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Carbonate  counter  pump  s/mulated  by     natural  iron  fer/liza/on  in  the  Polar  Frontal     Zone

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Academic year: 2022

Aktie "Carbonate  counter  pump  s/mulated  by     natural  iron  fer/liza/on  in  the  Polar  Frontal     Zone"

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(1)

Carbonate  counter  pump  s/mulated  by    

natural  iron  fer/liza/on  in  the  Polar  Frontal     Zone  

Ian  Salter*,  Ralf  Schiebel,  Patrizia  Ziveri,  Aurore  Movellan,     Richard  Lampi>,  George  Wolff  

*Alfred-­‐Wegner-­‐Ins.tute  for  Polar  and  Marine  Science,  Bremerhaven,  Germany  

(2)

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(3)

CaCO3  producMon  in  the  surface  and  transport  to  depth     increases  atmospheric  CO2.  

 

On  millenial  Mme-­‐scales  CCP  leads  to  shiRs  in  the  verMcal     distribuMon  of    TCO2  and  TA  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(4)

Constrain  the  opposing  effects  of  these  counter-­‐acMng     components  of  the  biological  carbon  pump    

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(5)

Island-­‐associated  blooms  in  Southern  Ocean    

Iron-­‐supply  enhances  ecosystem  producMvity  and  POC  export  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(6)

Pollard  et  al.  2009  Nature  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

[+Fe]-­‐ferMlized  bloom  to  the  North;  [HNLC]  to  the  south  

+Fe  

HNLC  

(7)

POC  fluxes  enhanced  by  a  factor  of  ~2-­‐3  as  a  result  of  iron  ferMlizaMon  

 

Driven  by  resMng  spore  formaMon  of  Eucampia  antarc.ca  var  antarc.ca  

Salter  et  al.  2012  Glob.  Biogeo  Cy.  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

+Fe   HNLC  

E.  antarc)ca  var.  antarc)ca  

Organic  carbon  pump  

~x2  

~x3  

(8)

POC  fluxes  enhanced  by  a  factor  of  ~2-­‐3  as  a  result  of  iron  ferMlizaMon  

 

Driven  by  resMng  spore  formaMon  of  Eucampia  antarc.ca  var  antarc.ca  

Salter  et  al.  2012  Glob.  Biogeo  Cy.  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

+Fe   HNLC  

E.  antarc)ca  var.  antarc)ca  

Organic  carbon  pump  

(9)

-­‐  Annual  CaCO3  fluxes  were  7-­‐10  Mmes  higher  in  [+Fe]  regime    

-­‐  Large  excess  CaCO3  fluxes  than  excess  POC  fluxes  :        POC:PIC  ra/o  

POC  flux  

2-­‐3  fold  increase  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

+Fe   HNLC  

~x7   ~x10  

+Fe   +HNLC  

Inorganic  carbon  pump  

(10)

(1)    How  are  CaCO

3

 fluxes  distributed  across     different  calcifying  groups?  

   

(2)  How  significant  is  the  carbonate  counter  pump     for  iron-­‐ferMlized  sequestraMon  of  atmospheric  CO

2

?  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(11)

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(1)    How  are  CaCO

3

 fluxes  distributed  across     different  calcifying  groups?  

   

(2)  How  significant  is  the  carbonate  counter  pump    

for  iron-­‐ferMlized  sequestraMon  of  atmospheric  CO

2

?  

(12)

Methods:  

 

Coccolith-­‐derived  CaCO3    -­‐  fine-­‐fracMon  (<  20  um  and  20-­‐63  um)  Ca  (ICP-­‐AES)    Pteropod  species  enumerated,  removed  and  weighed  with  fragments  

 Foraminifera  –  automated  image  analysis  (63-­‐100  and  >100  um)  Manual  species  ID.  

 

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Coccolith   Foraminifer   Pteropods  

(13)

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(14)

Foraminifer  dominate     CaCO3flux  (35-­‐50%)    

Largest  relaMve     difference  

in  pteropod  flux      

Excess  PIC  fluxes  >  

excess  POC  fluxes  in     all  fracMons  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

(15)

Foraminifer  dominate     CaCO3flux  (35-­‐50%)    

Largest  relaMve     difference  

in  pteropod  flux      

Excess  PIC  fluxes  >  

excess  POC  fluxes  in     all  fracMons  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

(16)

Foraminifer  dominate     CaCO3flux  (35-­‐50%)    

Largest  relaMve     difference  

in  pteropod  flux      

Excess  PIC  fluxes  >  

excess  POC  fluxes  in     all  fracMons  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

(17)

Foraminifer  dominate     CaCO3flux  (35-­‐50%)    

Largest  relaMve     difference  

in  pteropod  flux      

Excess  PIC  fluxes  >  

excess  POC  fluxes  in     all  fracMons  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

(18)

Foraminifer  dominate     CaCO3flux  (35-­‐50%)    

Largest  rela/ve     difference  

in  pteropod  flux      

Excess  PIC  fluxes  >  

excess  POC  fluxes  in     all  fracMons  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

(19)

Foraminifer  dominate     CaCO3flux  (35-­‐50%)    

Largest  relaMve     difference  

in  pteropod  flux      

Excess  PIC  fluxes  >  

excess  POC  fluxes  in     all  fracMons  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

(20)

N.  Pachyderma  dominate  foram-­‐CaCO3  fracMon    

Larger  species  more  important  at  iron  ferMlized  site    

Changes  in  foram-­‐CaCO3:  (i)  increase  producMon  (ii)  assemblage  shiRs  

         

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(21)

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(1)    How  are  CaCO

3

 fluxes  distributed  across     different  calcifying  groups?  

   

(2)  How  significant  is  the  carbonate  counter  pump    

for  iron-­‐ferMlized  sequestraMon  of  atmospheric  CO

2

?  

(22)

Atmosphere Surface Ocean

Deep-Ocean

CO2

(i) Removal of CO2 plankton POC export – biological carbon pump (ii) Production of CaCO3 above ventilation depth - conservative

Ventilation depth

(iii) POC:PIC ratio

(v) Ψ = CO2 released:CaCO3 precipitated

No correction For dissolution

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(23)

Atmosphere Surface Ocean

Deep-Ocean

CO2

(i) Removal of CO2 plankton POC export – biological carbon pump (ii) Production of CaCO3 above ventilation depth - conservative

Ventilation depth

(iii) POC:PIC ratio

(v) Ψ = CO2 released:CaCO3 precipitated

No correction For dissolution

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

1.  {[(gross  CO2  sink)-­‐(net  CO2  sink)]/(gross  CO2  sink)}*  100   2.  Gross  CO2  sink=  (FPOCWML)  

3.  Net  CO2  sink  =  [(FPOCWML)  -­‐  (FPICWML  x  Ψ  )  

 

(24)

Expressed  as  %  reducMon  in  deep-­‐ocean  CO2  storage    

CCP  effect:  6-­‐32%  in  [+Fe]  region                                              1-­‐4%  in  [HNLC]  region  

       

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(25)

Importance  of  bloom  locaMon  

 SAF  transiMon  from  Si  to  CaCO3  dominated  producMon/export    Si:PIC  raMos  characterisMc  of  PFZ  

 

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  SI  

(26)

   

[+Fe]  PFZ  unique  :  opal  dominated  export,  excess  PIC  over  POC  fluxes  

 CCP  due  to  increases  in  PIC  producMon/transport  relaMve  to  both  Si  and  POC  

           

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Southern  Ocean  data  compila)on  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.  

(27)

   

[+Fe]  PFZ  unique  :  opal  dominated  export,  excess  PIC  over  POC  fluxes  

 CCP  due  to  increases  in  PIC  producMon/transport  relaMve  to  both  Si  and  POC  

           

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Southern  Ocean  data  compila)on  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.   Opal  

CaCO3  

(28)

   

[+Fe]  PFZ  unique  :  opal  dominated  export,  excess  PIC  over  POC  fluxes  

 CCP  due  to  increases  in  PIC  producMon/transport  relaMve  to  both  Si  and  POC  

           

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Southern  Ocean  data  compila)on  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.   Opal  

CaCO3   POC  

PIC  

(29)

   

[+Fe]  PFZ  unique  :  opal  dominated  export,  excess  PIC  over  POC  fluxes  

 CCP  due  to  increases  in  PIC  producMon/transport  relaMve  to  both  Si  and  POC  

           

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Southern  Ocean  data  compila)on  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.   Opal  

CaCO3   POC  

PIC  

(30)

   

[+Fe]  PFZ  unique  :  opal  dominated  export,  excess  PIC  over  POC  fluxes  

 CCP  due  to  increases  in  PIC  producMon/transport  relaMve  to  both  Si  and  POC  

           

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Southern  Ocean  data  compila)on  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.   Opal  

CaCO3   POC  

PIC  

(31)

   

[+Fe]  PFZ  unique  :  opal  dominated  export,  excess  PIC  over  POC  fluxes  

 CCP  due  to  increases  in  PIC  producMon/transport  relaMve  to  both  Si  and  POC  

           

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Southern  Ocean  data  compila)on  

Salter  et  al.  2014  Nat.  Geosci.   Opal  

CaCO3   POC  

PIC  

(32)

SUMMARY  and  Acknowledgements   [+Fe]  enhances  CaCO3  flux  in  PFZ  

 Foraminifer  dominant  CaCO3  flux  fracMon  

 EffecMve  CO2  transfer  by  BCP  may  be  reduced  10-­‐30%  

 POC:PIC  <  1  in  Si:PIC>1  unique  to  polar  frontal  zone  iron  ferMlizaMon  

Further  Acknowledgments   -­‐  Raymond  Pollard  (NOC)   -­‐  Richard  Sanders  (NOC)    

 

Thank  you  for  your  a_en/on  

(33)

Test-­‐size  distribuMons    

Size-­‐normalized  test  weights      

Foram-­‐CaCO3  flux  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(34)

LGM  increases  in  export  occurred  in  sub-­‐antarcMc  zone    

Increases  in  OC  export  were  possibly  accompanied  by   a  strengthened  carbonate  counter  pump  

 Decreased  significance  of  BCP  for  regulaMng  glacial   Interglacial  tranisiMons  in  atmospheric  CO2  

 

Kohfeld  et  al.  2005  Science  

MarMnez-­‐Garcia  et  al.  2014  Science  

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

(35)

INTRODUCTION          AIMS                METHODS                    RESULTS  &  DISCUSSION  

Southern  Ocean  data-­‐set   compiled  

   

Classified  in  rela/on   to  frontal  posi/on  

(36)
(37)
(38)
(39)

-­‐6   -­‐4   -­‐2   0   2   4   6   8   10   12   14  

Increase  with  depth  

POC:PIC  Increase  with  depth  

72%  

28%  

POC:PIC  increase  with  depth  

POC:PIC  decrease  with  depth  

POC:PIC  CHANGES  WITH  DEPTH  FROM  MULTI-­‐TRAP  DEPTH  MOORINGS  

Referenzen

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