Origin and transformations of the carbon produced in the upwelling system off Cape Blanc – Cape Verde Front (NW Africa): optical and isotopic characterization
- Autores: Rubén Campanero Nieto
- Directores de la Tesis: Antonio Delgado Huertas (codir. tes.), Xosé Antón Álvarez Salgado (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2023
- Idioma: inglés
- ISBN: 9788411950367
- Número de páginas: 216
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jesús M. Forja Pajares (presid.), Isabel Reche (secret.), Celia Marrasé (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Tierra por la Universidad de Granada
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
- español
El objetivo de esta tesis doctoral es abordar el papel de la materia orgánica disuelta y en suspensión en la biogeoquímica del carbono de la Zona Frontal de Cabo Verde (CVFZ), situada en el extremo sur del sistema de afloramiento costero del noroeste de África. Esta región, frente a Cabo Blanco, es el escenario donde se produce la confluencia entre las aguas del Atlántico Norte y Sur, formando un frente termohalino (Frente de Cabo Verde, CVF) con una elevada heterogeneidad y variabilidad físico-biogeoquímica a meso y submesoescala. Además, el sistema de afloramiento junto con la Corriente de Canarias crea durante un filamento gigante asociado a Cabo Blanco (CBGF) que está presente todo el año y que exporta gran cantidad de la materia orgánica producida en la costa de Mauritania hacia el océano abierto a lo largo de cientos de kilómetros. Esta tesis doctoral se enmarca dentro del proyecto FLUXES que engloba dos muestreos oceanográficos realizados durante 2017 en la CVFZ, abarcando desde la escala regional (crucero FLUXES I) hasta la meso y submesoescala (crucero FLUXES II). Se han analizado las distribuciones de carbono orgánico disuelto (DOC), carbono orgánico particulado en suspensión (POC), materia orgánica disuelta coloreada (CDOM) y fluorescente (FDOM) y la desviación isotópica del DOC (δ13C-DOC) en aguas epipelágicas, mesopelágicas y batipelágicas de la CVFZ. La variabilidad de DOC, POC, CDOM y FDOM en la capa epipelágica está definida por estructuras de mesoescala como meandros, remolinos y frentes, mostrando la estrecha relación que existe entre las propiedades físicas y biogeoquímicas. Además, los aportes atmosféricos de polvo del Sáhara en la zona desempeñan un papel importante al introducir tanto materia orgánica como partículas litogénicas que controlan en cierta medida la biogeoquímica local. En las aguas meso y batipelágicas, la mezcla de masas de agua y los procesos de mineralización a gran escala explican principalmente la distribución observada, aunque se ha observado cierta generación local de CDOM y de la fracción recalcitrante de FDOM (sustancias de tipo húmico) y degradación de la fracción lábil de FDOM (sustancias de tipo proteico). La contribución observada del DOC y del POC en suspensión a la demanda local de oxígeno es muy baja (3.6 ± 2.1% y 4.5 ± 0.7%, respectivamente), lo que sugiere que la demanda de oxígeno es soportada principalmente por la fracción de POC en sedimentación. Se plantea la hipótesis de que la presencia de estructuras verticales de DOC en forma de chimeneas transportan carbono orgánico desde las aguas superficiales hasta el océano profundo mediante procesos de adsorción/desorción en partículas de lastre que pueden ser alóctonas (partículas litogénicas del polvo del Sahara) o autóctonas (partículas biogénicas). Además, se ha observado una conexión entre las aguas productivas costeras superficiales y el océano profundo a través de una columna de alta densidad de partículas que conecta con una capa nefeloide de fondo (BNL) desarrollada a lo largo del talud continental. Los incrementos observados en la CDOM y la FDOM en esta BNL no están acompañados de un incremento de la utilización aparente de oxígeno (AOU) sugiriendo la disolución de DOM de las partículas en sedimentación o bien la resuspensión de DOM de los sedimentos anóxicos. La caracterización isotópica del DOC ha servido para distinguir entre el carbono orgánico lábil y recientemente producido en las aguas superficiales costeras, con desviaciones isotópicas más enriquecidas, del carbono orgánico refractario que es exportado al interior del océano y contiene valores más empobrecidos. En la CVFZ se ha encontrado un amplio rango de δ13CDOC (de -29.4 a -21.3‰ (V-PDB)) en comparación con otras zonas, lo que sugiere la presencia de fuentes adicionales de carbono aparte de la producción primaria, probablemente asociadas a aportes terrestres procedentes del continente adyacente. Los resultados presentados en esta tesis doctoral aportan un nuevo nivel de conocimiento en la biogeoquímica de la Zona Frontal de Cabo Verde, una de las regiones oceánicas más productivas del planeta que juega un papel fundamental en la regulación del ciclo del carbono principalmente a través del secuestro de carbono por parte de la bomba biológica.
- English
The aim of this PhD thesis is to address the role of dissolved and suspended organic matter in the carbon biogeochemistry of the Cape Verde Frontal Zone (CVFZ), situated at the southern edge of the NW Africa Eastern Boundary Upwelling Ecosystem (EBUE). This region, in front of Cape Blanc, is the scenario where the confluence between North and South Atlantic waters occurs, forming a thermohaline front (Cape Verde Front, CVF) with a high meso- and submeso-scale heterogeneity and physical-biogeochemical variability. In addition, the upwelling system along with the southward flow of the Canary Current creates a year-round giant filament associated to Cape Blanc (CBGF) that exports the organic matter produced in the Mauritanian coast to the open ocean for hundreds of kilometers. This PhD thesis is framed within the FLUXES project that encompasses two oceanographic surveys carried out during 2017 in the CVFZ, covering from the regional scale (FLUXES I cruise) to the meso- and submeso-scale (FLUXES II cruise). The distributions of dissolved organic carbon (DOC), suspended particulate organic carbon (POC), colored (CDOM) and fluorescent (FDOM) dissolved organic matter and δ13C-DOC have been analyzed in epipelagic, mesopelagic and bathypelagic waters of the CVFZ. Mesoscale structures such as meanders, eddies and fronts defined the variability of DOC, POC, CDOM and FDOM in the epipelagic layer, showing the tight coupling that exists between the physical and biogeochemical properties. Moreover, atmospheric inputs of Sahara dust in the area play an important role by entering both organic matter and lithogenic particles that controlled to some extend the local biogeochemistry. In the meso-and bathypelagic waters, water mass mixing and large-scale mineralization processes explain mainly the observed distribution, although some local generation of CDOM and the recalcitrant fraction of FDOM (humic-like substances) and degradation of the labile fraction of FDOM (protein-like substances) was observed. The contribution of DOC and suspended POC to the local oxygen demand was very low (3.6 ± 2.1% and 4.5 ± 0.7%, respectively) suggesting that the oxygen demand was mainly supported by the sinking POC fraction. The presence of vertical chimney-like structures of DOC are hypothesized to be transporting organic carbon from the surface waters to the deep ocean by processes of adsorption/desorption onto ballasting particles that can be either allochthonous (lithogenic particles from Sahara dust) or autochthonous (biogenic particles). In addition, a connection between the surface coastal productive waters and the deep ocean has been observed through a column of high particle density that connected with a bottom nepheloid layer (BNL) developed along the continental slope. An increment in the CDOM and FDOM in this BNL not accompanied by an increment in AOU suggested the dissolution of DOM from the sinking particles and/or resuspension of DOM from the anoxic sediments. The isotopic characterization of DOC helped to distinguish between the labile and recently produced organic carbon in the coastal surface waters containing the more enriched values, from the refractory DOC that was exported to the ocean interior with more depleted signatures. A wide range of δ13C-DOC (from -29.4 to -21.3‰ (V-PDB)) compared to other areas have been found in the CVFZ, suggesting that additional carbon sources apart from primary production are present, probably associated with terrestrial inputs from the adjacent continent. The results presented in this thesis dissertation provide new insights into the biogeochemistry of the CVFZ, being one of the most productive ocean regions in the World that plays a fundamental role in regulating the carbon cycle, mainly through carbon sequestration by the biological pump.
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