On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay
| Autor(a) principal: | |
|---|---|
| Data de Publicação: | 2013 |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/8045 |
Resumo: | Tese de doutoramento, Ciências do Mar, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013 |
| id |
RCAP_e1afd4d87e8b90b772fd4e136bc27d35 |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.ulisboa.pt:10451/8045 |
| network_acronym_str |
RCAP |
| network_name_str |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| repository_id_str |
https://opendoar.ac.uk/repository/7160 |
| spelling |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of BiscayOndas oceânicasClorofilaCor oceânicaRadar de abertura sintética (SAR)Produtividade primáriaCanhão da Nazaré (Portugal)Centro do Golfo da BiscaiaTeses de doutoramento - 2013Tese de doutoramento, Ciências do Mar, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013The present study describes the effect of large-amplitude internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration in the central region of Bay of Biscay and around the Nazaré Canyon (western Portugal), and investigates its ecological impact. Internal wave propagation introduces vertical motions within the water column, especially near the thermocline, forcing water particles to undergo upward and downward motions. Since neutrally buoyant phytoplankton cells are usually passive, these cells can be significantly displaced in the vertical. Because light intensity decreases exponentially with depth, internal waves will expose phytoplankton cells to a larger light intensity on average. The main objective of this study was to investigate if this light enhancement in the euphotic zone can induce a biomass increase and affect positively primary production in the two regions of interest. SAR data was used to characterize the signatures of internal solitary waves in the central Bay of Biscay, which are locally generated by internal tidal beams, which first propagate downwards from the shelf break and reflect from the sea floor. Two similar episodes of internal wave propagation in the Bay of Biscay were investigated and it was shown the existence of two different axes of wave beam propagation, which result in internal solitary wave generation and propagation in two distinct directions. SAR and Ocean Colour satellite synergy support the occurrence of enhanced levels of chlorophyll spatially correlated with internal solitary waves observed around the Nazaré Canyon (generated by the barotropic tides at the Estremadura Promontory). In addition, the results from the central Bay of Biscay (near 46° N, 7° W) show evidence of the confluence of internal tidal waves, which produce chlorophyll patterns visible in ocean colour images. The results derived from satellite climatological chlorophyll concentrations (2002-2011) and from a productivity model, suggest that high internal wave activity is an important mechanism playing a significant role on biomass growth, and thus have a relevant regional ecological impact.O presente estudo incidiu sobre as ondas internas e, mais concretamente, caracterizou as ondas solitárias e a maré interna na região central do Golfo da Biscaia e na região do Canhão submarino da Nazaré e, avaliou o efeito das ondas de maré interna de grande amplitude em padrões superficiais de clorofila e o eventual impacto destas ondas na ecologia das duas regiões. As ondas internas são ondas gravíticas que se propagam no interior de um fluido estratificado, ocorrendo no oceano e na atmosfera, e que correspondem a modos de oscilação baroclínicos. No oceano estas ondas são ubíquas, surgindo sempre que existam combinações adequadas entre o gradiente vertical de densidade, o fluxo periódico de corrente de maré e a variação da topografia, sendo possível observar uma diversidade de ondas internas com diferentes características (amplitudes, comprimentos de onda, períodos). Estas ondas imprimem oscilações verticais na coluna de água, em particular na região termoclina (de origem sazonal a médias latitudes), podendo propagar-se por centenas de quilómetros e envolvendo o transporte de energia e de momento linear, conferindo ao interior do oceano uma dinâmica muito energética. As ondas internas podem influenciar, de diferentes formas, determinados processos biológicos tal como a produtividade do fitoplâncton (Kahru, 1983; Holloway, 1984; Lande & Yentsch, 1988; Holloway & Denman, 1989; Wang et al., 2007; Evans et al., 2008; Pan et al., 2012). O fitoplâncton, que se encontra na base de complexas cadeias tróficas, assumese como o principal produtor primário dos oceanos, sendo responsável por aproximadamente metade da produção primária do globo terrestre, apesar de representar menos de 1% da biomassa vegetal total. O fitoplâncton inclui os microrganismos aquáticos fotoautotróficos, que se encontram nas camadas mais superficiais do oceano (i.e., na zona eufótica), onde se conjugam as condições ideais de disponibilidade luminosa e de nutrientes, determinantes para o processo fotossintético. Nesse sentido, a análise da variabilidade do fitoplâncton constitui uma ferramenta determinante no aprofundamento do conhecimento das relações tróficas e, inclusivamente, no papel ecológico do fitoplâncton na regulação de níveis de dióxido de carbono nas camadas superficiais do oceano, assim como na atmosfera. Os movimentos verticais, ascendentes e descendentes, inerentes à atividade interna poderão favorecer a produtividade do fitoplâncton, na medida em que induzem um maior fluxo de nutrientes para a zona eufótica e expõem as células fitoplâncton, usualmente passivas, a uma maior intensidade luminosa, uma vez que esta se atenua exponencialmente com a profundidade. Apesar de os efeitos que as ondas internas têm na produtividade primária terem sido documentados em torno do Atol de Dongsha na região norte do Mar do Sul da China (Wang et al., 2007; Pan et al., 2012), desconhece-se se este processo ocorre igualmente noutras regiões oceânicas com elevada dinâmica interna, mas com características diferentes de um Atol. Nesse sentido, o principal objetivo deste trabalho foi investigar se a presença de ondas internas de grande amplitude (dezenas de metros) pode representar um acréscimo da biomassa de fitoplâncton e afetar positivamente a produção primária na região central do Golfo da Biscaia e do Canhão da Nazaré. As ondas internas das regiões de estudo e especificamente, as ondas internas de maré, correspondem a oscilações internas de período semidiurno, geradas pelo fluxo barotrópico de maré sobre uma topografia irregular. Na região do Canhão da Nazaré, investigações baseadas em observações in-situ e remotas (em particular, as obtidas pelo SAR) têm revelado uma complexa atividade interna em condições de estratificação (particularmente nos meses de verão), em resultado da presença de marés internas e de ondas internas solitárias de grande amplitude (Quaresma et al., 2007). Neste trabalho, as marés internas observadas in-situ na região do Canhão da Nazaré apresentaram flutuações de grande amplitude da termoclina sazonal, atingindo 25 m. Adicionalmente, a análise de imagens SAR revelou ondas internas solitárias numa região do Canhão da Nazaré externa à plataforma continental, com uma direção de propagação para este-nordeste, tendo provavelmente emanado do Promontório da Estremadura. Na região central do Golfo da Biscaia, as ondas internas manifestam-se como oscilações mais intensas comparativamente à região do Canhão da Nazaré, atingindo mais de 30 m (e.g., Pingree & New, 1995). Estas ondas são “geradas localmente” por raios de maré interna que emanam de diversos locais da vertente continental na região norte do Golfo, que depois de refletidos no fundo oceânico, atingem a termoclina, a cerca de 150 km do bordo da plataforma (e.g., New & Pingree, 1992). Neste estudo, a análise de imagens SAR permitiu caraterizar ondas internas solitárias resultantes deste processo de geração, e revelar dois eixos de propagação que se intercetam na região central do Golfo da Biscaia. Esta região, centrada em torno de 46° N, 7° W, corresponde ao local onde convergem as ondas internas “geradas localmente”, constituindo portanto um local com uma significativa energética interna. A avaliação dos efeitos das ondas internas em padrões superficiais de clorofila (usada como índice de biomassa de fitoplâncton), foi efetuada recorrendo a uma abordagem sinergética de dados de satélite - SAR e MODIS - uma vez que a ligação entre a atividade destas ondas e os consequentes deslocamentos verticais de fitoplâncton encontra-se amplamente documentado (e.g., Sangra et al., 2001; Gaxiola- Castro et al., 2002). As imagens MODIS relativas à região do Canhão da Nazaré evidenciaram uma estrutura bidimensional nos padrões superficiais de clorofila em concordância com a propagação da maré interna (estimada a partir das posições das ondas internas solitárias observadas no SAR), apresentando maiores concentrações na crista de onda. Na região central do Golfo da Biscaia, as concentrações mais elevadas de clorofila, que se apresentam sob a forma de padrões quase-circulares, foram registadas no local onde ocorre a confluência de marés internas (perto de 46° N, 7° W), reforçadas pela presumível interferência positiva das cristas de onda. Neste estudo pretendeu-se igualmente avaliar o impacto ecológico da elevada atividade de ondas internas registada nas duas regiões de interesse e, especificamente analisar se os fortes movimentos verticais inerentes à presença de ondas de grande amplitude nestas regiões, produzem, de facto, um aumento no crescimento do fitoplâncton, afetando positivamente a produtividade primária. A determinação da produção primária, através de um modelo numérico, numa região no Canhão da Nazaré externa à plataforma continental, evidenciou um aumento das taxas de fotossíntese associado à presença de atividade interna, quando comparado com uma situação de inexistência de movimento ondulatório. Na região central do Golfo da Biscaia, a análise dos dados da climatologia da concentração de clorofila obtida por satélite (no período entre 2002 e 2011), relativa ao mês de Setembro, revelou que a região centrada em torno de 46.0° N, 7.0° W apresenta uma anomalia positiva de aproximadamente de 10% na biomassa de fitoplâncton quando comparada com as regiões adjacentes, menos afetadas pela presença destas ondas. Este efeito poderá resultar da conjugação das inúmeras interações entre ondas internas, provenientes de diferentes locais de geração sobre o bordo da plataforma continental, com os presumíveis efeitos da reemergência “local” que conduzem a uma intensificação dos movimentos verticais. Os resultados obtidos através de um modelo de produtividade primária e de dados climatológicos de níveis de clorofila, confirmam portanto o impacto ecológico significativo que uma elevada atividade de ondas internas pode ter em determinados processos biológicos, tal como um aumento da biomassa de fitoplâncton e da produção primária, particularmente em regiões oceânicas onde as ondas internas dominem os processos físicos.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT, SFRH/BD/22561/2005)Brotas, Vanda, 1958-Silva, José Carlos P. B. T. da, 1966-Repositório da Universidade de LisboaAlves, Sérgio Muacho, 1977-2013-03-22T16:30:03Z20132013-01-01T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/8045TID:101249306enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-17T12:57:47Zoai:repositorio.ulisboa.pt:10451/8045Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T02:32:21.421896Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
| dc.title.none.fl_str_mv |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay |
| title |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay |
| spellingShingle |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay Alves, Sérgio Muacho, 1977- Ondas oceânicas Clorofila Cor oceânica Radar de abertura sintética (SAR) Produtividade primária Canhão da Nazaré (Portugal) Centro do Golfo da Biscaia Teses de doutoramento - 2013 |
| title_short |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay |
| title_full |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay |
| title_fullStr |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay |
| title_full_unstemmed |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay |
| title_sort |
On the effect of internal tidal waves on near-surface chlorophyll concentration and productivity around Nazaré Canyon and in the central region of the Bay of Biscay |
| author |
Alves, Sérgio Muacho, 1977- |
| author_facet |
Alves, Sérgio Muacho, 1977- |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Brotas, Vanda, 1958- Silva, José Carlos P. B. T. da, 1966- Repositório da Universidade de Lisboa |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Alves, Sérgio Muacho, 1977- |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Ondas oceânicas Clorofila Cor oceânica Radar de abertura sintética (SAR) Produtividade primária Canhão da Nazaré (Portugal) Centro do Golfo da Biscaia Teses de doutoramento - 2013 |
| topic |
Ondas oceânicas Clorofila Cor oceânica Radar de abertura sintética (SAR) Produtividade primária Canhão da Nazaré (Portugal) Centro do Golfo da Biscaia Teses de doutoramento - 2013 |
| description |
Tese de doutoramento, Ciências do Mar, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013 |
| publishDate |
2013 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2013-03-22T16:30:03Z 2013 2013-01-01T00:00:00Z |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
doctoral thesis |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/10451/8045 TID:101249306 |
| url |
http://hdl.handle.net/10451/8045 |
| identifier_str_mv |
TID:101249306 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
| language |
eng |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia instacron:RCAAP |
| instname_str |
FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia |
| instacron_str |
RCAAP |
| institution |
RCAAP |
| reponame_str |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| collection |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia |
| repository.mail.fl_str_mv |
info@rcaap.pt |
| _version_ |
1833601398094168064 |