Abstract:
O fitoplâncton marinho contribui para a absorção de dióxido de carbono (CO2)
atmosférico pelos oceanos através da mediação da fotossíntese na bomba
biológica do carbono. No entanto, as comunidades fitoplanctônicas, que variam
amplamente em relação à sua composição estrutural, respondem de maneira
diferenciada com as variações ambientais e, também, podem diferir na sua
capacidade de absorção de CO2. Desta forma, este estudo propõe avaliar o
efeito da relação entre os processos físico-químicos e as comunidades
fitoplanctônicas na variabilidade do fluxo líquido de CO2 (FCO2) na interface
oceano-atmosfera em distintos regimes hidrográficos no oceano Atlântico Sul.
Para isso, foram adotadas metodologias apropriadas: (i) para determinação dos
parâmetros do sistema carbonato necessários para o cálculo do FCO2, i.e.
pressão parcial do CO2 (pCO2), alcalinidade total e carbono inorgânico dissolvido
total, e (ii) para determinação da composição pigmentar fitoplanctônica, através
da cromatografia líquida de alta performance, combinada com análise quimiotaxionômica (ferramenta CHEMTAX), tendo em vista a caracterização das
comunidades de fitoplâncton nas distintas áreas de estudo. Assim, foi possível
determinar a relação existente entre a estrutura das comunidades
fitoplanctônicas e a modulação das trocas de CO2 na interface oceano-atmosfera
nas regiões de estudo. No geral, a biomassa fitoplanctônica foi significativamente
relacionada com a pCO2 da água, e com o FCO2, no oceano Atlântico Sul. No
entanto, na parte ocidental (sistema dominado pela corrente do Brasil) o valor
médio encontrado para o FCO2 foi de –7.1 mmol CO2 m–2 d
–1
, e uma maior
captação de CO2 esteve associada a variações da temperatura e ao padrão de
salinidade (parâmetros físico-químicos), apesar de uma clara dominância das
diatomáceas nesta região. Maiores concentrações de haptófitas foram
associadas ao aumento da captação de CO2 na porção central do giro
subtropical do Atlântico Sul onde o FCO2 médio foi de –9.8 mmol CO2 m–2 d
–1
.
Já na porção oriental (sistema dominado pela corrente de Benguela) foram
encontradas elevadas taxas de absorção de CO2 atmosférico com FCO2 médio
de –27.6 mmol CO2 m–2 d
–1 associadas às haptófitas mas também a
diatomáceas. Em uma investigação mais focada na porção central do Atlântico
xix
Sul (dominada pelo giro subtropical do Atlântico Sul) foi observada a influência
dos vórtices anticiclônicos das Agulhas na distribuição das comunidades
fitoplanctônicas. Os resultados desse estudo mostraram o aumento da
diversidade dos grupos e da biomassa fitoplanctônica no interior dessas
estruturas de mesoescala em relação ao seu entorno, sendo diferenciadas pelo
aparecimento principalmente de prasinófitas, pelagófitas e criptófitas. Isso foi
evidenciado, principalmente, na estrutura (vórtice) mais jovem, ficando menos
evidente essa diferenciação (interior vs entorno) à medida que as estruturas
evoluíram ao longo das suas trajetórias. Nos estudos conduzidos em regiões
costeiras do sudoeste do Atlântico Sul (20°S–50°S) observou-se que o FCO2
variou amplamente entre as regiões que se comportaram, em geral, como fraca
fonte (FCO2 em média de 5.4 ± 5.5 mmol CO2 m–2 d
–1
) e grande sumidouro de
CO2 (FCO2 em média de –20.8 ± 6.8 mmol CO2 m–2 d
–1
). A pCO2 na superfície
do mar foi negativamente correlacionada com a clorofila a (índice de biomassa
fitoplanctônica) e com uma maior abundância de diatomáceas nas regiões entre
40°S e 50°S. A região no entorno de 35°S marcou a transição de um importante
gradiente zonal entre 20°S e 50°S. A porção norte da margem continental
brasileira evidenciou uma emissão de CO2 do oceano para a atmosfera, e esteve
dominada por grupos de cianobactérias. Por outro lado, a porção mais ao sul
apresentou maior influência da biologia e funcionou como um forte sumidouro de
CO2, sendo dominada por grupos funcionais do fitoplâncton de maior tamanho
(diatomáceas). Com esta Tese, objetivamos associar a abundância de diferentes
grupos do fitoplâncton e a absorção de CO2 atmosférico em regiões de
comportamentos dinâmicos distintos no Oceano Atlântico Sul. Mudanças globais
afetam o fitoplâncton em todo o mundo. Entender como o fitoplâncton está
relacionado à absorção de CO2, é entender como as mudanças globais afetarão
os processos biogeoquímicos oceânicos.
Marine phytoplankton contributes significantly to atmospheric carbon dioxide
(CO2) uptake by the oceans through the mediation of photosynthesis in the
biological carbon pump. However, phytoplankton vary widely functionally, in cell
size and structure, and thus, respond differently to environmental variations and,
also, may differ in their CO2 absorption capacity. Thus, this study proposes to
evaluate the effect of the relationship between physical-chemical processes and
phytoplankton communities on the variability of the CO2 net fluxes (FCO2) at the
ocean-atmosphere interface in different hydrographic regimes in the South
Atlantic Ocean. Appropriate methodologies were adopted to accomplish this goal:
(i) determination of the carbonate parameters, used for FCO2 calculation, i.e. CO2
partial pressure (pCO2), total alkalinity and dissolved inorganic carbon and (ii)
phytoplankton pigment analysis using high performance liquid chromatography
combined with chemotaxonomic analysis (CHEMTAX). Thus, it was possible to
determine the relationship between the structure of phytoplankton communities
and the modulation of CO2 exchanges at the ocean-atmosphere interface in the
study regions. Phytoplankton biomass was significantly related to water pCO2
and FCO2 in the South Atlantic Ocean. However, in the western sector (western
boundary current domain – Brazil current), the average value found for FCO2 was
–7.1 mmol CO2 m–2 d
–1
, a higher CO2 uptake was associated with temperature
variations and with the salinity pattern (physical-chemical parameters), despite
the clear dominance of diatoms in this region. Higher concentrations of
haptophytes were associated with increased CO2 uptake in the subtropical
central gyre system where the average FCO2 was –9.8 mmol CO2 m–2 d
–1
. At the
eastern sector (eastern boundary current domain – Benguela current) high rates
of atmospheric CO2 uptake were found with an average FCO2 of –27.6 mmol CO2
m–2 d
–1 associated with haptophytes but also with diatoms. An investigation more
focused on the central area of the South Atlantic (dominated by the subtropical
gyre), the influence of the anti-cyclonic Agulhas eddies on the distribution of
phytoplankton communities was observed. The results of this study showed an
increase in group diversity and phytoplankton biomass within these structures in
xxi
relation to their surroundings. This pattern was evidenced, particularly, in the
younger structure (eddy), this differentiation (interior vs surroundings) becoming
less evident as the structures evolved along their trajectories. In studies
conducted in coastal regions of the southwestern South Atlantic (20°S–50°S), it
was observed that FCO2 varied widely between regions that generally behaved
as a weak source (with average FCO2 of 5.4 ± 5.5 mmol CO2 m–2 d
–1
)and a large
CO2 sink (with average FCO2 of –20.8 ± 6.8 mmol CO2 m–2 d
–1
). The pCO2 in the
surface seawater was negatively correlated with chlorophyll a (phytoplankton
biomass index) and with a greater abundance of diatoms in the regions between
40°S and 50°S. The region around 35°S marked the transition from an important
zonal gradient between 20°S and 50°S. The northern portion of the Brazilian
continental margin showed a CO2 emission from the ocean into the atmosphere
and was dominated by groups of cyanobacteria. On the other hand, the
southernmost portion showed greater influence from biology and functioned as a
strong CO2 sink, being dominated by larger phytoplankton functional groups
(diatoms). With this Thesis, we aim to associate the abundance of different
groups of phytoplankton and the absorption of atmospheric CO2 in regions of
distinct dynamic behavior in the South Atlantic Ocean. Global changes affect
phytoplankton worldwide. Understanding how phytoplankton is related to CO2
uptake is to understand how global changes will affect oceanic biogeochemical
processes.
