Estudio biológico de la capa de dispersión acústica estival en el mar de Alborán y su implicación en la evaluación de pelágicos costeros

Abstract

Director de la tesis doctoral: Dra. Iglesias, M. (Magdalena) Ponente de la tesis doctoral: Dra. Agawin, N.S.R.En este estudio se ha llevado a cabo la caracterización acústica y la identificación biológica de la capa epipelágica presente en la plataforma continental del Golfo de Vera y del Mar de Alborán durante la época estival de los años 2013 y 2014. Para ello, la capa epipelágica fue detectada acústicamente empleando una ecosonda científica EK60 (Simrad) operando a diferentes frecuencias de trabajo: 18, 38, 70, 120 y 200 kHz, y en base a sus características acústicas se procedió a la identificación biológica mediante redes de plancton. Para cubrir un amplio espectro de tallas (meso y macrozooplancton) y capturar la comunidad susceptible de generar la respuesta acústica observada, se emplearon dos sistemas de muestreo: una red Bongo 40 equipada con mallas de 250 y 333 micras y una red Bongo 90 equipada con mallas de 500 y 2000 micras. Además, las variables termohalinas y la concentración de clorofila-a de la columna de agua fueron registradas en las estaciones de muestreo mediante un CTD provisto de un sensor de fluorescencia. La combinación de los datos acústicos y biológicos mostró que la frecuencia de mayor respuesta de la capa epipelágica varió a lo largo de la plataforma continental, en función de la comunidad zooplanctónica presente en la columna de agua, pasando de una comunidad costera resonante en la frecuencia de 70 kHz en 2013 y en 120 kHz en 2014, compuesta principalmente por crustáceos de pequeño tamaño, a otra comunidad resonante en la frecuencia de 38 kHz en las zonas comprendidas entre 40 y 200 m de fondo, de composición faunística heterogénea. Al final de la plataforma continental se detectó la incursión de una capa profunda, resonante en la frecuencia de 18 kHz, compuesta por larvas de peces mesopelágicos. La capacidad de los organismos para dispersar sonido depende de su concentración en el medio, de su tamaño y de sus características corporales, por esto no todos los organismos presentes en la columna de agua fueron detectados por las frecuencias de trabajo. Los crustáceos resultaron ser el grupo faunístico más abundante en las muestras y fueron detectados eficazmente en las frecuencias de 70, 120 y 200 kHz en ausencia de otros organismos con mayor capacidad para dispersar sonido como las larvas de peces. Las larvas de peces, aunque fueron poco abundantes en las muestras, dominaron la señal acústica en un amplio rango de frecuencias, enmascarando la señal del resto de grupos faunísticos debido al aire que contiene su vejiga natatoria. El tamaño de las larvas condicionó su frecuencia de mayor respuesta, detectándose larvas de mayor tamaño en la frecuencia de 18 kHz y de un menor tamaño en la frecuencia de 38 kHz. Por otro lado, se constató que la interacción entre la comunidad zooplanctónica y la comunidad de peces pelágicos en la frecuencia de evaluación acústica (38 kHz), se maximizó a profundidades de entre 40 y 100 m de profundidad, enmascarando entre el 33 y el 37 % los cardúmenes de peces. La existencia de una relación de tipo lineal entre la energía dispersada por la capa de zooplancton a las diferentes frecuencias empleadas, permitió el desarrollo de un ecograma virtual, que separó eficazmente los registros de los peces de aquellos correspondientes al zooplancton, contribuyendo a mejorar el proceso de interpretación de ecogramas y, como extensión, optimizar el proceso de evaluación de pequeños pelágicos costeros.En aquest estudi s’ha dut a terme la caracterització acústica i la identificació biològica de la capa epipelàgica present a la plataforma continental del Golfo de Vera i del mar d’Alboran durant l’època estival dels anys 2013 i 2014. Per aquest fi, la capa epipelàgica fou detectada acústicament mitjançant una ecosonda científica EK60 (Simrad) operant a diferents freqüències de treball: 18, 38 ,70 ,120 i 200 kHz, i en base a les seves característiques acústiques es va procedir a la identificació biològica mitjançant xarxes de plàncton. Per a cobrir un ample espectre de talles (meso i macrozooplàncton) i capturar la comunitat susceptible de generar la resposta acústica observada, es van emprar dos sistemes de mostreig: Una xarxa Bongo 40 equipada amb malles de 250 i 333 micres i una xarxa Bongo 90 equipada amb malles de 500 i 2000 micres. A més, les variables termohalines i la concentració de clorofila-a de la columna d’aigua foren registrades en les estacions de mostreig mitjançant un CTD equipat amb un sensor de fluorescència. La combinació de les dades acústiques i biològiques mostrà que la freqüència de major resposta de la capa epipelàgica va variar al llarg de la plataforma continental, en funció de la comunitat zooplanctònica present a la columna d’aigua, passant d’una comunitat costanera ressonant en la freqüència de 70 kHz en 2013 i en 120 kHz en 2014, compost principalment per crustacis de petit mida, a altra comunitat ressonant en la freqüència de 38 kHz a les zones compreses entre 40 i 200 m de fondària, de composició faunística heterogènea. A la fi de la plataforma continental es detectà la incursió d’una capa profunda, ressonant a la freqüència de 18 kHz, composta per larves de peixos mesopelàgics. La capacitat dels organismes per a dispersar so depèn de la seva concentració en el medi, de la seva mida i de les seves característiques corporals, per això no tots els organismes presents a la columna d’aigua foren detectats per les freqüències de treball. Els crustacis resultaren ser el grup faunístics més abundant a les mostres i foren detectats eficaçment a les freqüències de 70, 120 i 200 kHz en absència d’altres organismes amb major capacitat per a dispersar so com les larves de peixos. Les larves de peixos, encara foren poc abundants en les mostres, dominaren la senyal acústica en un ampli rang de freqüències, emmascarant la senyal de la resta de grups faunístics degut a l’aire que conté la seva bufeta natatòria. La mida de les larves condicionà la seva freqüència de major resposta, detectant larves de major mida en la freqüències de 38 kHz. Per altra banda, es constatà que la interacció entre la comunitat zooplanctònica i la comunitat de peixos pelàgics en la freqüència d’avaluació acústica (38 kHz), es maximitza a profunditats compreses entre 40 i 100 m de fondària, emmascarant entre el 33 i el 37 % de les moles de peixos. L’existència d’una relació de tipus lineal entre l’energia dispersada per la capa de zooplàncton a les diferents freqüències emprades, va permetre el desenvolupament d’un ecograma virtual, que va separar eficaçment els registres dels peixos d’aquells corresponents al zooplàncton, contribuint a millorar el procés d’interpretació d’ecogrames i, com extensió, optimitzar el procés d’avaluació de petits pelàgics costaners.The present study has been performed in order to characterize acoustically and identify biologically the epipelagic scattering layer present in the Gulf of Vera and the Alboran Sea continental shelf during summer time in 2013 and 2014. To that end, the epipelagic layer was detected acoustically using a scientific echosounder EK60 (Simrad) operating at different working frequencies: 18, 38, 70, 120 and 200 kHz, and based on its acoustic characteristics, the biological identification was carried out by means of plankton nets. With the purpose of covering a wide size range (meso and macrozooplankton) and capturing the zooplankton community responsible of the observed acoustic response, two different sampling systems were employed: Bongo 40 plankton net equipped with 250 and 333 microns meshes and Bongo 90 net equipped with 500 and 2000 microns meshes. In addition, water column thermohalines variables and chlorophyll-a concentration were recorded at the sampling stations using a CTD equipped with a florescence sensor. Matching acoustical and biological data showed the epipelagic layer frequency response varied along the continental shelf according to changes in the zooplankton community. In coastal areas, the resonance frequency was 70 kHz in 2013 and 120 kHz in 2014 and the zooplankton community was mainly composed of small crustaceans, while in areas between 40 and 200 m depth, the resonance frequency was 38 kHz and the zooplankton community composition was heterogenic. At the edge of the continental shelf, a deep scattering layer appeared at 18 kHz, which was associated with mesopelagic fish larvae. The capacity of the organisms to disperse sound depends on their concentration in the medium, their size and their body features, so not all of the organisms present in the water column were detected by the working frequencies. Crustaceans were the faunal group most abundant in the biological samples and they were effectively detected at 70, 120 and 200 kHz in the absence of other stronger scatters such us fish larvae. Fish larvae, although they were less abundant in the samples, dominated the acoustic signal in a wide range of frequencies, masking other faunal groups due to the air inside their swimbladder. The larvae size determined its resonance frequency; large larvae were detected at 18 kHz, while smaller ones were detected at 38 kHz. Moreover, it was confirmed that the interaction between the pelagic fish community and the zooplankton community detected at the stabilized assessment frequency, 38 kHz, was maxima at depth ranging from 40 to 100 m, masking the 33 % of the fish schools detected in the study area in 2013 and the 37 % in 2014. The existence of a linear relationship between the zooplankton layer at the different frequencies analyzed allowed the development of a virtual echogram which effectively separated fish echotraces from those belonging to the zooplankton community, helping to improve the echogram scrutinize process and, as an extension, to optimize the small pelagic acoustical assessment process