7 research outputs found
Procesos biogeoquímicos en un ecosistema marino costero de intercambio restringido. El puerto de Mahón
[cat] Mahón és un dels majors ports en el Mediterrani Occidental. Emplaçat en un clima
típicament mediterrani està episòdicament pertorbat per precipitacions torrencials
i/o tempestes. Protegit dels corrents costaners i amb règim micromareal, la renovació
de l'aigua a Mahón és generalment baixa i, en conseqüència, els impactes de les
activitats humanes en la seva part interior tenen conseqüències ambientals en tot
l'estuari. De forma característica, es genera un gradient de nutrients i metalls entre la
zona interior del port i el mar. Aquestes característiques han ofert una bona
oportunitat per avaluar els diferents processos biogeoquímics que allí ocorren i els
factors que els modifiquen i/o controlen. En el present treball, es va dur a terme una
caracterització biogeoquímica dels dos principals compartiments ambientals de
l'ecosistema; els sediments i la columna d'aigua. També es van caracteritzar i avaluar
les diferents fonts de nutrients i/o metalls (aigües subterrànies, torrents, etc), i a
través d'enfocaments experimentals es va avaluar com afecten aquestes als processos
biogeoquímics i en conseqüència al funcionament ecològic de l'ecosistema.
Els resultats d'aquesta tesi revelen una seqüència d'estats biogeoquímics en l'estuari
de Maó que resulten de la interacció entre el vessament, altres forçaments no
periòdics (vents, les oscil·lacions del nivell del mar) i les variacions en la renovació de
l'aigua. Algunes variables i factors mostren una relació amb l'estacionalitat. Per
exemple, el vessament es mostra com un motor important de la circulació durant
l'hivern i de l'afluència de nutrients. Per contra, durant l'estiu, l’afluència d'aigua dolça
és menyspreable i la renovació de l'aigua es basa en impulsos forçament atmosfèrics.
Malgrat totes les variacions estacionals i/o episòdiques, la concentració dels nutrients
inorgànics mostra un gradient persistent durant tot l'any des de l'interior cap a
l'exterior de l'estuari. El nitrogen inorgànic dissolt i el fosfat inorgànic presenten
concentracions elevades a l'interior de l'estuari durant gairebé tot l'any. Això
reflecteix la importància de les aportacions terrestres en aquesta zona, suggerint la
superposició de dues fonts de nutrients principals; una de més permanent associada
amb aportacions antropogènics i una altra, de més efímera, relacionada a
esdeveniments episòdics. D'aquesta manera es pot dir que les variacions que ocorren
entre les fonts i els processos biogeoquímics interns determinen el balanç de nutrients
de l'estuari.
En conseqüència, a causa de les variacions de les concentracions de nutrients i als
canvis en les seves relacions molars, la composició del fitoplàncton i la seva
productivitat varia. Això es veu reflectit en les variacions espaciotemporals de la Chl a,
que en general mostra una marcada variació temporal, típica d'aquest tipus d'ecosistemes costaners impactats antròpicament. Conèixer aquests canvis en la
biomassa i composició del fitoplàncton que coexisteix en l'estuari, ha permès
comprendre els processos que poden estar regulant la producció primària. Així, el
fitoplàncton de Maó mostra una successió fitoplanctònica particular, dominada per la
presència d'espècies mótiles durant tot l'any, sent els dinoflagel·lats i els coccolitoforis
els taxons predominants durant tot l'any. L'avaluació de l'activitat de la fosfatasa
alcalina en el fitoplàncton, suggereix l'existència d'estrès per la poca disponibilitat de
fosfat. Aquesta limitació ocorre tant a l'estiu com a la tardor, a pesar que les
concentracions de fosfat en l'estuari són lleugerament superiors a la mitjana del
Mediterrani i similars a les d’altres zones costaneres. Els bioassaigs realitzats en
aquest treball mostren que l'activitat de la fosfatasa alcalina persisteix tot i que
concentracions de fosfat en el mitjà són elevades. Aquests resultats suggereixen que,
en el cas d'algunes espècies de dinoflagel·lats, l'activitat d'aquest enzim no està
controlada per la concentració de fosfat en el mitjà, i que en determinades espècies la
fosfatasa alcalina podria indicar un ús selectiu de fòsfor orgànic, o una resposta
metabòlica lenta als canvis en les formes de fòsfor, en lloc d'estrès fisiològic per la
baixa disponibilitat de fòsfor.
A causa de les aportacions d'origen antropogènic que rep, existeix una deterioració en
les condicions ambientals en les quals es troba l'aigua de Maó. Aquesta pèrdua de
qualitat no només es deriva de l'elevada concentració de nutrients, sinó que a més
existeix una important aportació de metalls traça que poden jugar un paper important
en la colimitació de la producció primària. D'aquí deriva la importància d'avaluar el
contingut i la font de metalls traça en les aigües superficials a Maó. Els resultats del
present treball mostren que la majoria dels metalls traça dissolts en les aigües del port
exhibeixen, igual que els nutrients, un marcat gradient de concentració (interior -
exterior). En general, les concentracions de metalls en les aigües del port són més
elevades que en aigües obertes. En particular, alguns metalls com a Cu, Fe i Pb hi
presenten concentracions especialment altes en comparació amb altres zones
costaneres del Mediterrani. D'altra banda, la concentració d'alguns metalls com el Cu i
Zn, hi mostra un augment durant l'estiu, coincidint amb la temporada turística alta. El
turisme massiu porta com a conseqüència l'augment de la població i del tràfic marítim,
generant aquest últim la resuspensió dels sediments superficials en la part interior del
port. En avaluar la concentració de metalls en els sediments superficials de Maó, s'hi
observa que les concentracions d'alguns metalls com a Cu, Hg, Pb i Zn són majors en
comparació amb altres llocs costaners del Mediterrani.
L'avaluació dels fluxos de metalls, mitjançant un balanç de masses, ha permès destriar
quin és la font més import a Maó. El resultat d'aquest balanç revela que, en
comparació amb altres fonts putatives com el vessament, la deposició atmosfèrica i/o la descàrrega submarina d'aigua subterrània, els sediments són la principal font dels
metalls que es troben en la columna d'aigua. Això suggereix la importància de la
resuspensió dels sediments produïda pel tràfic de vaixells de gran importància a
l'interior del port. El fet que diversos metalls que es troben en la columna d'aigua
provinguin dels sediments, està sustentat per les bones correlacions entre les
concentracions dels metalls i els isòtops de Ra (223Ra i 224Ra) en les aigües superficials
de l'estuari. Maó ha estat i segueix sent un port comercial i turísticament actiu, amb
diverses activitats portuàries. La datació per isòtops dels nuclis de sediments
obtinguts en el port, ha proporcionat informació sobre les variacions en els metalls
des de l'any 1890 fins al present. Aquest registre històric mostra que el contingut de
metalls en el sediment de Maó és el resultat de les diverses activitats industrials
desenvolupades en aquesta zona (tèxtil, joiera, sabateria, electrònica, làctics, la
implantació de centrals termoelèctriques, la utilització de la gasolina amb plom, entre
altres). A partir de 1978, la construcció d'un sistema de recollida d'aigües urbanes i el
seu abocament mitjançant un emissari amb sortida al mar, fora del port, va permetre
la reducció de la concentració de metalls en les aigües del port. Juntament amb això,
els resultats del factor d'enriquiment (EF) i de l'índex de geoacumulació (Igeo)
assenyalen que els sediments profunds de Maó estan enriquits en alguns metalls i les
seves concentracions s'han anat estabilitzant cap als anys més recents. Això suggereix
que qualsevol alteració física significativa de l'ambient sedimentari pot provocar la
resuspensió de quantitats significatives d'alguns metalls traça. En general, els
resultats d'aquesta tesi aporten gran informació per a la comprensió del funcionament
d'aquest tipus d'ecosistemes i deixen en evidència la particularitat i importància dels
processos biogeoquímics que allà es desenvolupen.[eng] Mahon is one of the largest ports in the Western Mediterranean. Located in a typically
Mediterranean climate is inconsistently disturbed by torrential rains and/or storms.
As it is protected by coastal currents and has a microtidal regime, the renewal of
water in Mahon is generally low and, accordingly, the impacts of human activities on
its inner part have environmental consequences throughout the estuary. A
characteristic gradient of nutrients and metals between the inner harbor area and the
sea is generated. These features have provided a good opportunity to evaluate the
different biogeochemical processes that are taking place there and the factors that
modify and/or control them. In the present work, we carried out a biogeochemical
characterization of the two main environmental compartments of the ecosystem; the
sediment and the water column. The different sources of nutrients and/or metals
(groundwater, torrents, etc) were also evaluated and characterized, and, by means of
experimental approaches, it was assessed how these different sources affected the
biogeochemical processes and, consequently, the ecological functioning of the
ecosystem.
The results of this thesis reveal a sequence of biogeochemical states in the estuary of
Mahon that result from the interaction between the runoff, other non-recurrent
forcings (winds, the oscillations of the sea level), and the variations in water renewal.
Some variables and factors show a relationship with the seasonality. For example, the
runoff is shown to be an important engine of the movement during the winter and
nutrient influx. On the contrary, during the summer, the influx of freshwater is
negligible and the renewal of water is based on atmospheric forcing impulses. Despite
all seasonal and/or episodic variations, the concentration of inorganic nutrients
shows a persistent gradient throughout the year from the inside toward the outside of
the estuary. The dissolved inorganic nitrogen and inorganic phosphate present high
concentrations in the interior of the estuary during almost the entire year. This
reflects the importance of the land contributions in this area, suggesting the overlap of
two sources of major nutrients; a more permanent one associated with anthropogenic
inputs and another, more ephemeral, related to episodic events. Therefore, we can say
that the variations that occur between the sources and internal biogeochemical
processes determine the nutrient balance of the estuary.
Accordingly, due to variations in nutrient concentrations and changes in their molar
relationships, phytoplankton composition and productivity vary. This is reflected in
the space-temporal variations of chl a, which in general show a marked seasonal
variation, typical of this type of anthropically-impacted coastal ecosystems. The comprehension of these changes in biomass and composition of the phytoplankton
that co-exist in the estuary, has allowed us to understand the processes that regulate
primary production in it. Thus, the phytoplankton of Mahon shows a particular
phytoplankton succession, dominated by the presence of motile species during the
whole year, being the dinoflagellates and the coccolithphorids the predominant taxa
throughout the year. The evaluation of the activity of alkaline phosphatase in the
phytoplankton, suggests the existence of stress due to the poor availability of
phosphate. This limitation occurs both in the summer and the autumn, despite that
phosphate concentrations in the estuary are slightly higher than the average for the
Mediterranean and like other coastal areas. The Bioassays performed in this paper
show that the activity of the alkaline phosphatase persists even when phosphate
concentrations in the environment are high. These results suggest that, in the case of
some species of dinoflagellates, the activity of this enzyme is not controlled by the
phosphate concentration in the environment. Besides, the results suggest that in
certain species the alkaline phosphatase could indicate a selective use of organic
phosphorus, or a slow metabolic response to changes in the phosphorus forms instead
of physiological stress by the low availability of phosphorus.
Due to the contributions of anthropogenic origin that the estuary receives, the
environmental conditions of water in Mahon are deteriorating. This loss of quality
derives not only from the high concentration of nutrients, but there is also an
important contribution of trace metals, which can play an important role in the colimitation
of primary production. Hence it is of high importance to assess the content
and the source of trace metals in surface waters in Mahon. The results of this work
show that the majority of the trace metals dissolved in the waters of the port exhibit,
like the nutrients, a marked concentration gradient (inside - outside). In general,
metal concentrations in the port are higher than in open waters. In particular, some
metals as Cu, Fe and Pb show especially high concentrations in comparison to other
coastal areas of the Mediterranean. On the other hand, the concentration of some
metals such as Cu and Zn increase during the summer, coinciding with the high tourist
season. Mass tourism brings as a consequence the increase of population and
maritime traffic, generating the latter resuspension of surface sediments in the inner
part of the harbor. When metal concentration in the superficial sediments of Mahon
was evaluated, it was noted that the concentrations of some metals such as Cu, Hg, Pb
and Zn were higher in comparison to other coastal places of the Mediterranean.
The evaluation of metal flows, by means of a mass balance, has allowed discerning
what the main source in Mahon is. The result of this evaluation reveals that, in
comparison with other putative sources as the runoff, atmospheric deposition and/or
submarine discharge of underground water, sediments are the main source of the metals found in the water column. This highlights the importance of resuspension of
sediment produced by the traffic of ships with deep drafts in the interior of the port.
The fact that several of the metals that were located in the water column come from
sediments was supported by good correlations between metal concentrations and Ra
isotopes (223Ra and 224Ra) in the surface waters of the estuary. Mahon has been and
still is a commercial and touristically active port, with various port activities. Isotopes
dating of sediment cores obtained in the port, have provided information on the
changes in the metals from 1890 until the present. This historical record shows that
metal content in the sediment of Mahon is the result of the various industrial activities
developed in this area (textiles, jewelry, shoemaking, electronics, dairy products, the
introduction of thermoelectric plants, the use of leaded gasoline, among others). Since
1978, the construction of a system for the collection of urban waters and their
discharge by an emissary with exit to the sea, outside the port, led to the reduction in
metal concentration in the waters of the port. Coupled with this, the results of the
enrichment factor (EF) and the geoaccumulation index (Igeo) indicate that deep
sediments in Mahon are enriched in some metals and that their concentrations have
stabilized during the most recent years. This suggests that any significant physical
alteration of the sedimentary environment can cause resuspension of significant
quantities of some trace metals. In general, the results of this thesis provide great
information for the understanding of the functioning of this type of ecosystem and
evidence the particularity and importance of the biogeochemical processes that take
place there.[spa] Mahón es uno de los mayores puertos en el Mediterráneo Occidental. Emplazado en
un clima típicamente mediterráneo está episódicamente perturbado por
precipitaciones torrenciales y/o tormentas. Protegido de las corrientes costeras y con
régimen micromareal, la renovación del agua en Mahón es generalmente baja y, en
consecuencia, los impactos de las actividades humanas en su parte interior tienen
consecuencias ambientales en todo el estuario. De forma característica, se genera un
gradiente de nutrientes y metales entre la zona interior del puerto y el mar. Estas
características han ofrecido una buena oportunidad para evaluar los diferentes
procesos biogeoquímicos que allí ocurren y los factores que los modifican y/o
controlan. En el presente trabajo se llevó a cabo una caracterización biogeoquímica de
los dos principales compartimentos ambientales del ecosistema; los sedimentos y la
columna de agua. También se caracterizaron y evaluaron las diferentes fuentes de
nutrientes y/o metales (aguas subterráneas, torrentes, etc), y a través de enfoques
experimentales se evalúo cómo afectan éstas a los procesos biogeoquímicos y en
consecuencia al funcionamiento ecológico del ecosistema.
Los resultados de esta tesis revelan una secuencia de estados biogeoquímicos en el
estuario de Mahón que resultan de la interacción entre la escorrentía, otros
forzamientos no periódicos (vientos, las oscilaciones del nivel del mar) y las
variaciones en la renovación del agua. Algunas variables y factores muestran una
relación con la estacionalidad. Por ejemplo, la escorrentía se muestra como un motor
importante de la circulación durante el invierno y de la afluencia de nutrientes. Por el
contrario, durante el verano, la afluencia de agua dulce es despreciable y la renovación
del agua se basa en impulsos de forzamiento atmosférico. A pesar de todas variaciones
estacionales y/o episódicas, la concentración de los nutrientes inorgánicos muestra un
gradiente persistente durante todo el año desde el interior hacia el exterior del
estuario. El nitrógeno inorgánico disuelto y fosfato inorgánico presenta
concentraciones elevadas en el interior del estuario durante casi todo el año. Esto
refleja la importancia de los aportes terrestres en esta zona, sugiriendo la
superposición de dos fuentes de nutrientes principales; una más permanente asociada
a aportes antropogénicos y otra, más efímera, relacionada a eventos episódicos. De
este modo se puede decir que las variaciones que ocurren entre las fuentes y los
procesos biogeoquímicos internos determinan el balance de nutrientes del estuario.
En consecuencia, debido a las variaciones de las concentraciones de nutrientes y a los
cambios en sus relaciones molares, la composición del fitoplancton y su productividad
varía. Esto se ve reflejado en las variaciones espacio-temporales de la Chl a, que en general muestra una marcada variación temporal, típica de este tipo de ecosistemas
costeros impactados antrópicamente. Conocer estos cambios en la biomasa y
composición del fitoplancton que co-existe en el estuario, ha permitido comprender
los procesos que pueden estar regulando la producción primaria. Así, el fitoplancton
en Mahón muestra una sucesión particular, dominada por la presencia de especies
motiles durante todo el año, siendo los dinoflagelados y los cocolitoforidos los taxones
predominantes durante todo el año. La evaluación de la actividad de la fosfatasa
alcalina en el fitoplancton, sugiere la existencia de estrés por la poca disponibilidad de
fosfato. Esta limitación ocurre tanto en verano como en otoño, a pesar de que las
concentraciones de fosfato en el estuario son ligeramente superiores a la media del
Mediterráneo y similares otras zonas costeras. Los bioensayos realizados en este
trabajo muestran que la actividad de la fosfatasa alcalina persiste aun cuando
concentraciones de fosfato en el medio son elevadas. Esos resultados sugieren que, en
el caso de algunas especies de dinoflagelados, la actividad de esta enzima no está
controlada por la concentración de fosfato en el medio y que en determinadas
especies la fosfatasa alcalina podría indicar un uso selectivo de fósforo orgánico, o una
respuesta metabólica lenta a los cambios en las formas de fósforo, en lugar de estrés
fisiológico por la baja disponibilidad de fósforo.
Debido a los aportes de origen antropogénico que recibe, existe un deterioro en las
condiciones ambientales en las que se encuentra el agua de Mahón. Esta pérdida de
calidad no sólo se deriva de la elevada concentración de nutrientes. Además, existe un
importante aporte de metales traza, que pueden jugar un papel importante en la colimitación
de la producción primaria. De aquí deriva la importancia de evaluar el
contenido y la fuente de metales traza en las aguas superficiales en Mahón. Los
resultados del presente trabajo muestran que la mayoría de los metales traza
disueltos en las aguas del puerto exhiben, al igual que los nutrientes, un marcado
gradiente de concentración (interior - exterior). En general, las concentraciones son
más elevadas que en aguas abiertas. En particular, algunos metales como Cu, Fe y Pb
presentan concentraciones especialmente altas en comparación con otras zonas
costeras del Mediterráneo. Por otra parte, la concentración de algunos metales como
el Cu y Zn, muestra un aumento durante el verano, coincidiendo con la temporada
turística alta. El turismo masivo trae como consecuencia el aumento de la población y
del tráfico marítimo, generando este último la resuspensión de los sedimentos
superficiales en la parte interior del puerto. Al evaluar la concentración de metales en
los sedimentos superficiales de Mahón, se observa que las concentraciones de Cu, Hg,
Pb y Zn son mayores en comparación a otros lugares costeros del Mediterráneo.
La evaluación de los flujos de metale
Organic carbon, phosphorus and nitrogen in surface sediments of the marine-coastal region north and south of the Paria Peninsula, Venezuela
The organic carbon, phosphorus and nitrogen content of silt and clay fractions of surface sediments from the marine-coastal region north and south of the Paria Peninsula (PP) were quantified. Organic carbon concentrations (Corg) were determined by dry combustion after decarbonation with 10% hydrochloric acid, and total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN). This information was then used to produce maps of the iso-concentrations of the distribution of these elements in the sub-marine continental shelf north of the PP and in the Gulf of Paria (GP). In the silt fraction, the Corg concentration, TP and TN showed average values of 1.53, 0.04 and 0.03%, respectively. The highest Corg, PT and NT values were recorded from silts from the PP with a gradual increase towards the west and the lowest figures were found in the GP. In the clay fraction, Corg, TN and TP had mean values of 1.64, 0.13 and 0.04%, respectively, and showed a spatial distribution very similar to the silt fraction, indicating the influence of ocean currents and coastal upwelling patterns. The C/N ratio had an average of 23.67 and showed that the Corg present in the PP sediments is of marine origin, resulting from primary productivity, especially towards the west. This zone has been identified as the most productive in this region due to coastal upwelling and the influence of the Orinoco and Amazon rivers (Gomez 1996; Monente 1997). In contrast, a greater variability in the parameters measured was found in the GP sediments, probably due to the mixing of marine and continental Corg, confirming the influence of the Orinoco and Amazon waters brought by the Guyana Current. © 2011 Springer-Verlag.The authors thank PDVSA CAMUDOCA for their financial support of the second phase of the project “Baseline Environmental Study, Mariscal Sucre” and to the Research Council of the Universidad de Oriente for financing the project “Geochemistry of superficial sediments of the coastal-marine region of the north and south continental shelf of the Paria Peninsula, Sucre State, Venezuela” (CI-02-030700-1404/08); and thanks to the Institute of Earth Sciences and the Oceanographic Institute of Venezuela for their institutional support of this study.Peer Reviewe
Episodic Biogeochemical Variability in a Low-Flow Mediterranean Estuary
To investigate to what extent episodic physical processes regulate nutrient availability and phytoplankton assemblages of the Mahon estuary (Minorca Island), we carried out an intensive field study during 2010–2011. During the study period, environmental conditions spanned from intense stratification to a continuous mixing and from lack of riverine inflow to intense runoff. Our data reveals a sequence of biogeochemical states of the estuary that result from the interplay between runoff, other non-periodic forcings (winds, sea level oscillations), and variations in water renewal. Seasonal runoff was revealed as a major driver of winter circulation and of the influx of inorganic nutrients, in particular nitrate. However, because of the combination between runoff and flushing time, the effects of floodwater events on phytoplankton are short-lived (days). Conversely, during summer, when freshwater influx declines, water renewal relies on pulsed atmospheric forcing that may be of local or remote origin. As depicted from the low nitrate concentrations (1 μM), this change in circulation and external loads carries nutrient assimilation within the estuary head and forces the use of remnant nutrients through regenerating pathways to sustain an enhanced phytoplankton biomass at the lower estuary. Episodic variability represented between 52 and 65% of the annual chlorophyll variance. Despite the fact that episodic pulses represented intense departures from base biogeochemical state of the estuary, at time scale larger than weeks, the phytoplankton community composition and dynamics was largely regulated by the integrated effect of these episodes and other environmental drivers associated with seasonality rather than by individual storm events only. Our results suggest that even though the system presents good recovery capacity to individual storm episodes, it may be more vulnerable to increased nutrient fluxes during summer, as well as to changes in episode timing and frequency.This work was financed by the “Ministerio de Economía y Competitividad” MINECO grants EHRE (CTM2009-08270) and GRADIENTS (CTM2012-39476-C02-01). A Jordi’s work was carried out under a Ramón y Cajal contract from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness.Peer reviewe
Historical record and sources of metals in core sediments from Maó Harbour, Minorca, Spain
Trabajo presentado en el XVIII Seminario Ibérico de Química Marina, celebrado en Alicante (España) de 20 al 22 de julio de 2016.Maó (Minorca) is a narrow and semi-enclosed harbour impacted by historic urban and industrial metal pollution. We analyse and compare surficial and long-term sediment records along the Harbour to assess the sources and historical trends in pollution. Trace metal concentrations (Al, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Sr and Zn) measured in sediments of Maó were of the same order of magnitude than those reported in other anthropogenically impacted areas of the Mediterranean Sea. Mercury was the only element that presented significantly higher concentrations in the harbour than other sites (up to 2 orders of magnitude higher). Although surficial concentrations of some metals (e.g. Hg, Pb, Cu and Zn) showed levels lower than those presented in the oldest sedimentary record, they showed concentrations above those recommended for acceptable sediment quality. Enrichment factors (EF) calculations support the anthropogenic origin of these metals in the Maó harbour; however, some variations can be attributed to natural fluctuations in the sediment deposition in the harbour.This work was financed by the Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) grants EHRE (CTM2009-08270). M.C. Martínez-Sotos’s work was funded by a JAE-doc contract from CSIC.N