Το φυτοπλαγκτόν και τα κοκκολιθοφόρα ως περιβαλλοντικοί δείκτες στο οικοσύστημα των Μεθάνων, Σαρωνικός Κόλπος = Total phyplankton and coccolithophores as environmental indices in the ecosystem of Methana, Saronikos Gulf

Περίληψη

Είναι καλά τεκμηριωμένο ότι οι ανθρώπινες δραστηριότητες επηρεάζουν το περιβάλλον με διάφορους τρόπους. Μερικές από τις σημαντικότερες επιπτώσεις είναι η υπερθέρμανση του πλανήτη, η όξινη βροχή και οι διαδικασίες ευτροφισμού στα θαλάσσια οικοσυστήματα. Τα Μέθανα βρίσκονται στο νοτιοδυτικό τμήμα του Σαρωνικού κόλπου και στο ανατολικό άκρο του ηφαιστειακού τόξου του Αιγαίου. Σε απόσταση από την ακτή, το οικοσύστημα του Σαρωνικού κόλπου χαρακτηρίζεται ως ολιγοτροφικό.
Η περιοχή των Μεθάνων θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως πειραματικό πεδίο έρευνας για πολλές πιθανές εξελικτικές θεωρίες λόγω της παρουσίας του υποθαλάσσιου ηφαιστείου και της υδροθερμικής δραστηριότητάς του, καθώς και του διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται και καθιστά την περιοχή ένα φυσικό εργαστήριο που θα μπορούσε να μας δώσει απαντήσεις τόσο για γεωλογικές, όσο και για βιολογικές διεργασίες και τον τρόπο διεξαγωγής τους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω της μελέτης της περιοχής υδροθερμικής δραστηριότητας, ενός ολιγοτροφικού περιβάλλοντος που επηρεάζεται από τα προϊόντα του ηφαιστείου (CO2 και ηφαιστειακά ραδιενεργά υλικά) που προσομοιώνουν συνολικά σύνθετες γεω-βιο-χημικές συνθήκες που μπορούν να δώσουν στοιχεία για την υπερθέρμανση του πλανήτη. Επιπλέον, στην κοντινή παραθαλάσσια περιοχή υπάρχει μια μικρή πόλη, τα Μέθανα, με έντονη ανθρωπογενή δραστηριότητα, ειδικά κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, και κάποιες μικρές ιχθυοκαλλιέργειες.
Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε σε δύο περιόδους. Η πρώτη στις αρχές του φθινοπώρου (ζεστή περίοδος, Σεπτέμβριος 2016) και η δεύτερη στις αρχές της άνοιξης (ψυχρή περίοδος, Μάρτιος 2017). Κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου, συλλέχθηκαν δείγματα από πέντε σταθμούς κοντά στους υδροθερμικούς αγωγούς CO2 (P), δύο σταθμούς στις υδροθερμικές θειούχες πηγές (L) και έναν σταθμό (R) στις υδροθερμικές ραδιούχες πηγές. Επίσης, συλλέχθηκε ένα δείγμα από την ιχθυοκαλλιέργεια κοντά στην πόλη των Μεθάνων (F). Η εαρινή δειγματοληψία περιορίστηκε στους πέντε ηφαιστειακούς σταθμούς (P) και στον σταθμό κοντά στο χωριό (F). Μελετήθηκαν τρεις κατηγορίες φυτοπλαγκτόν, τα δινομαστιγωτά, τα διάτομα και τα κοκκολιθοφόρα με τη χρήση ανάστροφου μικροσκοπίου. Στις αρχές του φθινοπώρου, τα δινομαστιγωτά κυριαρχούν στην πλειονότητα των σταθμών με συγκεντρώσεις του γένους Prorocentrum έως ~1,7 x 103 cells l-1 (σταθμός P4), ενώ στον σταθμό με τις ιχθυοκαλλιέργειες (F1) ήταν έως και 35,5 x 103 cells l-1. Στις αρχές της άνοιξης, η κυρίαρχη τάξη ήταν Bacillariophyceae με κυρίαρχο το γένος Nitzschia/Pseudo-nitzschia παρουσιάζοντας συγκεντρώσεις έως ~33,9 x 103 cells l-1 (σταθμός P4). Επιπλέον, τα κοκκολιθοφόρα εμφανίζονται σε δείγματα τόσο της άνοιξης όσο και του φθινοπώρου με μικρές, σχετικά, διακυμάνσεις.
Η χωρική και χρονική κατανομή της χλωροφύλλης-α εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας δύο εικόνες Sentinel-2 και εμπειρικούς αλγόριθμους. Για κάθε δορυφορική εικόνα, χρησιμοποιήθηκαν τα αντίστοιχα in situ δεδομένα από τους πέντε σταθμούς (Triantaphyllou et al., 2018), για την ανάπτυξη και την αξιολόγηση των εμπειρικών αλγορίθμων για την εκτίμηση της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης. Η ανάλυση παλινδρόμησης που εφαρμόστηκε για τη διερεύνηση πιθανής συσχέτισης μεταξύ βιοόγκου και χλωροφύλλης-α, χρησιμοποιώντας το ίδιο σύνολο δεδομένων, έδωσε συντελεστή συσχέτισης r=0,6 και στις δύο περιόδους, αν και δεν βρέθηκε στατιστικά σημαντική γραμμική σχέση (p<0,05).
Καθώς, μέχρι τώρα, δεν υπάρχουν πολλά δεδομένα στη βιβλιογραφία, απαιτούνται πρόσθετες μελέτες πεδίου και εργαστηριακή έρευνα για μια καλύτερη βαθμονόμηση αυτών των μοντέλων στο μέλλον, που μπορεί να αποδειχθεί ως χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση των παράκτιων υδάτων.
Λέξεις κλειδιά: Φυτοπλαγκτόν, υποθαλάσσιο ηφαίστειο, Μέθανα, εποχικότητα

Human activities, it is well documented, that affect the environment in a variety of ways.
Some of the most important effects are global warming, accidification and eutrophication processes, in marine ecosystems. Methana is located in the southwestern part of the Saronic Gulf and at the eastern end of the volcanic arc of the Aegean. At a distance from the coast, the ecosystem of the Saronic Gulf is characterized as oligotrophic.
Methana area could serve as an experimental field to test many evolutionary theories due to the simultaneous presence multiple and interacting with each factors, such as the submarine volcano and its hydrothermal activity, carbon dioxide (CO2) emissions and low intensity radiation as well as human activity near the shores especially during the summer, and one small fish farm. Thus, in a relatively small area, complex bio-geo-chemical processes such as global warming, acidification and possibly eutrophication can be simulated and studied.
Sampling was performed in two periods. The first in early autumn (warm season, September 2016) and the second in early spring (cold season, March 2017). During the autumn, samples were collected from five stations near the CO2 (P) hydrothermal vents, two stations at the hydrothermal sulfur springs (L) and one station (R) at the hydrothermal sources of low intensity radiation. A sample was also collected from the fish farm near the town of Methana (F). Spring sampling was limited to the five volcanic stations (P) and the station near the village (F).
Three classes of phytoplankton were studied, dinoflagellates, diatoms and coccolithophores using an inverted microscope. In early autumn, dinoflagellates dominate in most samples. The abundance of Prorocentrum varying between 1.7 x 103 cells l-1 (P4) to 35.5 x 103 cells l-1 close to fish farming station (F1). In early spring, Bacillariophyceae dominate in almost all samples. Species of the genus Nitzschia/Pseudo-nitzschia showing concentrations up to ~33.9 x 103 cells l-1 (P4). In addition, coccolithophores appear in both spring and autumn samples with relatively small variations.
The spatial and temporal distribution of surface chlorophyll-a was estimated using two Sentinel-2 images and empirical algorithms. For each satellite image, the corresponding in situ data from the five stations (Triantaphyllou et al., 2018) were used to develop and evaluate the empirical algorithms for estimating the chlorophyll-a concentration. The regression analysis applied to investigate a possible correlation between biomass and chlorophyll-a, using the same data set, gave a correlation coefficient r=0.6 in both periods, although no statistically significant for linear relationship was found (p<0.05).
As, to date, there is not much data in the literature, additional field studies and laboratory research are required for a better calibration of these models in the future, which may prove to be a useful tool for monitoring coastal waters
Key words: Phytoplankton; Submarine Volcano; Methana; Seasonality