Construction of food web on flare and non-flare locations in Svalbard fjords using stable isotopes of carbon, nitrogen and sulfur

Abstract

Økosystemet i Arktis-Barentshavet har en sterk sesongbasert primærproduksjon, og det bentiske økosystemet er i stor grad avhengig av energi som transporteres fra den epipelagiske sonen til havbunnen gjennom pelagisk-bentisk koblinger. De siste tiårene har det imidlertid blitt hevdet at «cold seeps» – lokaliteter på havbunnen hvor det siver ut reduserte forbindelser – kan ha en vesentlig økologisk betydning i det større økosystemet i Arktis-Barentshavet, ved å støtte næringskjeden med kjemosyntetisk produsert karbon. Utslipp av gass har blitt registrert ved akustiske undersøkelser flere steder i fjorder på Svalbard. Disse gasslokalitetene har ikke blitt studert fra et biologisk eller økologisk perspektiv, og det er derfor usikkert i hvilken grad kjemosyntetisk karbon er en del av det bentiske næringsnettet i disse økosystemene.

Formålet med denne studien er å fylle dette kunnskapshullet ved å undersøke betydningen av kjemosyntetisk karbon i bentiske næringsnett i Svalbard-Barentshavet. Analyse av stabile isotoper av karbon (C), nitrogen (N) og svovel (S) ble utført i bentisk fauna på ulike trofiske nivåer fra både gass- og kontrollokaliteter fra tre Svalbard-fjorder: Billefjorden, Isfjorden og Storfjorden. Prøvetaking av ulike arter/takson skjedde i november 2022 ved bruk av trål, på tre lokaliteter hvor det tidligere hadde blitt observert akustiske signaler av fri gass og på to kontrollokaliteter. Totalt ble 175 individer fra 28 takson og seks ulike rekker, hovedsakelig epifauna og større organismer, undersøkt. Resultatene fra denne studien viste en forskjell i næringskjedens lengde, som indikert av forskjellen i nitrogenisotopverdier, mellom antatte gass- og kontrollokaliteter, med et isotopspenn på 8.4 ‰ og 10.1‰. Stabile isotoper av δ13C varierte imidlertid mellom -24 og -16 ‰, noe som tyder på en dominerende fotosyntetisk karbonkilde uavhengig av lokalitet. Selv om denne studien ikke påviste kjemosyntetisk karbon i næringskjeden, har det blitt oppdaget et økende antall «cold seeps» i Arktis, noe som tyder på at de kan ha en betydelig innvirkning på økosystemet. Det er derfor nødvendig med flere studier for å finne ut hvordan «cold seeps» påvirker det bentiske habitatet i Arktis.

The Arctic-Barents ecosystem experiences strong seasonal primary production, and deep-sea benthic communities are largely reliant on energy exported from the photic zone to the seabed through pelagic-benthic coupling. However, in recent decades, it has been argued that cold seeps – locations on the ocean floor where seepage of reduced compounds occurs – could have significant ecological relevance in the larger Arctic-Barents Sea ecosystem, by supporting the food web with chemosynthetically produced carbon. Gas flare emissions indicating the presence of cold seeps have been recorded on acoustic surveys in several locations within the fjords of Svalbard. These flare locations have not previously been studied from a biological and ecological viewpoint; therefore, the extent to which chemosynthetic carbon is a part of the benthic food web in these ecosystems is unknown.

This study aims to fill this knowledge gap by examining the importance of chemosynthetically based carbon in benthic food webs in the Svalbard-Barents Sea ecosystem. Bulk stable isotope analysis of carbon (C), nitrogen (N), and sulfur (S) was conducted in benthic taxa of different trophic levels from flare and non-flare locations in three Svalbard fjords: Billefjorden, Isfjorden and Storfjorden. Sampling of different species/taxa occurred in November 2022 by trawling, at locations where there had previously been observed acoustic signals of free gas (flare) and some reference locations (non-flare). In total, 175 individuals from 28 taxa and six different phyla, mostly epifauna and larger organisms, were examined. There was a difference in food web length, as indicated by the range of nitrogen isotopic values, between putative flare and non-flare locations with an isotopic range of 8.4‰ and 10.1‰. The δ13C values ranged between -24 and -16‰, suggesting a predominantly photosynthetic source of carbon regardless of location. Although this study did not detect chemosynthetic carbon in the food web, an increasing number of seeps have been discovered in the Arctic, and their role in benthic community trophic dynamics remains elusive. More studies are therefore required to elucidate how cold seeps affect benthic Arctic communities.