Benthic-pelagic coupling in a coastal upwelling system (Ría de Vigo)the importance of benthic fluxes

Resumo

Las rías Baixas actúan como una extensión de la plataforma continental del NO de la Península Ibérica, región que constituye la zona de afloramiento más importante de Europa. Además, estas rías soportan la mayor producción de mejillón Mytilus galloprovinciallis de Europa, lo que les hace ser objeto de numerosas investigaciones enfocadas en el estudio de las condiciones hidrodinámicas y consecuencias biogeoquímicas bajo diferentes situaciones de forzamiento externo. Álvarez-Salgado et al. y Rosón et al. establecieron, mediante un modelo de circulación 2-D los flujos y balances de los constituyentes biogénicos en la Ría de Arousa, obteniendo que alrededor de un 83 % del carbono fijado es exportado a la plataforma bajo condiciones de afloramiento, mientras que el 17 % restante sedimenta en el interior de la ría. La presente tesis tiene como objetivo principal completar el hueco que existe en lo que se refiere al flujo vertical de partículas biogénicas, así como de los procesos de intercambio entre el sedimento y la columna de agua. Para determinar los flujos en la interfase agua-sedimento se ha construído y caracterizado hidrodinámicamente una cámara bentónica autónoma para uso en sistemas costeros. Se realizaron muestreos en una estación localizada en el canal principal de la ría de Vigo entre Abril de 2004 y Enero de 2005 cubriendo las cuatro estaciones del año (4 muestreos por estación) con la intención de englobar los procesos oceanográficos principales que ocurren a lo largo de un año. En estos muestreos se realizaron: (1) medidas in situ de producción primaria y respiración, mediante incubación de botellas de oxígeno, (2) medidas de los flujos verticales de C, N, Si y P mediante trampas de sedimento y (3) estimación de los flujos en la interfase agua-sedimento de nutrientes y oxygeno con el uso de la cámara bentónica. Basándose en los datos obtenidos se pretende realizar un balance biogeoquímico 1-D para la ría de Vigo en el que se incluyen todos los procesos mencionados. Este estudio permitirá discernir cuales son los principales mecanismos de degradación de la materia orgánica en las rías y cual es su importancia en los balances biogeoquímicos de C, N, P, Si y O2. Durante el periodo de verano se ha estudiado, utilizando la misma estrategia de muestreo, una estación localizada en el interior de un polígono de bateas, con el objetivo fundamental de estimar los efectos del cultivo intensivo de mejillón en el acoplamiento pelágico-bentonico dentro del sistema de la ría.As rías Baixas compórtanse como una extensión da plataforma continental do NO da Península Ibérica, rexión que constitúe a zona de afloramento máis importante de Europa. Ademáis, estas rías soportan a maior producción de mexillón Mytilus galloprovinciallis de Europa, feito que lles fai ser obxeto de numerosas investigacións sobre o estudo das diferentes condicións hidrodinámicas e consecuencias bioxeoquímicas baixo diferentes situación de forzamento externo. Álvarez-Salgado et al. e Rosón et al. estableceron, mediante un modelo de circulación 2-D os fluxos e balances dos constituintes bioxénicos na Ría de Arousa, obtendo que ao redor dun 83 % do carbono fixado é exportado á plataforma baixo condicións de afloramento, mentres que o 17 % restante sedimenta no interior da ría. A presente tese ten como principal obxectivo completar o oco que existe no que se refire ao fluxo vertical de partículas bioxénicas, como tamén dos procesos de intercambio entre o sedimento e a columna de auga. Os fluxos na interfase auga-sedimento determináronse mediante a utilización dunha cámara bentónica autónoma, a cal foi construida e caracterizada hidrodinámicamente para o seu emprego en sistemas costeiros. Realizáronse mostreos nunha estación localizada no canal principal da ría de Vigo entre os meses de Abril 2004 e Xaneiro 2005 cubrindo as catro estacións do ano (4 mostreos por estación) coa intención de abranguer os principais procesos oceanográficos que ocorren ao longo dun ano. Estas mostraxes incluiron: (1) medidas in situ de producción primaria e respiración, mediante incubación de botellas de osíxeno, (2) medidas dos fluxos verticais de C, N, Si e P mediante trampas de sedimento e (3) estimación dos fluxos na interfase auga-sedimento de nutrintes e osíxeno utilizando a cámara bentónica. Baseándose nos datos obtidos preténdese realizar un balance bioxeoquímico 1-D para a ría de Vigo no que se inclúen todos os procesos nomeados. Este estudo permitirá saber cales son os principais mecanismos de degradación da materia orgánica nas rías e cal é a súa importancia nos balances bioxeoquímicos de C, N, P, Si y O2. Durante o periodo de verán estudouse, empregando a misma estratexia de mostreo, unha estación localizada no interior dun polígono de bateas, co obxectivo principal de avaliar os efectos do cultivo intensivo do mexillón no acoplamento peláxico-bentónico dentro do sistema da ría.The rías Baixas act as an extension of the continental shelf in the NW Iberian Peninsula, which is the most important upwelling area in Europe. These rías support the highest production of the mussel Mytilus galloprovinciallis in Europe, and so, it is object of many studies focused on the hydrodynamic conditions and their biogeochemical consequences under different external forcings. Álvarez-Salgado et al. and Rosón et al. defined, by means of a 2-D non-stationary box model, the biogeochemical fluxes in the ría de Arousa, obtaining that approx. 83 % of the fixed carbon is exported to the shelf under upwelling conditions, whilst the 17 % left is settled in the ría. The main objective of the thesis is to complete the void existing regarding the vertical fluxes of biogenic particles as well as the sediment-water fluxes. A benthic chamber has been built and hydro-dynamically characterized in order to measure the fluxes in the sediment-water interface. 16 oceanographic cruises (4 each season) were carried in the main channel of the Ría de Vigo, covering the period between April 2004 and January 2005 in order to capture the predominant oceanographic conditions in the study area. Samplings included measurements of: (1) in situ primary production and respiration processes by means of light-dark bottle oxygen incubations, (2) vertical fluxes of C, N, Si and P by means of sediment traps and (3) oxygen and nutrient sediment-water fluxes using the benthic chamber. Based of data obtained we will develope a 1-D biogeochemical budget for the ría de Vigo, including all the processes previously mentioned. The present study will allow the identification of the main processes involved in the degradation of the organic matter and their importance in the biogeochemical balances of C, N, P, Si and O2. Using the same sampling strategy we have studied as well a station located within a mussel raft culture area during the summer period with the main objective of estimating the effects of the mussel culture on the benthic-pelagic coupling of the ría.