58 research outputs found
seacarbx - seacarb extension for deep-time carbonate system calculations
No full textseacarbx is a seacarb extension written in R, which enables to use seacarb (Gattuso et al., 2019) for deep-time carbonate system calculations or for culturing studies carried out in seawater with modified [Mg2+] and [Ca2+]. For this, the functions carb, K0, K1, K2, Ks, Kw, Kb, Kspa, and Kspc were modfied to account for the effect of seawater [Mg2+] and [Ca2+] on the dissociation constants of carbonic and boric acid. In addition to the modified functions, seacarbx contains MyAMI that are tabulated parameters defining the temperature and salinity dependencies of the conditional equilibrium constants for [Mg2+] and [Ca2+] in the range 1–60 mM (from Hain et al., 2015, 2018), as well as a function for bilinear interpolation.Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG – German Research Foundation) through a research project (no. RA 2068/4-1) granted to Markus Raitzsch
seacarbx - seacarb extension for deep-time carbonate system calculations
No full textseacarbx is a seacarb extension written in R, which enables to use seacarb (Gattuso et al., 2019) for deep-time carbonate system calculations or for culturing studies carried out in seawater with modified [Mg2+] and [Ca2+]. For this, the functions carb, K0, K1, K2, Ks, Kw, Kb, Kspa, and Kspc were modfied to account for the effect of seawater [Mg2+] and [Ca2+] on the dissociation constants of carbonic and boric acid. In addition to the modified functions, seacarbx contains MyAMI that are tabulated parameters defining the temperature and salinity dependencies of the conditional equilibrium constants for [Mg2+] and [Ca2+] in the range 1–60 mM (from Hain et al., 2015, 2018), as well as a function for bilinear interpolation.Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG – German Research Foundation) through a research project (no. RA 2068/4-1) granted to Markus Raitzsch
Mg/Ca, B/Ca and U/Ca in shells of benthic foraminifers: Tracers of temperature and seawater carbonate chemistry
No full textMg/Ca ratios in benthic foraminiferal shells are frequently used in paleoceanographic studies to estimate past bottom water temperatures. Apart from temperature, other factors may exert additional influences on foraminiferal Mg/Ca. These include the Mg/Ca ratio of seawater, partial dissolution of shell calcite, salinity, physiological effects, and, probably of capital importance, the carbonate chemistry of seawater. In this context, the separate effects of temperature and seawater carbonate chemistry on the magnesium incorporation into benthic foraminiferal calcite are unraveled and quantified in this thesis. Further, B/Ca and U/Ca in benthic foraminifers were investigated as potential carbonate system proxies that may be used to correct for the carbonate ion effect on Mg/Ca
Mg/Ca, B/Ca und U/Ca in Schalen benthischer Foraminiferen: Indikatoren für Temperatur und Karbonatchemie des Meerwassers
No full textMg/Ca ratios in benthic foraminiferal shells are frequently used in paleoceanographic studies to estimate past bottom water temperatures. Apart from temperature, other factors may exert additional influences on foraminiferal Mg/Ca. These include the Mg/Ca ratio of seawater, partial dissolution of shell calcite, salinity, physiological effects, and, probably of capital importance, the carbonate chemistry of seawater. In this context, the separate effects of temperature and seawater carbonate chemistry on the magnesium incorporation into benthic foraminiferal calcite are unraveled and quantified in this thesis. Further, B/Ca and U/Ca in benthic foraminifers were investigated as potential carbonate system proxies that may be used to correct for the carbonate ion effect on Mg/Ca
Population dynamics of benthic foraminifera in the intertidal mudflat of Northern Germany
No full textThe population dynamics of benthic foraminifera from the intertidal mudflat near
Dorum-Neufeld in Northern Germany was examined. The study covered the period
from September 2011 – July 2012. Biweekly, sediment samples were taken from four
spatially distributed sites covering an area of approximately 100,000 m2 in the mudflat.
Three benthic species are known to dominate the foraminifer population in the study
area: Ammonia aomoriensis (Asano, 1951), Haynesina germanica (Ehrenberg, 1840)
and Elphidium williamsoni (Haynes, 1973). The aim of this study is to obtain a longterm
overview of the population dynamics of the three species and to gain information
on the reproduction period for each species, thus providing constrains for optimizing
sampling strategies for laboratory cultures. Coexistence and competition for resources
among the three dominant foraminifer species in the benthic realm is analyzed.
The very high abundance of living foraminifers in the mudflat in May and June with a
maximum in May for both A. aomoriensis and H. germanica is observed. The fact that
the higher abundance, starting in March and declining in June, is observed at all four
sampling locations substantiates this finding. The population dynamics in the intertidal
mud flats of Dorum-Neufeld has not been systematically analyzed before and now
confirms assumptions previously derived from observations in laboratory stock cultures.
In contrast, E. williamsoni has a completely different lifecycle than A. aomoriensis and
H. germanica with higher reproduction in colder months between September and
March. It is present throughout the year and distributed patchier in all stations.
The most appropriate time for sampling foraminifers for culture experiments is between
May and June for A. aomoriensis and H. germanica and from September until March
for E. williamsoni.
The abundance of E. williamsoni does not show a peak during May and June like A.
aomoriensis and H. germanica, but exhibits the highest abundance during winter months. This means that either E. williamsoni competes with A. aomoriensis and H.
germanica or that a colder climate favors the reproduction of E. williamsoni. In
contrast, the similar abundance peak of A. aomoriensis and H. germanica suggests that
these species coexist without competing with each other, maybe due to the use of
different food sources.
Haynesina germanica and E. williamsoni are both cleptoplasts, they are able to use
diatom chloroplasts for photosynthesis. This adaptation might grant these two species
an ecological niche alongside A. aomoriensis in the intertidal mudflat ecosystem.
The sediments from Dorum that exclusively consist out of muddy, non-cohesive silt to
fine sand plays a role in the relatively high Foraminifer densities, but very low species
richness.
In this study, regarding to temperature reconstruction with the help of fossil
Foraminifera, the calculated average temperature is ̴ 10° C higher, than the measured
average temperature which shows that population dynamics have a significant influence
on possible temperature reconstructions with proxy signals (e. g. Mg/Ca).A presente tese de Mestrado examinará a dinâmica populacional de foraminíferos
bentónicos, numa zona intertidal lodosa, próxima de Dorum-Neufeld, no norte da
Alemanha.
Os foraminíferos bentónicos são Protistas comuns, que habitam quase todos os
ambientes bentónicos. Apesar da sua distribuição ubíqua são biologicamente versáteis.
A sua distribuição e abundância são influenciadas por parâmetros físicos, químicos e
biológicos, o que os transforma em excelentes ferramentas para interpretações
ecológicas e ambientais. Possuem ainda um potencial de preservação excelente no
registo fóssil, podendo fornecer informações credíveis para compreender as alterações
em ambientes marinhos, ocorridos no passado histórico e geológico.
O estudo da dinâmica populacional preenche a lacuna entre as características
individuais de um organismo na população e a dinâmica da população como um todo.
Esta ciência tem a função investigar as alterações ocorridas nas populações em termos
de tamanho e composição etária, a curto e longo prazo, fornecendo deste modo bases
para futuros estudos.
O objetivo desta investigação é a obtenção a médio-termo, da dinâmica populacional de
três espécies de foraminíferos bentónicos. Pretende-se ainda obter informações sobre o
período reprodutivo de cada espécie, no sentido de restringir os períodos ideais de
amostragem, de modo a proceder à colheita de espécimes para cultura em laboratório.
Serão ainda analisadas, a coexistência e competição entre as três espécies de
foraminíferos bentónicos dominantes neste ambiente.
A amostragem para a realização deste estudo decorreu entre Setembro de 2011 e Julho
de 2012. Bimensalmente, amostras de sedimento superficiais foram colhidas em quatro
locais, espacialmente distribuídos na planície lodosa próxima de Dorum-Neufeld,
cobrindo uma área aproximada de 100.000 m2. Serão analisadas três espécies de foraminíferos bentónicos, que são já conhecidas por dominar a população na área de
estudo, nomeadamente: Ammonia aomoriensis, Haynesina germanica e Elphidium
williamsoni.
Os valores de abundância mais significativos de foraminíferos vivos, na planície lodosa,
ocorreram entre Maio e Junho, para as espécies A. aomoriensis e H. germanica. Este
resultado mostra sem ambiguidade, que estas espécies apresentam o seu período de
maior reprodução durante estes dois meses. Este resultado é ainda reforçado pelo
aumento de abundância destas espécies, que se inicia em Março e diminui em Junho, em
todos os locais de amostragem.
As maiores abundâncias de foraminíferos observadas em Maio e Junho podem estar
relacionadas com o aumento de alimento disponível, nomeadamente forte aumento de
fitoplâncton durante a primavera ou aumento das descargas de água-doce. Deve notarse,
contudo, que a classe de tamanho inferior, entre 90-125 μm (considerada a fração
juvenil dos foraminíferos), possui o seu pico reprodutivo em Maio em todas as estações,
e após este período a sua abundância decresce, ao passo que na classe de tamanho
seguinte (125-250 μm) o maior pico de abundância se prolonga por mais tempo. Em
alguns casos, o pico de abundância da classe de tamanho 125-250 μm começa logo após
o pico de abundância dos juvenis. Estes dois eventos estão possivelmente relacionados
com o crescimento dos juvenis, que são posteriormente adicionados à fração de
tamanho maior (125-250 μm). Em culturas de laboratório das espécies de A.
aomoriensis e H. germanica realizadas no Instituto Alfred Wegener (Alemanha), o
conhecimento prático demonstrou que os foraminíferos juvenis conseguem num dia
construir uma nova câmara da sua carapaça. Esta informação pode permitir determinar o
momento exato de maior reprodução, através do cálculo do número de câmaras
existentes num foraminífero juvenil, por exemplo, um foraminífero com 10 câmaras era
um juvenil à 10-20 dias atrás.
Elphidium williamsoni possui um ciclo de vida completamente diferente das espécies A.
aomoriensis e da H. germanica. Esta espécie apresentou as maiores abundâncias nos meses mais frios, entre Setembro e Março, no entanto, ocorreu durante todo o ano,
apresentando variações de abundância em todas as estações analisadas.
O melhor período do ano para amostragem de foraminíferos para cultura em laboratório
é entre Maio e Junho para as espécies A. aomoriensis e H. germanica, e entre Setembro
e Março para a espécie E. williamsoni.
Em termos de competição e coexistência, E. williamsoni não apresenta aumento
significativo de abundância durante os meses de Maio e Junho, como se verificou para
as espécies A. aomoriensis e H. germanica. Isto poderá indicar que E. williamsoni
compete diretamente com A. aomoriensis e H. germanica ou que o clima mais frio
favorece a sua reprodução. Por outro lado, os picos de abundância similares
apresentados por A. aomoriensis e H. germanica sugerem que estas espécies coexistem
no mesmo ambiente não havendo competição entre elas, talvez devido ao uso de
diferentes tipos de alimento.
A influência do tamanho dos grãos de sedimento na densidade e na diversidade das
associações de foraminíferos continua a ser controverso. Tipicamente, num ambiente
com correntes fortes os sedimentos são mais grosseiros, enquanto correntes mais fracas
permitem a sedimentação de material mais fino. Uma grande amplitude da maré em
zonas de planície lodosa pode também ser considerada um importante fator limitante,
devido à energia variável que controla a sedimentação, resultando na deposição de
sedimentos finos em cima de sedimentos mais grosseiros. O que está de acordo com os
sedimentos superficiais da planície lodosa de Dorum, que é composta por sedimentos
lodosos não coesivos a areia fina. Baseado nas observações de densidade e diversidade
das associações de foraminíferos bentónicos, pode ser assumido que substratos
grosseiros (silte + argila <12-13%) favorecem o estabelecimento dos foraminíferos
epifaunais. Outros estudos, no entanto, revelam que quer a densidade quer a riqueza
específica estão claramente relacionados com o tamanho dos grãos de sedimento:
quanto maior for o grão, menor a densidade e a riqueza especifica e vice-versa. Os
resultados obtidos neste estudo revelaram ser diferentes. A densidade de foraminíferos bentónicos é relativamente elevada, mas a riqueza específica é muito baixa. Apenas três
espécies de foraminíferos bentónicos ocorrem na planície lodosa de Dorum. Isto poderá
estar relacionado com as severas condições físicas de hidrodinâmica que apenas
permitem a sobrevivência e desenvolvimento de espécies muito tolerantes.
Isto poderá explicar a existência de H. germanica num ambiente fisicamente controlado
como a planície lodosa de Dorum, onde existe uma elevada turbulência hidrodinâmica.
Outra explicação poderá estar relacionada com o facto de a H. germanica e o E.
williamsoni serem cleptoplásticos, isto é, são capazes de usar cloroplastos de
diatomáceas para fazer fotossíntese. Esta adaptação poderá conceder a estas duas
espécies um nicho ecológico em paralelo com a A. aomoriensis no ecossistema da
planície lodosa.
Quando são efetuadas reconstruções de temperatura com base em foraminíferos fósseis
(ex. Mg/Ca), a dinâmica de populações poderá ter uma influência significativa nos
valores obtidos. O sinal do registo geoquímico é obtido, normalmente, a partir do
registo químico total, que representa a média de crescimento de numerosos indivíduos
durante diferentes períodos, isto sob a influência de diferentes condições ambientais. No
entanto, o registo obtido é um sinal médio que não tem em conta as variações sazonais
de abundância. Quando são investigados foraminíferos fósseis, para a maior parte das
espécies, não é conhecido o seu pico de abundância durante o ano.
Neste estudo, o cálculo da temperatura média (23.4ºC) é aproximadamente 10ºC
superior ao valor de temperatura média registado para esta área, que é de 13.4ºC. O que
vem demonstrar que é importante conhecer as variações populacionais dos
foraminíferos, de modo a melhorar e compreender os indicadores (proxies)
geoquímicos, assim como a sua fiabilidade e limitação.
A dinâmica populacional na planície lodosa de Dorum-Neufeld nunca tinha sido
analisada de uma forma sistemática, confirmando com este estudo os pressupostos
anteriormente assumidos com base em observações realizadas em cultura de laboratório
tracers of temperature and seawater carbonate chemistry
No full textMg/Ca ratios in benthic foraminiferal shells are frequently used in paleoceanographic studies to estimate past bottom water temperatures. Apart from temperature, other factors may exert additional influences on foraminiferal Mg/Ca. These include the Mg/Ca ratio of seawater, partial dissolution of shell calcite, salinity, physiological effects, and, probably of capital importance, the carbonate chemistry of seawater. In this context, the seperate effects of temperature and seawater carbonate chemistry on the magnesium incorporation into benthic foraminideral calcite are unraveled and quantified in this thesis...thesi
Reassessment and applications of the Mg/Ca - δ18Oc proxy system recorded in shells of the Arctic planktonic foraminifera <i>Neogloboquadrina pachyderma</i>
No full textObservation-based reconstructions of Arctic sea surface temperatures in response to changing climate boundary conditions are critical to constrain climate sensitivity and evaluate the uncertainties of model simulations. On long and pre-instrumental timescales, this is only possible by employing climate proxies. Yet, most proxies of essential climate variables, such as sea surface temperatures (SST), suffer from limitations when applied to cold temperatures that characterize Arctic environments. These limitations prevent us from constraining uncertainties for some of the most sensitive climate tipping points that can trigger rapid and dramatic global climate change such as Polar Amplification, the disruption of AMOC, sea ice loss, and permafrost melting that are intrinsic to the polar regions. Here, we present a new approach to reconstructing sea surface temperatures (SST) using paired Mg/Ca - δ18Oc recorded in shells of the Arctic planktonic foraminifera Neogloboquadrina pachyderma. We show that in this proxy system, the Mg/Ca – palaeothermometry is affected by variations in seawater carbonate chemistry, which can be successfully quantified and removed from paleotemperature reconstructions allowing a reassessment of the absolute temperature and the magnitude of marine polar amplification to climate forcing on glacial-interglacial timescales. By applying this novel approach to existing records, we show that the magnitude of high latitude SST cooling during glacial periods has been underestimated and that the new estimate of SST change between the Late Holocene and the LGM exceeds model-based estimates of marine polar amplification by up to 3.0 ±1.0˚ C. Our findings open up opportunities to better constrain the oceanic carbonate system enabling a quantification of high-latitude ocean-atmosphere carbon exchange as well as to benchmark the performance of CMIP6 and future generations of climate models
Sample locations, CTD data, mean spring and annual temperatures and salinities from World Ocean Atlas (WOA, 2001), and ICP-OES Mg/Ca data
No full textDue to its strong gradient in salinity and small temperature gradient the Mediterranean provides an ideal setting to study the impact of salinity on the incorporation of Mg into foraminiferal tests. We have investigated tests of Globorotalia inflata and Globigerina bulloides in plankton tow and core top samples from the Western Mediterranean using ICP-OES for bulk analyses and LA-ICP-MS for analyses of individual chambers in single specimens. Mg/Ca observed in G. inflata are consistent with existing calibrations, whereas G. bulloides had significantly higher Mg/Ca than predicted, particularly in core top samples from the easterly stations. Scanning Electron Microscopy and Laser Ablation ICP-MS revealed secondary overgrowths on some tests, which could explain the observed high core top Mg/Ca. We suggest that the Mediterranean intermediate and deep water supersaturated with respect to calcite cause these overgrowths and therefore increased bulk Mg/Ca. However, the different species are influenced by diagenesis to different degrees probably due to different test morphologies. Our results provide new perspectives on reported anomalously high Mg/Ca in sedimentary foraminifera and the applicability of the Mg/Ca paleothermometry in high salinity settings, by showing that (1) part of the signal is generated by precipitation of inorganic calcite on the foraminifer test due to increased calcite saturation state of the water and (2) species with high surface-to-volume shell surfaces are potentially more affected by secondary Mg-rich calcite encrustation
(Table 1) Mean spring and annual temperatures and salinities from World Ocean Atlas (WOA, 2001), and Mg/Ca data sampled at multicorer stations from POSEIDON cruise 334
No full textWOA01 spring: Core top calcification temperature and salinity for G. bulloides: Average spring (April-June) T and S in 20-200 m water depth.
WOA01 annual: Core top calcification temperature and salinity for G. inflata: Average annual T and S in 20-500 m water depth
(Table 1) CTD data, mean spring and annual temperatures and salinities from World Ocean Atlas (WOA, 2001), and Mg/Ca data, sampled with a multinet at station 74 and 81 from POSEIDON cruise 334
No full text* = G. bulloides only calcifies in the uppermost part of the water column. Hence, specimens from deeper tows are expected to be similar to the shallow ones. This is also indicated by most samples except for this one. Its value is more than 2 standard deviations away from the average G. bulloides Mg/Ca ratios for this tow location. Hence, although no indications are present that this sample was contaminated, it was excluded from further consideration
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