High resolution spatial distribution for the hexactinellid sponges Asconema setubalense and Pheronema carpenteri in the Central Cantabrian Sea

In the present work we focus on the distribution of two species of sponges. One of these is Asconema setubalense, a sponge found in rocky substrate that was sampled with a photogrammetric vehicle through georeferenced images. The other is Pheronema carpenteri, which inhabits soft bottoms and was sampled by beam trawl. For the spatial distribution modeling of both sponges, the geomorphological variables of depth, slope, broad and fine scale bathymetric position index (BPI), aspect, and types of bottoms were used, all with a resolution of 32 m. Additionally, layers of silicates and currents near the bottom were extracted from Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS), with a resolution of 4 and 9 km, respectively. Due to the low resolution of the layers, it was considered necessary to validate their use by model comparison, where those that included these variables turned out to be more explanatory than the others. The models were developed in a complex continental break of the Central Cantabrian Sea, which comprises several submarine canyons and a seamount (Le Danois Bank). On the one hand, a very high resolution (32 m) spatial distribution model based on A. setubalense presence was developed using the MaxEnt maximum entropy model. On the other, depending on the availability of density data, generalized additive models (GAMs) were developed for P. carpenteri distribution, although in this case the sampler only allowed a maximum resolution of almost 1 Km. For the A. setubalense, the variables that best explained their distribution were ground types and depth, and for P. carpenteri, silicates, slope, northness, and eastward seawater velocity. The final model scores obtained were an AUC of 0.98 for the MaxEnt model, and an R squared of 0.87 for the GAM model.Postprin

In-situ growth rate assessment of hexactinellid sponge Asconema setubalense using 3D photogrammetric reconstruction

We describe the first application of a non-invasive and novel approach to estimate the growth rate of Asconema setubalense (Porifera, Hexactinellida) through the use of 3D photogrammetric methodology. Structure-from-Motion techniques (SfM) were applied to videos acquired with the Politolana ROTV in the El Cachucho Marine Protected Area (MPA) (Cantabrian Sea) on three different dates (2014, 2017, and 2019) over six years. With these data, a multi-temporal study was conducted within the framework of MPA monitoring. A complete 3D reconstruction of the deep-sea floor was achieved with Pix4D Mapper Pro software for each date. Having 3D point clouds of the study area enabled a series of measurements that were impossible to obtain in 2D images. In 3D space, the sizes (height, diameter, cup-perimeter, and cup-surface area) of several A. setubalense specimens were measured each year. The annual growth rates recorded ranged from zero (“no growth”) for a large size specimen, to an average of 2.2 cm year�����1 in cup-diameter, and 2.5 cm year�����1 in height for developing specimens. Von Bertalanffy growth parameters were estimated. Taking into account the size indicators used in this study and based on the von Bertalanffy growth model, this sponge reaches 95% maximum size at 98 years of age. During the MPA monitoring program, a high number of specimens disappeared. This raised suspicions of a phenomenon affecting the survival of this species in the area. This type of image-based methodology does not cause damage or alterations to benthic communities and should be employed in vulnerable ecosystem studies and MPA monitoring. Keywords: underwater photogrammetry, Asconema setubalense, Marine ProtectedPostprin

Community composition and habitat characterization of a rock sponge aggregation (Porifera, Corallistidae) in the Cantabrian Sea.

Deep-sea sponge-dominated communities are complex habitats considered hotspots of biodiversity and ecosystem functioning. They are classified as Vulnerable Marine Ecosystem and are listed as threatened or declining as a result of anthropogenic activities. Yet, studies into the distribution, community structure and composition of these habitats are scarce, hampering the development of appropriate management measures to ensure their conservation. In this study we describe a diverse benthic community, dominated by a lithistid sponge, found in two geomorphological features of important conservation status —Le Danois Bank and El Corbiro Canyon— of the Cantabrian Sea. Based on the analyses of visual transects using a photogrammetric towed vehicle and samples collected by rock dredge, we characterize the habitat and the associated community in detail. This deep-sea sponge aggregation was found on bedrock. It is dominated by one lithistid sponge, Neoschrammeniella aff. bowerbankii (0.2 ind./m2) and further composed of various sponge species as well as of other benthic invertebrates such as cnidarians, bryozoans and crustaceans. Using a non-invasive methodology (SfM – Structure from Motion) and empirical relationships of individuals size and biomass/volume obtained in laboratory for N. aff. bowerbankii, we were able to estimate a total biomass of 41 kg and volume of 39 l of this species in the surveyed area. This approach allows a fine tune methodology for estimating biomass and volume by image-based-observed area avoiding destructive techniques for this species.Postprin

Mapping the habitats of a complex circalittoral rocky shelf in the Cantabrian Sea (south Bay of Biscay)

This work focuses on the study of habitats and communities of a high structural complexity area at different levels and scales. This gives us a better understanding of an area from an ecological point of view and at the same time provides us with tools that will facilitate management measures. It was developed in a complex circalittoral rocky platform of the central Cantabrian Sea (Bay of Biscay). The sampling was carried out using a towed photogrammetric vehicle and a rock dredge, which was used for the identification of the species. The first level of the study was the abiotic characterization of the area and the analysis of the communities. These analysis were developed using the unsupervised k-means classification method. For abiotic characterization we used the variables directly associated with the composition and morphology of the ground, such as backscatter, BPI (Bathymetric Position Index), roughness and slope. Depth was also included to discriminate between the circalittoral and bathyal zones. We obtained 5 different classes, which we related to the ground types observed by photogrammetry. In the analysis of the communities, the cluster was based on the sampling units extracted from the images (~10 m), from which 5 assemblages were obtained, providing information on the most abundant species of each class supplied by the abiotic study. The second level was carried out considering a management approach and was based on the modeling of the area at lower resolution, more suitable for the analysis of the habitat-fisheries interactions. Thus, the main habitat-forming species (HFS) of the entire circalittoral area were used to perform delta models based on GAMs (Generalize Additive Models). Obtaining the predictions of presence/absence and combining it with the predictions of densities, we got the zero inflated values density-based model. As all the identified habitats have vulnerable benthic species of a certain size settled on rocky bottoms, they can all be considered to belong to the designation 1170 reefs of the Habitats Directive

Geomorphology of the Avilés Canyon System, Cantabrian Sea (BayofBiscay)

The Avilés Canyon System (ACS) is a complex, structurally-controlled canyon and valley system constituted by three main canyons of different morphostructural character. They are, from east to west: La Gaviera Canyon, El Corbiro Canyon and Avilés Canyon. In addition to this ACS, a new canyon has been surveyed: Navia Canyon. We present for the first time a high resolution multibeam map showing with great detail the morphological and structural complexity of this segment of the Cantabrian margin. ACS presents a tectonic imprint marked by NW-SE, NNE-SSW and E-W structures. The morphology of their reaches as well as their single mouth, in addition to some rock dredges in their major valleys, demonstrates active down-slope flushing. The continental shelf shows a flat, uniform slope with local and well defined rock outcrops south of Aviles Canyon head. Sedimentary zones are limited, showing thin unconsolidated sedimentary cover. Strong continental margin water dynamics avoid thicker sediment deposition, being littoral sedimentary dynamics responsible for transport to the canyons heads and conduit to the Biscay Abyssal plain. Biscay Abyssal Plain shows evidence of a strong westward current affecting the surveyed strip of this more than 10 km wide plain. Presence of two parallel deep sea channels, erosive scarps, and erosion of gully divides on the lower slope, may indicate that this is part of the distal fan at the termination of the large turbiditic system fed by Cap Ferret, Capbreton and other large canyons (Santander, Torrelavega, Lastres and Llanes) to the west of ACS.Instituto Español de OceanografíaVersión del edito

A Case Study of available methodology for the identification of Vulnerable Ecosystems/Habitats in bottom deep-sea fisheries: Possibilities to apply this method in the NAFO Regulatory Area in order to select Marine Protected Areas

Information is critical to Ecosystem Approach and to research about Vulnerable Marine Ecosystems/Habitats (VME/Hs), fishing impacts on habitats and ad-hoc management measures are high-priority. Therefore, this paper presents the ECOVUL/ARPA Interdisciplinary Approach, a case study of methodology for the identification of VME/Hs in order to advise on conservation measures such as marine protected areas (MPAs). By means of an interactive process involving Conventional Fisheries Science, Geomorphology, Sedimentology and Benthic Ecology, the methodology developed under the ECOVUL/ARPA project, has been useful in order to contribute to define practical criteria to the identification of VME/Hs, to improve the knowledge about VME/Hs distribution and the adverse impacts of bottom trawl fisheries and to produce high quality advice on habitat protection. Applying an interdisciplinary approach, the project identified the deep-water bottom trawl fishery footprint on the Hatton Bank Western slope (NEAFC Regulatory Area), mapped the main fishing grounds and related seabed habitats and studied the interactions between fishing and cold-water corals. This approach was used to suggest, with high level of precision, the spatial limits of an area closed to bottom fishing, as an essential conservation measure to protect the cold-water corals in the framework of the Ecosystem Approach to Fisheries management. We present here the methods used, the main results obtained and discuss on the utility of this approach and the possibilities to apply it in the NAFO Regulatory Area, with the aim to advise on measures for reducing the interactions of bottom fishing with sensitive high-seas habitats and to contribute to implement the UNGA recommendations about habitat conservation

Estudio de los Ecosistemas Marinos Vulnerables en aguas internacionales del Atlántico Sudoccidental

En este libro, basado en la mejor información científica disponible hasta la fecha, se presentan los resultados y conclusiones de una serie de trece campañas de investigación multidisciplinar realizadas entre octubre de 2007 y abril de 2010 por los componentes del Grupo ATLANTIS a bordo del B/O MIGUEL OLIVER, propiedad de la Secretaría General de Pesca (SGP). El estudio surge a raíz de la solicitud por parte de la SGP (anteriormente denominada Secretaría General del Mar) al Instituto Español de Oceanografía (IEO), para la realización de una serie de campañas de investigación multidisciplinar en aguas internacionales del Atlántico Sudoccidental, dirigidas al estudio de los Ecosistemas Marinos Vulnerables (EMVs) y de las posibles interacciones con las actividades pesqueras. El objetivo final de dichas campañas era el estudio y la identificación cuantitativa, cualitativa y geográfica de los EMVs y de los grupos taxonómicos de organismos sensibles que pudieran existir en la zona de estudio, incluyendo la propuesta de posibles zonas marinas a proteger, para una explotación sostenible de los recursos pesqueros en el ámbito del respeto a los EMVs. Los resultados que se presentan en este libro comprenden los obtenidos a través de los trabajos de geología, geomorfología, bentos, pesca, oceanografía física y análisis de contaminantes en la zona de aguas internacionales del Atlántico Sudoccidental comprendida entre los paralelos 42º y 48ºS, y la isobata de los 1500 m de profundidad (Figura 2.2). Entre estos resultados se incluye el cartografiado y una batimetría detallada de la zona, la descripción del substrato geológico y de los aspectos bentónicos, el análisis de la distribución y abundancia de las especies de mayor interés comercial, la huella de la pesquería, la identificación y descripción preliminar de los EMVs, y la propuesta de Zonas de Protección, basada en criterios Geológicos, Geomorfológicos y Biológicos. Toda esta información ha sido incorporada para su tratamiento en una plataforma SIG (Sistema de Información Geográfica) y los resultados obtenidos y presentados en este libro vienen acompañados de abundante información gráfica, como imágenes batimétricas en 3D, fotografías de bentos (infauna y epifauna), imágenes tomadas con un ROV (Remotely Operated Vehicle) y con una cámara digital submarina, así como una serie de mapas de distribución, capturas y densidad de las principales especies de interés pesquero. Se incluye también un mapa con la huella de la pesquería (1989-2010) que permita observar la incidencia de las Zonas de Protección propuestas en el área en la que faena habitualmente la flota española de arrastre de fondo. Como información adicional a la obtenida en las trece campañas de investigación, también se ha utilizado la base de datos creada con la información recogida por el Programa de Observadores del IEO entre los años 1989-2010, referente a datos comerciales, biológicos, oceanográficos y físicos (batimetría, temperatura superficial del mar y temperatura del fondo). Entre octubre de 2007 y abril de 2010 se han realizado un total de trece campañas de investigación multidisciplinar, que se han concretado en los siguientes trabajos: • 347 días efectivos de mar • Prospección de una superficie total de 59.105 km2 • Realización de un total de 91.905 km de perfiles geofísicos • 102 muestreos con draga de roca • 209 muestreos con draga box corer • 519 estaciones de CTD • 413 lances de pesca • 413 muestras de sedimentos con el colector de red • Recogida de varios miles de lotes de muestras de bentos que representan varios centenares de miles de especímenes y/o colonias • Realización de miles de fotografías de especies bentónicas, centenares de imágenes digitales de alta resolución y decenas de horas de vídeo realizadas con el ROV del barco Entre los principales resultados de los trabajos de investigación multidisciplinar presentados en este libro hay que destacar la identificación, descripción y delimitación de los EMVs, siguiendo criterios biológicos, geológicos y mixtos; la identificación de los principales grupos bentónicos indicadores de EMVs; la determinación de los valores que representan una captura significativa de los distintos taxones considerados como vulnerables según criterios de la ONU y OSPAR, y finalmente, la propuesta de áreas marinas que deberían ser consideradas como candidatas a ser protegidas. En total se proponen nueve polígonos de diferente superficie para su valoración como zonas de protección (Figura 7.5) y se hace referencia a la incidencia que el cierre de dichas zonas podría tener sobre la actividad de la flota, es decir, el grado de solapamiento entre las zonas de protección y la huella de la pesquería (Figura 7.6). Todos estos resultados se presentan acompañados de abundantes gráficas, figuras y mapas.Instituto Español de OceanografíaVersión del edito

Caracterización ecológica del área marina del banco de Galicia

Se integra información hidrográfica, geomorfológica, sedimentológica, biológica, sobre hábitats marinos y pesquera, para establecer las bases ecológicas necesarias para la protección y conservación del banco de GaliciaEl banco de Galicia es un monte submarino profundo situado a 180 km de la costa gallega, con una cima situada entre los 650 y los 1.500 m de profundidad y rodeado de zonas abisales de más de 4.000 m de profundidad. El relieve de las montañas submarinas interactúa con la circulación oceánica modificando las condiciones de oligotrofismo imperantes en el mar profundo. El cambio de dirección de las corrientes marinas, al chocar con el banco, produce las llamadas columnas de Taylor que tienen como consecuencia giros sobre la cima y finalmente un enriquecimiento de las aguas que bañan el banco, lo que influye, a través de la cadena trófica, en las especies de cetáceos, aves y tortugas. Estas condiciones, junto al aislamiento de estos bancos, convierten a estos bancos en puntos calientes de biodiversidad. Esta teoría se ha visto corroborada por los estudios realizados en el proyecto INDEMARES, basados en dos campañas de investigación, dónde se ha encontrado una elevada biodiversidad y la presencia de hábitats vulnerables. El banco de Galicia está bañado por tres capas diferentes: la masa de agua central del Atlántico nordeste europeo (East North Atlantic Central Water: ENACW), por debajo de las aguas superficiales y hasta los 500-600 m; la masa de agua mediterránea (Mediterranean Outflow Water: MOW) y la masa de agua del Labrador (Labrador Sea Water: LSW), que es la capa más profunda. En cuanto al tipo de fondo, se encuentra roca en el área del flanco oriental y hacia el sureste y en los montes adyacentes como el Rucabado, distinguiendo claramente dos tipos en cuanto a la pendiente, correspondiendo con la roca plana de la cima y la roca en pendiente del borde del banco y paredes. En la cima se encuentran fondos de arenas medias, de reflectividad media y baja según el espesor de sedimento, y arenas finas en los fondos sedimentaruios de los flancos, a profundidades mayores de 1.500. En el banco se han identificado hasta el momento 793 especies, con taxones que superan las 100 especies como son moluscos, peces (con especial énfasis en los elasmobranquios), crustáceos y cnidarios. Este inventario incluye especies nuevas para la ciencia, primeras citas para aguas españolas y europeas y especies de gran interés científico y biogeográfico. Este último punto se explica por la situación del Banco entre regiones biogeográficas conectadas por corrientes y masas de agua. El estudio de las conexiones tróficas entre este elevado número de especies ha mostrado el reforzamiento de las rutas bentopelágicas (gambas y macrozooplancton) frente a las dietas epi- y endobentónicas más habituales en otros fondos equivalentes. Mediante técnicas de muestreo extractivas (arrastres, dragas) y de vídeo, y su proyección sobre la interpretación geomorfológica realizada a partir de la sonda multihaz, se ha obtenido una estimación de la distribución de los hábitats bentónicos del banco. Los hábitats identificados en fondos sedimentarios son 1) arenas medias con ofiuras Ophiacantidae y Flabellum chunii, 2) arenas medias con arrecife de corales profundos de Lophelia pertusa y/o Madrepora oculata, y 3) arenas finas con holoturias elasipódidas (Benthogone rosea). En fondos rocosos se han caracterizado los hábitats de 4) roca batial sin pendiente con gorgonias y corales negros, 5) roca batial de talud con comunidades de corales y esponjas, 6) roca batial de talud con corales blancos, bambú y negros, gorgonias y esponjas, 7) arrecife de corales profundos de Lophelia pertusa y/o Madrepora oculata y 8) roca con nódulos manganésicos. El único tipo de hábitat de la DH descrito en la zona es el 1.170 (arrecifes). Sólo se han incluido en la Directiva Hábitats como 1.170 aquellos que presentaban una densidad y diversidad suficientes para cumplir la definición de “arrecifes”. De los hábitats descritos en el banco (ver características ecológicas y biológicas más arriba) solo se han incluido en el 1.170 los arrecifes de corales blancos situados en las arenas medias de la cima del banco, los arrecifes de corales blancos de aguas frías de las especies Lophelia pertusa y Madrepora oculata sobre la roca de la cima del monte Rucabado, las comunidades de roca batial de talud de la ladera sur del banco constituidas por colonias de corales blancos de aguas frías de las especies Lophelia pertusa y Madrepora oculata, y una fauna acompañante muy diversa de escleractinias solitarias, corales bambú, corales negros, gorgonias y esponjas de gran porte, y el resto de zonas de roca batial de talud con comunidades de corales y esponjas. Muchos de los hábitats pueden ser incluidos en los listados de hábitat vulnerables de OSPAR, en los tipos jardines de coral, agregaciones de esponjas de profundidad, arrecifes de Lophelia y montículos carbonatados. En cuanto a las especies de interés para la protección, de las citadas en el banco, el delfín mular (Tursiops truncatus) y la tortuga boba (Caretta caretta) son las únicas especies que figuran en el Anexo II de la Directiva de Hábitats. Sin embargo, muchas epecies de elasmobranquis y algunos peces óseos son consideradas vulnerables, amenazadas o en declive según los criterios definidos por OSPAR y la lista roja de especies amenazadas de IUCN. Algunas de están protegidas por el reglamento europeo 1262/2012 que regula la pesca de especies profundas. La lejanía del banco respecto a los principales focos de presión y la ausencia casi total de presión pesquera hace que el grado de conservación sea muy alto, pudiéndose hablar de un ecosistema prácticamente prístino. Las recomendaciones para la gestión de esta zona van encaminadas a garantizar esta calidad ambiental actual.Instituto Español de Oceanografía, Comisión Europea Programa LIFE+, Fundación Biodiversida