Chapter 42. Cold-Water Corals Contributors: Erik Cordes

coral formations than anticipated hitherto (Freiwald et al., 2009). Habitat modelling has 

thus far mostly been applied to a few  of the most common species at a global and 

regional scale (Rengstorf et al., 2013; Yesson et al., 2012) at a coarse spatial resolution 

(Ross and Howell, 2013). However, models are  now  being applied at  finer  resolution 

levels in order to guide surveys with the visual tools of remotely-operated and manned 

submersibles (Georgian et al.,  2014). Additional fine-grained and broad-scale habitat 

modelling, specifically incorporating the best available taxonomic identifications (Henry 

and  Roberts, 2014)  is  still needed to discover  additional habitats, and to  forecast  the 

fate of CWC facing both direct (fisheries) and indirect (environmental) impacts (Guinotte 

et al., 2006; Clark and Tittensor, 2010).  

Cold-water coral reefs, mounds, and gardens support a highly diverse community, 

comprising faunal biomass that is orders of magnitude above that of the surrounding 

seafloor (Mortensen et al., 1995; Henry and Roberts, 2007; Cordes et al., 2008; Roberts 

et al., 2008; Rowden et al., 2010). In addition to this tightly-associated community, cold-

water corals may also serve as important spawning, nursery, breeding and feeding areas 

for a multitude of fishes and invertebrates (Koslow et al., 2001;  Fossa  et al., 2002; 

Husebo et al., 2002; Colman et al., 2005; Stone, 2006; Ross and Quattrini, 2009; Baillon 

et al., 2012; Henry et al., 2013), and habitat for transient diel vertical migrators (Davies 

et al.,  2010).  The ability to  construct massive calcium carbonate frameworks, which 

makes  both shallow and deep-water coral reefs unique,  provides an important 

biogeochemical function in both the carbonate system (Doney  et al.,  2009) and in 

calcium balance (Moberg and Folke, 1999). CWC skeletons also provide an information 

function (sensu  de  Groot  et al.,  2002) through their archiving of paleoclimate signals 

(Adkins  et al., 1998;  Williams  et al.,  2006). Besides this, CWC ecosystems possess  an 

inherent aesthetic value (sensu de Groot et al., 2002) demonstrated through countless 

films, photographs, and paintings of reefs or reef organisms. 

Cold-water corals and the communities they support rely  on surface productivity as 

their primary source of nutrition; either through the slow, relatively steady deposition of 

particulate organic carbon (POC) in the form of marine snow, which may be enhanced 

by hydrographic mechanisms (e.g. Davies et al., 2009;  Kiriakoulakis  et al.,  2007),  or 

through more active transport of carbon provided by vertical migrators (Mienis et al., 

2012).  However,  L. pertusa  has been shown to incorporate everything from dissolved 

organic carbon (DOC) to POC to algal biomass to small zooplankton (van Oevelen et al., 

2009). As in shallow-water systems, corals and sponges of the deep reefs recycle these 

nutrients and form both the structural and trophic foundation of the ecosystem. In 

addition to these ties from shallow to deep water, the transport of nutrients from deep 

to shallow water is accomplished both by the diel vertical migrations of plankton and 

small fishes (Davies  et al.,  2010)  as well as by periodic down-  and upwelling that can 

occur near some of the reefs  (Mienis  et al., 2007;  Davies  et al.,  2009). Although the 

mechanisms for deep-to-shallow  water  transport are well established, the  input of 

deep-water secondary productivity to shallow ecosystems remains unquantified. 

 

© 2016 United Nations 

 

3 

---

 

2.

 

Features and Trends 

 

All geological  structures mentioned share some environmental factors that facilitate 

coral settlement and subsequent growth: provision of current-swept  hard substrate, 

and often  topographically-guided hydrodynamic settings. It has been suggested that 

corals are preferably confined to narrow seawater density (Sigma-theta) envelopes 

(Dullo et al., 2008) in which along-slope larval dispersal propagation may be facilitated. 

Survival and growth may be most closely associated with specific hydrodynamic settings 

including  tidal-driven internal-wave fronts hitting continental slopes and seamounts 

(Mienis et al., 2007; Henry et al., 2014), specific up- and downwelling currents affecting 

the summits of shallow-water seamounts (Ramirez-Llodra et al., 2010), and tidal-driven 

downwelling phenomena on inner shelf settings (Davies et al.,  2009;  Findlay  et al., 

2013). These hydrographic transfer processes tend to concentrate or prolong the 

retention time of nutrients and food that  sustain the metabolic demands of the 

suspension-feeding community.  

Another  perspective on  the occurrence of coral habitat is a combined biogeophysical 

and hydrochemical analysis of the ambient seawater, a very recent endeavour in the still 

young research history of cold-water coral systems (e.g., Findlay et al., 2014; Flögel et 

al., 2014; Henry et al., 2014; Lunden et al., 2013). These forms of data along with species 

presence data were incorporated into  global habitat suitability study by  Davies  and 

Guinotte (2011) that was conducted  on the six major cold-water framework-building 

corals (Enallopsammia rostrata, Goniocorella dumosa, Lophelia pertusa, Madrepora 

oculata, Oculina varicosa and  Solenosmilia variabilis) using  the Maximum Entropy 

modelling approach (MAXENT). This approach uses species-presence data, global 

bathymetry 30-arc second grids (1 km

2

 resolution) and incorporates environmental data 

from several global databases. Viewed on such a global scale, these corals generally 

thrive in waters that: (1) are supersaturated with respect to aragonite, (2) occur 

shallower than 1500 m water depth, (3) contain dissolved oxygen concentrations of >4 

ml l

-1

,  (4) have a salinity range between 34 and 37  ppt, and (5) show a temperature 

range between 5 and 10°C. Laboratory experiments have confirmed many of these 

ranges, with L. pertusa  being the most  commonly studied species. Mediterranean  L. 

pertusa  and  M. oculata  colonies survived and grew at 12

o

C  for  three  weeks, with M. 

oculata showing a greater sensitivity to high temperature (Naumann et al., 2014). Gulf 

of Mexico L. pertusa colonies survived and grew at up to 12

o

C, but died when exposed 

to 14

o

C for 8 days (Lunden et al., 2014).  Studies of L. pertusa from west of Scotland, 

United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, demonstrated that this species 

can maintain respiratory independence and even survive periods of reduced oxygen 

(Dodds et al., 2007).  

However, some remarkable outliers to these trends exist in the Red Sea and the Gulf of 

Mexico. The Red Sea represents the warmest and most saline deep-sea basin on Earth, 

with temperatures >20°C throughout the water column and salinity in excess of 40 ppt. 

© 2016 United Nations 

 

4 

---