Capes d'aigua properes al fons riques en clorofil·la a en les aigües costaneres catalanes

Abstract

En la costa catalana s’ha observat la presència d’unes capes d’aigua properes al fons riques en clorofil•la a (HCNBL, de l’anglès High Chlorophyll Near Bottom Layer). Aquestes estructures productives principalment es localitzen durant la primavera i l’estiu, en la costa central i sud del litoral català i en unes batimetries de entre 20m i 60m de profunditat. L’objectiu principal de la Tesi és l’estudi d’aquestes HCNBL, el seu origen, com s’estructuren i el paper que juguen en els ecosistemes costaners catalans. Per assolir aquests objectius s’ha estudiat la clorofil•la a (Cl-a) i la comunitat fitoplanctònica, les concentracions i proporcions de nutrients, la matèria orgànica dissolta cromofòrica i la producció primària fitoplanctònica. La zona d’estudi ha estat l’ecosistema costaner del litoral de llevant de Barcelona, que es caracteritza per presentar una forta pressió antròpica. S’han mostrejat les HCNBL, però també s’ha mostrejat el bloom primaveral i s’han fet unes sortides mensuals al llarg de l’any per posar en context les HCNBL. En general, l’enriquiment crònic de nutrients de l’ecosistema, sobretot en amoni, dóna lloc a una limitació de fòsfor, produint-se una acumulació de nitrogen orgànic dissolt i una remineralització més ràpida de fòsfor orgànic dissolt. El cicle anual de la Cl-a presenta els blooms de primavera i de tardor característics dels climes temperats, però s’han observat irregularitats. La més evident són les HCNBL. El seu origen està en la resuspensió de sediments i partícules orgàniques. Durant l’època en que la columna d’aigua està estratificada, el material alliberat al medi queda confinat per la frontera que representa la termoclina i la presència del sediment. En aquestes capes d’aigua també s’hi acumulen les aigües residuals procedents de l’emissari submarí. La combinació d’aquest enriquiment de nutrients, amb l’elevada irradiància d’aquesta època, creen les condicions necessàries perquè es produeixi una proliferació d’algues i un augment considerable de Cl-a, generant les HCNBL. Aquestes capes presenten una estructura complexa. Es distribueixen pel fons però en determinats punts, coincidint amb capes d’aigua amb un màxim relatiu d’estabilitat, poden bifurcar-se i desenganxar-se del sediment. Poden presentar gradients de nutrients més o menys definits, amb les majors concentracions a prop del sediment. També acumulen matèria orgànica dissolta cromofòrica. La concentració de Cl-a pot anar oscil•lant i depèn de la quantitat de llum que arribi a la capa i del “temps de maduració” de la massa d’aigua. Generalment predomina la fracció de microfitoplàncton respecte del nano o picofitoplàncton. L’abundància de la comunitat de fitoplàncton no sembla presentar un patró definit, tot i que la composició específica és més o menys constants. En les HCNBL hi ha una elevada activitat fitoplanctònica. Presenten unes taxes de producció primària elevades, semblants a les taxes del bloom primaveral de mar obert del Nord-Oest del Mediterrani. Poden presentar unes proporcions de nitrogen orgànic particulat respecte el fòsfor orgànic particulat inferior a 16:1, que és un indici de l’adaptació del fitoplàncton a la fase de creixement exponencial. Aquestes característiques confereixen a les HCNBL la capacitat de processar gran quantitat de nutrients de procedència i qualitat variada i exportar-los del sistema. D’aquesta manera juguen un paper molt important tant en el procés de contrarestar l’eutrofització generada per la pressió antròpica com en els balanços de carboni de l’ecosistema.

High Chlorophyll Near Bottom Layers (HCNBLs) develop during spring and summer, mainly in south and centre of the Catalan coast. They are usually found between 20m and 60m depths with several meters thick and extend some kilometres along the coast. In this Thesis, the origin and the structure of these layers were studied and also the role that they play in the Catalan coast. To achieve these goals, the chlorophyll a (Chl-a), the phytoplankton community, the nutrients, the chromophoric dissolved organic matter and the primary production were studied. The sampling cruises were done in the Barcelona coastal waters (NW Mediterranean). This area is characterised by a high human pressure with a chronic nutrient enrichment, mainly with ammonia. HCNBLs were sampled and also the spring phytoplankton bloom. In addition, monthly sampling cruises were done. The chronic nutrient enrichment of the ecosystem, mainly of ammonia, leads to a phosphorous limitation. As a result, an accumulation of dissolved organic nitrogen and a fast recycling of the dissolved organic phosphorous is produced. The annual cycle of Chl-a has the typical spring and autumn phytoplankton blooms of the temperate seas, but some irregularities were observed. The most evident is the presence of the HCNBL. HCNBLs are originated by enhancing nutrient diffusion from sediment resuspension. During the stratification period, this material released from sediment is trapped by the thermocline. In these layers, the sewage waters from a submarine outfall were also accumulated. These HCNBLs showed structural complexity, characterized by gradients in the different parameters analyzed, and a rich horizontal and vertical spatial structuring of phytoplankton communities with the predominance of the microphytoplankton fraction. These structures are characterized by a high phytoplankton activity. High primary production rates were measured and the ratio between particulate organic nitrogen and particulate organic phosphorous were usually under 16:1, a sign of a phytoplankton adaptation to exponential growth. These characteristics give to the HCNBL a high capability to process nutrients and to export it out of the ecosystem. In this way, they play an important role to counterbalance the ecosystem eutrophication and in the balances of the ecosystem carbon budget.