Propriedades ópticas das florações do fitoplâncton na quebra da plataforma argentina

Abstract

Imagens de satélite da cor do oceano detectam intensas florações do fitoplâncton durante primavera e verão ao longo da quebra de plataforma Argentina, mas são escassas as medidas ópticas in situ na região. O objetivo geral desta tese foi investigar a variabilidade das propriedades ópticas das florações do fitoplâncton na quebra de plataforma Argentina e arredores. Entre 2006 e 2009, seis cruzeiros foram conduzidos com diversas medidas biológicas e físicas, incluindo medicões bio-ópticas, dentre as quais algumas inéditas na região. As seguintes medidas foram consideradas: coeficientes spectrais de absorção da luz pelo material particulado, que inclui o fitoplâncton e detritos; coeficiente de atenuação da luz pelo material particulado a 660nm; irradiância descendente e radiância ascendente da luz com alta resolução espectral, a partir das quais se obtém os coeficientes da atenuação difusa e a reflectância do sensoriamento remoto in situ; reflectância do sensoriamento remoto medida por satélite; concentração de clorofila-a total e fracionada por classes de tamanho do fitoplâncton estimada pelo método fluorimétrico; concentrações de clorofila-a e pigmentos acessórios do fitoplâncton, obtidas por HPLC; abundância taxonômica relativa do fitoplâncton estimada por CHEMTAX; e fator de tamanho celular do fitoplâncton estimado pelos espectros de absorção da luz pelo fitoplâncton. Grande variabilidade foi observada nos coeficientes de absorção, atenuação (e espalhamento) e atenuação difusa da luz para uma dada concentração de clorofila-a e vice-versa. Grande parte dessa variabilidade pôde ser explicada por variações no tamanho celular do fitoplâncton e, portanto, ao efeito “pacote”. A variabilidade nos espectros de reflectância do sensoriamento remoto (propriedade óptica aparente) medidos in situ revelou o fitoplâncton como componente dominante nas propriedades ópticas das florações na região. Porém, a variabilidade nos coeficientes específicos (i.e., normalizados por clorofila-a) de absorção e espalhamento (propriedades ópticas inerentes), devido a variações no tamanho celular do fitoplâncton, influenciou o desempenho de modelos bio-ópticos para estimar concentração de clorofila-a por satélite. As principais situações de composição taxonômica do fitoplâncton que ocorrem durante as florações na região (dominância por diatomáceas, haptofíceas, e com contribuições destes grupos e de outros, sem dominância) foram refletidas de forma coerente nos comportamentos espectrais de absorção da luz pelo fitoplâncton, indicando o potencial em discriminar as assembleias das florações na região através de dados ópticos. Particularmente, a identificação de dominância de diatomáceas e haptofíceas, a partir de um comprimento de onda, e também pelo fator de tamanho celular do fitoplâncton, que pode ser estimado por satélite, indica o potencial em identificar a dominância de tais grupos taxonômicos por sensoriamento remoto na região.

Satellite images usually detect intense phytoplankton blooms during spring and summer along the Argentina shelf break. Because in situ optical measurements are scarce in the region, six cruises were conducted from 2006 to 2009 to measure several physical, biological, and optical properties. Some of the bio-optical properties were gathered for the first time in the region. The aim of this thesis was to characterize the optical properties of phytoplankton blooms along the Argentina shelf break e adjacent areas. For this purpose, the following measurements and data were considered: light absorption coefficients of particulate material that includes phytoplankton and detritus; light attenuation coefficient of particulate material at 660 nm; hyperspectral downwelling irradiance and upwelling radiance, from which one obtains the vertical attenuation coefficients for downwards irradiance and upwards radiance and in situ reflectance of remote sensing; total and size-fractionated chlorophyll-concentration, estimated by fluorimetric method; concentrations of chlorophyll-a and accessory pigments of phytoplankton obtained by HPLC; relative taxonomic abundance of phytoplankton estimated by CHEMTAX; a cell size parameter for phytoplankton estimated from the phytoplankton absorption spectra. Large variability was observed for absorption coefficients of phytoplankton, scattering of particles and the vertical attenuation coefficients for downwards irradiance for a given chlorophyll-a concentration. Such variability could be largely explained by variations in cell size of phytoplankton and therefore the "package" effect, as indicated by the cell size parameter. The characterization of the variability in the remote sensing reflectance (apparent optical property) measured in situ revealed phytoplankton as the dominant component on the optical properties of algal blooms in the region. Nevertheless, the variability in absorption and scattering coefficients (inherent optical properties) due to variations in cell size of phytoplankton was shown to impact the performance of bio-optical models that relies on band reflectance ratios of remote sensing to retrieve chlorophyll-a from satellite. The main taxonomic composition of the phytoplankton blooms (dominance of diatoms, haptophytes, and mixed contributions of these and others groups, but with no dominance) was consistently reflected on the spectral shape of light absorption of phytoplankton. Our results indicate a potential to discriminate phytoplankton assemblages in the region through optical data. Particularly, the identification of diatoms or haptophytes using one wavelength or through a phytoplankton cell size parameter, which can be estimated from satellite, has a potential of identifying the dominance of such taxonomic groups from remote sensing in the region.