Fontes e fluxos continentais de elementos dissolvidos para o oceano costeiro sul do Brasil

Abstract

As zonas costeiras são ambientes de transição que desempenham importante função de ligação entre os ecossistemas terrestres e marinhos. Os intrínsecos processos de formação da Planície Costeira do Rio Grande do Sul (PCRS), como a presença de grandes corpos lagunares (Complexo lagunar Patos-Mirim) e inúmeras lagoas costeiras, contribuíram significativamente no desenvolvimento dos aquíferos costeiros do ambiente, os quais estão conectados com o oceano devido à formação de um gradiente hidráulico positivo entre esses corpos hídricos. Este processo favorece a advecção de água subterrânea em direção à costa, constituindo a descarga de água subterrânea, uma importante fonte de elementos dissolvidos para o oceano costeiro. Dessa forma, no primeiro manuscrito, a descarga de água doce continental associada aos nutrientes inorgânicos dissolvidos foi estimada considerando os cenários de alto e baixo nível de água da Lagoa dos Patos (LP). Os fluxos subterrâneos foram estimados a partir da Lei de Darcy, um método antes nunca utilizado na PCRS, e encontrado uma taxa de advecção de 0,043 m3 km-1 dia-1 . Os diferentes cenários de nível da LP mostraram mudanças na disponibilidade dos nutrientes ao longo da interface aquífero-oceano. No cenário de menor nível de água da LP, as concentrações dos nutrientes nesse trajeto foram significativamente maiores, com um aumento de aproximadamente 25%. No cenário de maior nível de água da LP, as concentrações dos nutrientes tiveram uma diminuição de pelo menos 78%. Considerando a razão molar de Redfield, o fósforo (P) foi o elemento potencialmente limitante, podendo sustentar uma produtividade primária potencial de 2735 gC m-2 ano-1 . Além dos aquíferos costeiros, no litoral do Rio Grande do Sul encontram-se numerosos corpos d’água superficiais, denominados sangradouros, os quais fazem parte da drenagem da planície costeira. Considerando toda a extensão da costa, o número de sangradouros é bastante significativo. Portanto, o segundo manuscrito teve como objetivos avaliar de forma inédita a disponibilidade dos nutrientes, carbono e ferro dissolvidos nos sangradouros e sua contribuição em termos de concentração para o oceano. Além disso, devido a água subterrânea na região de praia ser uma das fontes majoritárias para a formação e manutenção desses corpos hídricos, utilizou-se o Radar de Penetração do Solo (GPR) como ferramenta para entender a interação entre os compartimentos superficial e subterrâneo, a influência de água doce dos sangradouros nos aquíferos e a extensão dessa interação. A influência do fluxo de água doce pelo sangradouro pode atingir 1,000 m de extensão e uma calha de até 3.2 m de profundidade. A vazão média de água doce dos sangradouros foi fortemente influenciada pelas taxas pluviométricas, variando entre 0.12 m3 s -1 e 0.95 m3 s -1 , nos períodos seco e chuvoso, respectivamente. Em toda a PCRS, os sangradouros podem representar 28% da vazão média do estuário da Lagoa dos Patos e ser 25% mais alto que a vazão de água doce da Lagoa de Tramandaí. A alta vazão no período chuvoso influenciou os fluxos dos elementos dissolvidos, com estimativas de 274 ton ano-1 para SiO4 4- , 0,42 ton ano-1 para PO4 3- , 7,07 ton ano-1 para N inorgânico total, 1,7 ton ano-1 para Fe e 262 ton ano-1 para C dissolvido total. A partir dos fluxos de nitrogênio inorgânico, os sangradouros podem sustentar uma produtividade primária potencial na zona de surfe de 18 gC m-2 ano-1 , considerando toda a PCRS. Portanto, o estudo mostrou que tanto os aquíferos costeiros, quando os sangradouros da PCRS devem ser considerados como fonte importante de água doce continental e elementos dissolvidos para o oceano costeiro na PCRS.

Coastal zones are transition environments that play an important role in linking terrestrial and marine ecosystems. The formation processes of the Rio Grande do Sul coastal plain (RSCP), such as large lagoons (Patos-Mirim Lagoon Complex) and numerous coastal lagoons contributed significantly to the development of the coastal aquifers in the environment, which are connected with the ocean due to the positive hydraulic gradient between these water bodies. This process favors the advection of groundwater towards the coast, with the groundwater discharge being an important source of dissolved elements to the coastal ocean. Thus, in the first manuscript, fresh groundwater nutrient fluxes to the coastal ocean were estimated considering high and low PL water level scenarios. The groundwater fluxes were estimated applying Darcy’s Law and the result was 0.043 m3 km-1 day-1 . Different low and high PL water level scenarios showed a change in the nutrient availability along barrier. In the lowest PL water level scenario, the nutrient flux concentrations became more significant, which may have had an increase of approximately 25%. In the highest PL water level scenario, concentrations had a decrease of up to 78%. In the molar ratio, P resulted as a potentially limiting nutrient, providing a high primary productive potential to the environment (2735 gC m-2 y -1 ). In addition to coastal aquifers, within the coastal zone of Rio Grande do Sul several surficial water bodies (washouts) are found, which take part on the drainage of the coastal plain. Considering the entire extension of the coast, the number of washouts is very significant, thus, this study aims to assess in an unprecedented way the availability of nutrients, carbon and iron, dissolved in washout waters and its contribution in terms of concentration to the coastal ocean. Furthermore, due to groundwater in the beach region being one of the major sources for the formation and maintenance of these water bodies and influencing their hydrochemistry, we used the Ground Penetrating Radar (GPR) as a tool to understand the interaction between the surficial and subterranean compartments, the influence of freshwater from the washouts on the aquifers and the extent of this interaction. The influence of the freshwater flux through the washout may reach 1,000 m in length and a trough of up to 3.2 m. The medium outflow of freshwater by the washouts was heavily influenced by the rainfall, ranging between 0.12 m3 s -1 and 0.95 m3 s -1 , in the dry and wet seasons, respectively. Throughout the RSCP, washouts may represent 28% of the medium freshwater outflow from the Patos Lagoon Estuary (PLE) and can top the outflow from Tramandaí Lagoon by 25%. The high outflow in the wet season impacted on the dissolved elements flux, with estimates of 274 ton y-1 for SiO4 4- , 0.42 ton y-1 for PO4 3- , 7.07 ton y-1 for total inorganic N, 1.7 ton y-1 for Fe and 262 ton y-1 for total dissolved C. Reckoning the values for the inorganic nitrogen flux, the washouts can support a potential primary production in the surf zone of 18 gC m-2 y -1 , considering the entire RSCP.