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Organic carbon, biogenic silica and diatom fluxes in the marginal winter sea-ice zone and in the Polar Front Region: interannual variations and differences in composition

2002; Elsevier BV; Volume: 49; Issue: 9-10 Linguagem: Francês

10.1016/s0967-0645(02)00009-7

1879-0100

Gerhard Fischer, Rainer Gersonde, Gerold Wefer,

Arctic and Antarctic ice dynamics

Particle fluxes and composition were examined over 5 years at two mooring sites in the Polar Front Region (site PF: 50°09.S, 5°50.E) and in the marginal winter sea-ice zone (site BO: 54°30.S, 3°20.W) in the eastern Atlantic Sector of the Southern Ocean. Seasonality, interannual variability and the magnitude of total mass fluxes were higher at site BO compared to PF. Five-year averages and standard deviations (1σ) of total mass fluxes were 19.6±18.5 and 24.8±29.9 g m−2 at PF and BO, respectively. Peak fluxes at site BO occurred in January 1995, but the highest peak was measured in February 1991 (almost 1300 mg m−2 d−1) followed by post-bloom sedimentation in March through May. This would imply a time shift of several months between the onset of sea-ice retreat in October and major sedimentation events recorded in January/February with the upper BO traps. At site PF, highest fluxes of about 500 mg m−2 d−1 were found between December and March. Blooms at site BO, influenced by sea ice as indicated by diatom species composition, seem to occur more sporadically (e.g., in 1991 and 1995). Annual diatom fluxes were 11.8×106 and 20×106 valves m−2 during the deployments PF3 (1990) and BO1 (1991), respectively. At PF3, Fragilariopsis kerguelensis (37%) and Thalassionema nitzschioides fo1 (26.5%) dominated diatom flux, while F. kerguelensis (29%) and sea-ice-related algae (40%) were the main contributors to total diatom flux at site BO. During deployment BO1, the bloom collected in February was characterized by a very high molar Si:C of 8.8 that decreased almost continuously during the post-bloom phase, reaching a value of 1 in May. This change, however, was not documented in diatom species composition. We obtained a significant linear increase of biogenic opal with organic carbon fluxes at site PF and a highly significant but exponential relationship at site BO. Higher annual total mass fluxes were recorded at site BO, primarily due to elevated opal and lithogenic fluxes, corresponding to a higher silicate availability in the southern Antarctic Circumpolar Current. In contrast, higher mean organic carbon fluxes were obtained at site PF in accordance with elevated primary production and biomass. We obtained a three-fold higher molar Si:C ratio (5-year mean) for sinking particles collected with the upper BO traps (Si:C=4.0) compared to the PF (Si:C=1.3), consistent with the general pattern of Si and Fe availability. In particular at site BO, the Si:C ratios were usually high, even when accounting for organic carbon decay and biogenic silica (BSi) dissolution in the upper water column. At this study site, the Si:C ratios increased with lithogenic fluxes. Les flux et la composition des particules collectées sur deux sites de mouillage du secteur Est Atlantique de l'Océan Austral situés dans la région du Front Polaire (site PF: 50°09.S, 5°5°.E) et dans la zone marginale de la glace de mer hivernale (site BO: 54°30.S, 3°20.W) ont été étudiés sur une période de cinq ans. La saisonnalité, la variabilité inter-annuelle et l'ordre de grandeur des flux de masse sont plus élevés au site BO qu'au site PF. Les valeurs moyennes sur cinq ans et les écarts-types associés (1σ) sont respectivement de 19.6±18.5 g m−2 et de 24.8±29.9 g m−2 pour les sites PF et BO. Au site BO, des fluctuations importantes du flux sont observées en Janvier 1995 mais les valeurs les plus élevées des flux ont été mesurées en Février 1991 (de l'ordre de 1300 mg m−2j−1) suivies d'une sédimentation post-bloom de Mars à Mai. Ce phénomène suggère un décalage temporel de plusieurs mois entre le retrait de la glace de mer, qui débute en Octobre, et les épisodes de sédimentation importants enregistrés en Janvier/Février dans le piège supérieur du site BO. Au site PF, les flux élevées (de l'ordre de 500 mg m−2 j−1) sont observés entre Décembre et Mars. Les périodes de bloom au site BO, influencées par la glace de mer, comme le montrent les assemblages de diatomées, surviennent sporadiquement (par ex. en 1991 et 1995). Les flux annuels de diatomées mesurés pendant les déploiements de PF3 (1990) et de BOI (1991) sont respectivement de 11.8×106 et de 20×166 valves m−2. Au site PF3, Fragilariopsis kerguelensis (37%) et Thalassionema nitzschioides fo1 (26.5%) dominent les flux de diatomées, alors qu'au site BO, F. kerguelensis (29%) et les algues associées á la glace de mer (40%) contribuent majoritairement au flux total de diatomées. Pendant le déploiement de BO1, le bloom collecté en Février est caractérisé par un rapport Si:C élevé (8.8). La valeur de ce rapport décroı̂t de façon quasi-continue pendant la période post-bloom, pour atteindre la valeur de 1 en Mai. Cette tendance n'a toutefois pas été enregistrée dans la composition des espèces de diatomées. Au site PF, nous avons observé une augmentation linéaire significative des flux d'opale biogénique avec ceux de carbone organique alors qu'au Site BO, ces deux paramètres montrent une relation exponentielle statistiquement très significative. Les flus de masse totaux annuels les plus élevés ont été collectés au site BO et sont dus principalement aux d'opale et lithogéniques importants, associés á une grande disponibilité en silice dans la zone du courant Circumpolaire Antarctique. Par contre au site PF, les valeurs du flux moyen de carbone organique sont plus élevées qu'au site BO en accord avec une production primaire et une biomasse plus élevées. Le rapport Si:C (moyenné sur cinq ans) est plus élevé d'un facteur 3 pour les particules collectées dans le piège supérieur du site BO (Si:C=4) par rapport á celui observé au site PF (Si:C=1.3). Ce résultat est consistant avec la distribution de la disponibilité en Si et en Fer dans les deux zones. En particular, pour le site BO, les valeurs du rapport Si:C restent exceptionnellement élevées, même lorsque la reminenéralisation du carbone organique et la dissolution de la silice biogénique dans les couches supérieures de la colonne d'eau sont prises en compte. A ce site d'étude, les rapports Si:C augmentent avec les flux lithogéniques.