Author(s):
Mendes, Carlos Rafael Borges, 1979- 
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/5777
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Afloramento costeiro; Fitoplâncton; Cromatografia líquida; Península Antártica; Teses de doutoramento - 2012
Description
Tese de doutoramento, Biologia (Ecologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012 The study of phytoplankton dynamics is a fundamental tool in environmental assessment and monitoring, studies of trophic relationships and modeling ecosystems. The present study was a rare opportunity to study two different ecosystems, such as a polar zone, the Antarctic, and a temperate zone influenced by upwelling processes, the Portuguese coast. The main objective of this study was to understand the physical-chemical processes related to the phytoplankton communities’ distribution in these areas. Particularly, the Nazaré submarine canyon region (coast of Portugal) and around the tip of the Antarctic Peninsula, and characterize their communities through pigment analysis (HPLC) and identifying dominant species by microscopy. A great spatial variability in chlorophyll a (Chl a) was observed in the Antarctic Peninsula: highest levels in the vicinity of the James Ross Island (exceeding 7 mg m-3 in 2009), intermediate values (0.5 to 2 mg m-3) in the Bransfield Strait, and the lowest concentrations in the Weddell Sea and Drake Passage (below 0.5 mg m-3). On the other hand, in the region of Nazaré submarine canyon, a clear onshore-offshore gradient was visible: high Chl a concentrations were recorded in the canyon head, near the coast, where values greater than 4 mg m-3 were observed; in contrast, Chl a was relatively low in offshore regions, with values below 0.5 mg m-3. The use of taxonomic tools such as CHEMTAX software allowed efficient quantification of the contribution of different taxonomic groups present to total Chl a (biomass index). This study also showed that the spatial distribution of macronutrients is one of the key factors regulating the distribution of phytoplankton communities in the Nazaré Canyon region, while in the neighboring Antarctic Peninsula, other factors, such as light availability and/or iron distribution, mostly associated with the structure of the water column, determined the spatial composition of phytoplankton communities. The results presented are important to understand the oceanographic dynamics of these regions, and provide new insights for the overall knowledge of phytoplankton dynamics. Moreover, this work contributed with invaluable in situ data, which can be used in ecosystem modeling.O ambiente marinho contém comunidades biológicas muito diversas que estão interligadas em complexas cadeias tróficas. Na base dessas cadeias tróficas encontra-se o fitoplâncton (principal produtor primário dos oceanos), que embora representando menos de 1% da biomassa vegetal do planeta, é responsável por cerca de metade da produção primária na Terra. O estudo da dinâmica do fitoplâncton constitui uma ferramenta fundamental na monitorização e avaliação ambiental, nos estudos das relações tróficas e na modelação dos ecossistemas. A presente dissertação constituiu uma rara oportunidade de estudar dois ecossistemas tão distintos como uma zona polar, a Antártica, e uma zona temperada influenciada por processos de afloramento, a costa portuguesa. Apesar de o oceano Austral ser, usualmente, caracterizado como uma região de elevadas concentrações de nutrientes, mas com baixas concentrações de clorofila a (Chl a), existem determinadas zonas ao redor da Antártica onde se registam elevadas taxas de produtividade marinha, que servem de importantes áreas de alimentação para herbívoros e que são cruciais para captação de CO2 atmosférico em termos globais. Por sua vez, as regiões costeiras caracterizadas pelos processos de afloramento, como o caso da costa de Portugal, estão entre os ecossistemas marinhos mais produtivos dos oceanos e são conhecidas por sustentar algumas das regiões de pesca mais importantes do mundo. O principal objectivo deste estudo foi compreender os processos físico-químicos responsáveis pela distribuição das comunidades de fitoplâncton na região da Península Antártica e na região do canhão da Nazaré (costa de Portugal), caracterizando as respectivas comunidades através da análise Resumo 22 pigmentar por HPLC (high-performance liquid chromatography, que se poderá traduzir como cromatografia líquida de elevada precisão) e identificando as espécies dominantes por microscopia. A utilização de ferramentas químico-taxonómicas como o programa CHEMTAX permitiu uma eficiente quantificação da contribuição das diversas classes taxonómicas para o total de Chl a (índice de biomassa). O estudo ecológico efectuado na região da costa de Portugal encontra-se descrito e discutido no Capítulo II. Este trabalho baseou-se em uma campanha oceanográfica efectuada na região do canhão da Nazaré, numa altura do ano em que predominaram ventos favoráveis (quadrante norte) para a ocorrência de processos de afloramento costeiro. Esta situação foi evidenciada pelo surgimento de uma banda de águas mais frias, junto à costa, observada nas imagens de satélite da temperatura da superfície da água do mar. Nesta região da costa de Portugal foram observadas maiores concentrações de Chl a, relacionadas com a presença de diatomáceas e/ou dinoflagelados, nas regiões costeiras em associação com a presença de águas mais frias e ricas em nutrientes. Nas regiões mais afastadas da costa, fora da região de afloramento, observou-se um aumento da estratificação, menores concentrações de nutrientes e um total domínio de primnesiófitas, com um incremento na contribuição das cianobactérias nas estações mais oceânicas. Por outro lado, a presença do canhão submarino determinou um diferencial Norte-Sul na circulação dos nutrientes, que proporcionou uma injecção de maiores quantidades de nutrientes (bem visível na distribuição espacial do fosfato) para a região costeira a Sul do canhão, favorecendo o desenvolvimento de diatomáceas nesta área. Os dinoflagelados, por sua vez, competindo com as Resumo 23 diatomáceas por nutrientes e, provavelmente, melhor adaptados a regimes com menores concentrações de fosfato estabeleceram-se numa região a norte da cabeceira do canhão, onde este nutriente foi observado em concentrações muito baixas. Esta região de elevada biomassa (valores de Chl a superiores a 4 mg m-3) foi caracterizada por um forte florescimento de um dinoflagelado tóxico formador de cadeias longas – Alexandrium affine – em conjunto com outros dinoflagelados como Ceratium candelabrum, Ceratium furca, Ceratium fusus, Dinophysis acuta e Dinophysis caudata. O Capítulo III diz respeito ao estudo acerca da distribuição espacial das comunidades de fitoplâncton no entorno da Península Antártica, baseado nos resultados obtidos em dois cruzeiros oceanográficos realizados em dois anos consecutivos (2008 e 2009) no final do verão austral. As maiores biomassas registaram-se nas estações mais costeiras e próximas à Península, que apresentaram uma coluna de água mais homogénea e, possivelmente, uma maior disponibilidade em ferro devido aos processos de mistura. Estas zonas mais costeiras, em especial a região ao redor da ilha de James Ross (onde se registaram valores de Chl a superiores a 7 mg m-3), foram associadas com um predomínio de diatomáceas. Em zonas mais oceânicas (mar do Weddell e Passagem de Drake) verificou-se um aumento da estratificação, provavelmente restringindo os níveis de ferro na camada eufótica, o que limitou a biomassa e favoreceu o crescimento de organismos nanoplanctónicos, como as criptófitas e/ou Phaeocystis antarctica (primnesiófita). A utilização de índices pigmentares permitiu avaliar alguns processos fisiológicos das comunidades de fitoplâncton em resposta a determinadas condições ambientais (disponibilidade de ferro, luz e/ou herbivoria). Esta informação serviu para uma melhor compreensão dos Resumo 24 complexos processos responsáveis pela dinâmica do fitoplâncton ao redor da Península Antártica. A região do Estreito de Bransfield apresentou uma grande variabilidade espacial e temporal das suas características físico-químicas devido, em parte, a uma influência repartida de águas provenientes do mar de Weddell e do mar de Bellingshausen. Este facto reflectiu-se na grande variabilidade observada na distribuição da biomassa (concentrações de Chl a entre 0.5 e 2 mg m-3) e, consequentemente, das comunidades de fitoplâncton. Na sequência desta grande variabilidade observada para o Estreito de Bransfield e juntando uma terceira campanha oceanográfica realizada em 2010, na mesma época do ano (final do verão austral) e nas mesmas estações de amostragem realizadas em 2008 e 2009, efectuou-se um estudo específico para a região do Estreito de Bransfield, apresentado no Capítulo IV, sobre a variabilidade interanual das comunidades de fitoplâncton (variação na dominância dos principais grupos taxonómicos) em relação às condições físico-químicas e climáticas observadas. Foi ainda possível associar o início do degelo marinho, para a região do Estreito de Bransfield, com as variações observadas nas comunidades de fitoplâncton no final do verão austral (período em que se realizaram as amostragens). Tal como já observado por diversos autores para outras regiões ao redor da Península Antártica, uma alteração no início e/ou intensidade do degelo marinho causa um desfasamento (atraso ou antecipação) na natural sucessão fitoplanctónica da região. No ano de 2010, onde se verificaram temperaturas atipicamente frias durante o verão austral, o início/intensidade do degelo (gatilho fundamental para o desenvolvimento dos primeiros florescimentos de diatomáceas) foi de tal forma atrasado que resultou Resumo 25 em valores de biomassa bastante reduzidos durante todo o verão austral de 2010. Além disso, este processo resultou em um domínio de criptófitas em detrimento das diatomáceas, naquele ano, com presumíveis implicações para toda a cadeia trófica marinha da região.
