A influência da deposição atmosférica da poeira mineral da Patagônia na biomassa fitoplanctônica do setor Atlântico do Oceano Austral

• Main Author: Alexandre Castagna Mourão e Lima
• Other Authors: Heitor Evangelista da Silva, Milton Kampel, Paulo Sergio Salomon
• Format: Thesis
• Language: Portuguese
• Published: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ 2013
• Subjects: INTERACAO ENTRE OS ORGANISMOS MARINHOS E OS PARAMETROS AMBIENTAIS; Poeira mineral; Ferro; Fertilização; Oceano Austral; Patagônia; Mineral dust; Iron; Fertilization; Southern Ocean; Patagonia; Alta; Antarctic; Argentina; Austral; Drake Passage; Entrada; Antarc*; Antártica
• Online Access: http://www.bdtd.uerj.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=5878

O Oceano Austral é a região oceânica de maior extensão em que os macronutrientes necessários à produção primária permanecem em níveis elevados por todo ano. Essa condição é conhecida como High Nutrient Low Clorophyll (HNLC) e é determinada, em grande parte, pela relativa escassez de micronutrientes, particularmente o ferro. Diversos experimentos comprovaram que a entrada de ferro neste sistema intensifica a produção biológica, aumentando a fixação do carbono e, eventualmente, sua exportação para águas profundas. Este fenômeno recebeu muita atenção nos últimos 20 anos devido a sua possível influencia no clima, via ciclo do carbono. A relação inversa entre concentração de CO2 na atmosfera e o fluxo de poeira mineral observados em registros glaciais da Antártica Central sugere que a deposição atmosférica pode ser uma importante via para o aporte de micronutrientes. Porém, a contribuição da deposição de poeira mineral para a produção primária nesta região permanece para ser demonstrada e seu possível papel no sistema climático ainda não é conclusivo. No caso do setor Atlântico do Oceano Austral, que recebe influência da Patagônia, os baixos fluxos modernos de poeira mineral e a baixa solubilidade do ferro associado à estrutura dos alumíniossilicato levam muitos autores a postular que fontes oceânicas de micronutrientes sejam mais determinantes. Faltam, no entanto, evidências experimentais. Neste trabalho, abordamos o estudo da fertilização do setor Atlântico do Oceano Austral pela poeira da Patagônia utilizando duas ferramentas: (1) o sensoriamento remoto orbital de aerossóis minerais e clorofila-a em escala interanual; e (2) um experimento de fertilização, com poeira da Patagônia, realizado na Passagem de Drake, considerando fluxos estimados para a era moderna e para o último glacial. Após doze dias de bioensaio, os tratamentos de adição de poeira mostraram a elevação da clorofila-a e da abundância de células em níveis acima dos controles. Níveis intermediários e maiores de adição não diferiram entre si na intensidade de resposta biológica, separando-se apenas da menor adição. Esses resultados indicam que a poeira da Patagônia, mesmo nos fluxos atuais, é capaz de prover os micronutrientes escassos na coluna dágua, com potencial para deflagrar aumentos significativos de biomassa. Através da análise por sensoriamento remoto, identificamos uma região de alta correlação entre poeira e clorofila-a, que está localizada entre a Frente Subtropical e a Frente Polar, se estendendo da Argentina ao sul da África. Esta região difere das águas ao sul da Frente Polar pela menor profundidade da camada de mistura, menor concentração de silicatos, baixa biomassa de diatomáceas e, estima-se, maior estresse fisiológico devido à escassez de ferro e menor aporte oceânico deste nutriente. Em conjunto, essas características parecem criar condições que tornam a resposta biológica mais sensível à deposição de poeira mineral. Estes resultados lançam nova luz sobre o controle atual da produção primária na região e sobre a hipótese da regulação climática pelo fitoplâncton no Oceano Austral, mediado pela deposição de poeira da Patagônia. The Southern Ocean is the larger ocean region where the macronutrients needed for primary production remain in high levels through the year. This condition is known as High Nutrient Low Chlorophyll (HNLC) and is conditioned, largely, by the relative shortage of micronutrients, particularly iron. Several experiments proved that the supply of iron to this system enhances biological production, increasing carbon fixation and, eventually, its exportation to deep waters. This phenomenon received much attention in the last 20 years due to its possible influence in the climate, through carbon cycle. The inverse relationship between the atmospheric CO2 concentration and the mineral dust flux observed on the Central Antarctic glacial records suggest that atmospheric deposition may be an important source for the supply of micronutrients. However, the contribution of mineral dust deposition for the primary production in this region remains to be demonstrated and its possible hole in the climate system its not yet conclusive. In the case of Atlantic Southern Ocean, thats influenced by Patagonia, the low modern flows of mineral dust and the low iron solubility associated with aluminum-silicate structure led many authors to state that oceanic sources of micronutrients are more determinants. However, experimental evidence are lacking. In the present work, we approach the study of fertilization of Atlantic Southern Ocean by Patagonian dust employing two different tools: (1) orbital remote sensing of mineral aerosols and chlorophyll-a on inter-annual scale; and (2) a fertilization experiment with Patagonian dust, carried through in Drake Passage, considering estimated flux for the modern era and for the last glacial. After twelve days of bioassay, the dust addition treatments showed increase on chlorophyll-a and cell abundance beyond controls levels. Intermediary and higher levels of addition didnt differ between each other regarding the intensity of biological response, separating only of the lower addition treatment. These results indicate that even modern Patagonia dust flux is capable of providing micronutrients that are scarce in the water column, with potential to deflagrate a bloom. Through remote sensing analysis we have identified a region with high correlation between dust and chlorophyll-a, thats located between the Subtropical Front and the Polar Front, extending from Argentina to south of Africa. This region differs from waters south of the Polar Front by means of a deeper mixed layer, lower silicate concentrations, low diatom biomass and, is estimated, greater iron physiological stress and lower iron oceanic supply. Together, these properties seem to create conditions to which biological response would be more sensible to dust deposition. These results cast new light over controls on modern primary production in the region and over the phytoplankton climatic regulation in the Southern Ocean, mediated by Patagonian dust deposition.