The shelf of Cozumel, Mexico: Topography and organisms

Summary

The Caribbean Island of Cozumel lies 18 km off the northeastern coast of the Mexican Peninsula of Yucatan. A relatively narrow shelf is developed on both sides of the roughly NS striking island, whereby terraces and marked steps are evident. On the western shelf 3 terraces can be found at 5 m, 10 m and 20 m below sea level. The shelf edge lies at approximately 20 m. On the eastern side 5 distinct terraces are developed (3 m, 10 m, 20 m, 30 m and 50 m) and the shelf edge lies about 50 m deep. These terraces are interpreted as abrasion platforms of the rising sea level in the Holocene. In the W the insular slope drops almost vertically to a depth of about 400 m. In the E it drops even further, with interruptions to over 1000 m. The northern shelf area remains flat (20–30 m) and ends at the Banco Arrowsmith, about 50 km NNE of Cozumel.

Coral reefs have developed at the edges of the steps on the W’ shelf, and especially at the shelf edge. The reefs generally do not penetrate the water surface.

As opposed to most Caribbean reefs, whereAcropora dominates, in Cozumel the reefs close to the shore have been built byMontastraea. Towards the shelf edge, the genusAgaricia andPorites become increasingly evident. The most likely reason for this is the non-existence of a strong swell at the leeward side of the island, which does not allow for the fast-growingAcropora to develop. Despite the sea level rise in the Holocene the reef growth did not cease thanks to the strong ocean currents, which carry a steady flow of nutrients from the south. This allows for good coral growth down to about 30 m.

Reef development on the less well known E’ shelf of Cozumel is an exception. Only a barrier reef of limited extension at the extreme NE of the island and coralline algal microatolls at Playa Bonita are known. Both reach the water surface. It still remains unclear as to why the E side of Cozumel does not produce significant reef growth, despite the prevailing optimal conditions, e.g. strong swell, relatively shallow water and hardground. Storms and hurricanes cannot be the only reason for this.

The fauna and flora of the shelf areas are highly diversified. 25 reef-building scleractinians have been found. There are at least 20 different species of octocorals. All the significant calcareous algae of the Caribbean are present at Cozumel. Especially noticeable are the rhodolites, approximately fist-sized red algae nodules, distributed in large areas of the western and probably also of the eastern shelf.

Up to 20 biotopes can be distinguished on the shelf platform, depending on the substrate and the organisms. A quantitative analysis was carried out on some of the biotopes, especially in the reefs. It became evident that in addition to corals, limestone-producing algae are enormously important for sediment production and reef-building. A significant number of sponges can be found in most biotopes, especially in reefs. It is still not clear as to what extent sponges play a role in reef origin. Distinct trends in the development of organism groups and growth forms from the coast to the shelf edge were observed.

Resumen

Cozumel, isla del Mar Caribe, se encuentra 18 km al NO de la península de Yucatán, México. A los dos lados de la isla—que se extiende de N a S—existe una plataforma insular estrecha, que esta dividida claramente en terrazas y escalones. Se supone, que son plataformas de abrasión del Holoceno. La plataforma de O se compone de 3 terrazas (5 m, 10 m y 20 m), y el talud insular empieza a 20 m de profundidad. El vertiente baja con un angulo de casi 90° hasta 400 m. Al E se puede encontrar hasta 5 terrazas (5 m, 10 m, 20 m, 30 m y 50 m), ya que el borde del la plataforma se encuentra a mas o menos 50 m de profundidad. El talud insular baja con interrupciones hasta 1000 m bajo el nivel del mar. Al N la plataforma se extiende sobre una larga distancia a poca profundidad (20–30 m) y termina con el Banco Arrowsmith, unos 50 km al NNE de Cozumel.

En general los arrecifes crecen a las rimas del los escalones y al borde de la plataforma insular del O; pero no llegan hasta el nivel del mar, sino con una sola excepción en el SO de la isla.

La mayoría de los arrecifes del Caribe estan constituidos por corales del género Acropora y se extienden hasta el nivel del mar. Por el contrario, en Cozumel dominaMontastraea en las partes cercanas a la costa yAgaricia yPorites aumentan acercandose al cantil. Se supone, que la causa sea la falta de oleaje fuerte al sotavento, que es obligatoria para el crecimiento de la especie Acropora. Solamente la corriente fuerte del S, con su permanente transporte de nutrientes mantiene el buen crecimiento del arrecife al O, aunque el nivel del mar subió durante el Holoceno.

Al menos conocido lado E crecen pocos arrecifes. Solamente hay un arrecife de barrera conAcropora en el extremo N de la isla. Cerca de Playa Bonita existen microatolones de algas rojas, que tambien llegan hasta el nivel del mar. Hasta hoy no está claro porque no han desarollado arrecifes extensos a lo largo de la plataforma del E, aunque hay condiciones favorables para el crecimiento de corales, como oleaje, sustrato duro y poca profundidad. Huracanes no pueden ser la £nica explicación para este fenómeno.

Fauna y flora de la plataforma insular son abundates y muy diveras. Se encontraron 25 especies de escleractíneos hermatípicas, y existen por lo menos 20 especies de octocorales. Todas las algas calcáreas de mayor importancia en el Caribe fueron encontradas en Cozumel. De grán interés son los nódulos de rhodolit, hasta el tamaño de un puño, abundantes en grandes extensiones de la terraza occidental y probablemente también oriental.

Considerando el sustrato, la flora y la fauna, la plataforma se podría clasificar en 20 biotopos. Una parte de estos biotopos, en especial los arrecifes, fueron analizados cuantitativamente. Se hizo evidente, que aparte de los corales, las algas calcareas (Halimeda, Melobesieae) son de gran importancia para la producción de sedimento y formación de arrecifes. Las esponjas son abundantes, especialmente en los arrecifes. Todavía no se conoce, que papel juegan para el crecimiento de los arrecifes, pero seguramente hay que tomarlas en cuenta.

Distintas tendencias de agrupaciones de organismos y formas de crecimiento fueron evidentes desde la orilla hasta el borde de la plataforma.

Zusammenfassung

Die karibische Insel Cozumel liegt 18 km vom Festland entfernt von der NE-Küste der mexikanischen Halbinsel Yucatán. Auf beiden Seiten der etwa N-S streichenden Insel ist ein schmaler Schelf entwickelt, der deutlich in Terrassen und Stufen gegliedert ist. Die Terrassen werden als Brandungsplattformen des Holozäns interpretiert. Auf dem W’ Schelf sind gewöhnlich 3 Terrassen entwickelt (in 5 m, 10 m und 20 m Wassertiefe); die Schelfkante liegt bei 20 m. Im E können bis zu 5 Terrassen vorkommen (in 5 m, 10 m, 20 m, 30 m und 50 m) und die Schelfkante liegt bei ca. 50 m. Der Schelfhang fällt im W nahezu senkrecht auf Tiefen von 400 m ab, im E mit Unterbrechung auf über 1000 m. Im N bleibt der Schelfbereich für etwa 50 km in NNE’ Richtung flach (20–30 m) und endet in der Banco Arrowsmith.

Oft sind an den Kanten der Geländestufen des W’ Schelfes, besonders aber an der Schelfkante Riffe entwickelt. Sie reichen jedoch nicht bis zur Wasseroberfläche (bis auf eine Ausnahme im äußersten SW der Insel).

Im Gegensatz zu den meisten karibischen Riffen, die typischerweise von Korallen der GattungAcropora aufgebaut werden, dominiert in Cozumel im küstennahen SchelfbereichMontastraea. Zur Schelfkante hin nimmtAgaricia undPorites stark zu. Als Ursache ist das Fehlen einer starken Brandung auf der windabgewandten W-Seite der Insel anzunehmen, was eine Entwicklung von schnellwachsendenAcropora-Riffen nicht zuläßt. Daß das Riffwachstum trotz des steigenden Meeresspiegels im Holozän nicht unterblieb, ist der starken Strömung zu verdanken, die durch den ständigen Zustrom von Nährstoffen aus S ein üppiges Gedeihen der Korallen bis in Tiefen von 30 m erlaubt.

Auf der weniger gut untersuchten E-Seite der Insel kommt es seltener zu Riffentwicklung. Nur im äußersten NE ragen einAcropora-Riff und bei Playa Bonita ein Riff aus Rotalgen-Mikroatollen an die Wasseroberfläche. Unklar ist, warum es auf der E-Seite der Insel trotz optimaler Bedingungen (Brandung, Hartsubstrat, geringe Wassertiefe) nicht zu stärkerer Riffbildung kam. Stürme alleine können kaum dafür verantwortlich sein.

Fauna und Flora des Schelfbereiches sind reichhaltig und von hoher Diversität. 25 herma-type Arten von Skleraktinien konnten gefunden werden. Die Oktokorallen sind mit mindestens 20 Arten vertreten. Alle wichtigen Kalkalgen der Karibik konnten auch auf Cozumel nachgewiesen werden. Erwähnenswert sind die bis zu faustgroßen Rhodolith-Knollen, die in weiten Bereichen des W’ Schelfes vorkommen.

Eine Gliederung des Schelfbereiches in 20 Biotope konnte anhand des Substrates und des Organismenbestandes vorgenommen werden. Ein Teil dieser Biotope, vor allem die Riffe, wurden quantitativ ausgewertet. Dabei kam das häufige Vorkommen von kalkproduzierenden Algen (Halimeda und Melobesieae), sowohl auf den Terrassen (Zwischenriffbereich) als auch in den Riffen zur Geltung. Schwämme kommen besonders in Riffen häufig vor. Ihre Rolle bei der Riffgenese ist weitgehend ungeklärt, kann aber sicherlich nicht unterschätzt werden. Trends in der Verteilung der Organismengruppen und auch der Wuchsformen von der Küste zur Schelfkante hin wurden festgestellt.