Aspects of the biological carbon pump in the Atlantic sector of the Arctic: Aggregation, vertical flux and pelagic-benthic coupling

Abstract

The biological carbon pump (BCP) is a major component of earth’s biogeochemical cycle. In the Arctic, increasing air temperatures, declining sea-ice cover, and increasing influence of boreal water masses and coastal runoff lead to changes in Arctic ecosystems, with consequences for the BCP. To get a holistic understanding of the BCP, it is important to integrate findings from disciplines that tackle different aspects of its functioning and possible response to climate change. In this thesis, the results from a benthic study on the Northeast Greenland shelf, a seasonal vertical flux study in the northwestern Barents Sea, and aggregation experiments in a sub-Arctic fjord are integrated to get a holistic understanding of some mechanisms of the BCP and pelagic-benthic coupling in the Arctic. The key findings of this thesis are: 1) on the Northeast Greenland shelf, benthic ecosystems depend on organic matter sinking from the pelagic, and pelagic-benthic coupling might have weakened since the 1990s; 2) in the northwestern Barents Sea; the composition of vertical flux between spring and summer differ highly from each other, with fresh, Chlorophyll-a-rich sinking particles dominated by diatoms during spring, and more regenerated particles sinking during summer, dominated by fecal pellets and flagellates. The efficiency of vertical flux is lower in summer compared to spring; 3) aggregation of dissolved organic matter (DOM) can be an important contributor to the particle pool, and this contribution changes seasonally, being higher in summer compared to spring. Integrating the findings of this thesis, some mechanisms of the BCP are summarized and pelagic-benthic coupling across different Arctic shelves are compared, concluding that the BCP will probably respond individually to climate change on the different Arctic shelves due to a range of mechanisms that control the BCP differently on regional levels.

Den biologiske karbonpumpen er viktig for verdens biogeokjemiske syklus. I Arktis, økende lufttemperatur, avtagende havis og økende innflytelse av boreale vannmasser og kystavrenning skal ha konsekvenser for økosystemer og for karbonpumpen. For å få en omfattende forståelse av biologiske karbonpumpen, må vi integrere funn fra flere disipliner som behandler forskjellige aspekter av funksjonen og mulig respons av biologiske karbonpumpen til klimaendringene. I denne PhD oppgaven, resultatene fra en studie om bentiske samfunn i Nordøstgrønland, en studie om vertikalfluks i forskjellige sesonger i nordvestlige Barentshavet, og aggregasjonseksperimenter i en sub-arktisk fjord er innlemmet for å få en helhetlig forståelse av mekanismene i biologiske karbonpumpen og pelagisk-bentiske koblingen. Nøkkelfunnene er: 1) pelagisk-bentiske koblingen i Nordøstgrønland har trolig avtatt; 2) i nordvestlige Barentshavet, komposisjon av vertikalfluks er veldig forskjellig mellom vinter, vår og sommer. I våren sinker Chlorophyll-a-rike, diatomeen-dominerte partikler ut. I sommeren er partikler dominert av fekale og flagellater. Karbonpumpen er mindre effektivt i sommeren fordi det er flere partikler i vannsøylen, men vertikalfluks er ikke høyre enn i våren. 3) Aggregasjon av oppløst organiske material kan være et viktig bidrag til partikkel (pool), og dette bidraget endres sesongmessig, og er høyest i sommeren. I syntesen av denne oppgaven, forskjellige mekanismer av biologiske karbonpumpen er oppsummert og pelagisk-bentiske koblingen på tvers av ulike arktiske sokkel sammenlignes. For å konkludere, den biologiske karbonpumpen vil sannsynligvis reagere på forskjellige måter til klimaendringene på tvers av forskjellige arktiske sokkel, fordi en rekke mekanismer kontrollerer karbonpumpen på regionale nivåer.