Rüggeberg A,Büscher JV, Linke P, Raddatz J (2019) Epibenthos dynamics and environmental fluctuations in two contrasting polar carbonate factories (Mosselbukta and Bjørnøy-Banken, Svalbard). Frontiers in Marine Science 6: article 667.
https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00667
Wisshak M, Bartholomä A, Beuck L, Büscher J, Form A, Freiwald A, Halfar J, Hetzinger S, Heugten B van, Hissmann K, Holler P, Meyer N, Neumann N, Raddatz J, Rüggeberg A, Teichert S, Wehrmann A (2017) Habitat characteristics and carbonate cycling of macrophyte-supported polar carbonate factories (Svalbard) – Cruise No. MSM55 – June 11 – June 29, 2016 – Reykjavik (Iceland) – Longyearbyen (Norway). MARIA S. MERIAN- Berichte, MSM55, 58 pp., DFG-Senatskommission für Ozeanographie. http://dx.doi.org/10.2312/cr_msm55
