Diving investigations on biodeterioration by sea-urchins in the rocky sublittoral of Helgoland

Kurzfassung

Die Biodegradation von Unterwasseraufschlüssen von Buntsandstein, Muschelkalk und Kreide wurde mittels Tauchuntersuchungen und anschließender Laborexperimente untersucht. Die Biodeterioration wird durch die intensive Wechselbeziehung zwischen individuenreichen Populationen des PolychaetenPolydora ciliata (J.) und des SeeigelsEchinus esculentus (L.) verursacht.P. ciliata ist der wichtigste felsbohrende Organismus des Sublitorals zwischen 8 und 20 m Wassertiefe. Er bohrt in (kalkreichen) Sandsteinen des Mittleren Buntsandsteins, in Kalken und Mergeln des Muschelkalks und der Kreide.E. esculentus weidet überwiegend auf den Teppichen vonP. ciliata, indem er zunächst die Oberfläche von den nicht so nährstoffreichen Schornsteinen säubert und dann das Gestein mit den darin befindlichen Würmern abraspelt. Er gräbt bis zur Tiefe der meisten Bohrlöcher hinab und läßt nur extrem tief eingegrabene Würmer überleben, in deren Nähe sich dann neue Larven festsetzen und neue Kolonien beginnen. Die Populationsdichte vonE. esculentus wurde mit ca. 1–7 Individuen pro m² ermittelt. Berechnungen der Bioerosionsrate durch die „Polydora ciliata-Echinus esculentus-Gemeinschaft“ erreichten je nach verwendeter Annäherung bis zu 1 m/Jahrhundert. Dies ist gemessen an anderen Berichten eine überaus hohe Biodeterioration für das Sublitoral. Die Ökologie vonE. esculentus bei Helgoland unterscheidet sich wesentlich von der in anderen Küstengebieten mit Felslitoral. Auf Grund des relativ jungen Ursprungs der Insel (ca. 4000 Jahre vor Chr.), der äußerst weichen Gesteine und der extrem hohen Biodeterioration wird angenommen, daß die „Polydora ciliata-Echinus esculentus-Gemeinschaft“ ihr eigenes Substrat sehr schnell zerstört und sandige Ablagerungen allmählich das Felslitoral im sublitoralen Bereich ersetzen werden.

Summary

1. ThePolydora ciliata-Echinus esculentus community of the rocky sublittoral of the island of Helgoland (North Sea) has been studied by SCUBA-diving methods and laboratory experiments.

2. The sublittoral zone of Helgoland at water depths between 8 and 20 m is settled mainly by the boring polychaetePolydora ciliata and associated organisms.P. ciliata bores all local types of rock, except Triassic gypsum beds and Cretaceous flint layers.

3. The main predator ofP. ciliata isEchinus esculentus occurring in extremely high population densities (1–7 specimens/m²).

4.E. esculentus cleans surface areas from 100–800 cm² ofP. ciliata chimneys and subsequently rasps off the rock itself until it reaches the worms in depths from 0.5–1.5 cm.

5. At the location of vertical cliffs and well-stratified marls and limestones also deep furrows of up to 30 cm length and only 1.5–2.0 cm width are produced in the field and in laboratory experiments, within a few days.

6. The less frequently occurring sea-urchinPsammechinus miliaris, in contrast toE. esculentus, controls much smaller areas at a time and generally feeds on a surface area not larger than its body size.

7. Laboratory experiments and field measurements yielded erosion rates of up to 5 cm³ rock eroded/specimen/day forE. esculentus.

8. The combined activities ofP. ciliata andE. esculentus lead to bioerosion rates (calculated from surface area cleaned and pellet weights) of at least 1 cm/annum as an overall estimate.

9. Extrapolations of the populations ofE. esculentus at the Helgoland sublittoral area in 1973 reach figures of 2×10⁷ to 1×10⁸ animals with an annual production of approximately 30 000 tons of rock detritus. This in relation to the surface area in question again yields bioerosion rates of 1 cm/annum.