Ciclo del carbono en el golfo de cádiz

Abstract

El golfo de Cádiz se caracteriza por ser una cuenca semicerrada, lo cual determina que tanto su dinámica oceanográfica, como el funcionamiento biogeoquímico y ecosistémico está condicionado por los intercambios entre los compartimentos ambientales que lo limitan, como son, las cuencas mediterránea y atlántica, los sistemas costeros, la atmósfera y el sedimento. A lo largo de esta tesis, se intenta caracterizar el comportamiento general del ciclo del carbono en el golfo de Cádiz desde una perspectiva amplia, que permita la interpretación de la variación espacio-temporal de los factores que afectan a su distribución. Este objetivo general se subdivide en cinco objetivos específicos que han dado lugar a los cuatro trabajos que recoge esta tesis. Para ello, un total de doce campañas oceanográficas han sido realizadas en la zona oriental de la plataforma continental del golfo de Cádiz entre 2014 y 2016. Estas campañas fueron distribuidas de forma estacional y se llevaron a cabo principalmente a lo largo de tres o cinco transectos perpendiculares a costa entre el río Guadiana y el cabo de Trafalgar. La estrategia seguida en cada una de ellas consistió en el muestreo de varias estaciones fijas en estos transectos y a diferentes profundidades. Las variaciones superficiales de la presión parcial de dióxido de carbono (pCO2) mostraron una alta variabilidad espacio-temporal en este periodo de tiempo, con valores comprendidos entre 320.6 y 513.6 µatm. De forma general, estas variaciones están influenciadas por diferentes factores, aunque principalmente presentaron una mayor relación con la temperatura y la actividad biológica. La variación temporal estuvo marcada mayoritariamente por el efecto que tiene la temperatura sobre la solubilidad del gas. En el golfo de Cádiz, este control térmico fue determinado en la zona central y en la zona más externa, donde la presencia de una rama cálida de la corriente de las Azores en las zonas más profundas hace que los valores de pCO2 sean mayores. Sin embargo, el control biológico estuvo más asociado con las zonas cercanas a costa, ya que se produce una disminución general de los valores de pCO2 con la distancia a costa derivado de la mayor entrada continental de carbono y nutrientes, y por la existencia de zonas de upwelling en los cabos de San Vicente y Trafalgar. Los flujos de CO2 agua-atmósfera también fueron estimados en este trabajo y presentaron la misma distribución que pCO2. Las aguas del golfo de Cádiz actúan como fuente de CO2 a la atmósfera en verano y otoño, y como sumidero en primavera e invierno, con un flujo medio de CO2 agua atmósfera de 0.35 ± 3.17 mmol m-2 d-1. Por tanto, el golfo de Cádiz actúa como una débil fuente de CO2 a la atmósfera, lo que indica que nuestra área de estudio se encuentra próxima al equilibrio con la atmósfera con un valor medio de pCO2 de 405.0 ± 19.4 ?atm. La distribución del grado de saturación del aragonito (?Ar) entre 2014 y 2016 reveló que el golfo de Cádiz se encuentra sobresaturado de CaCO3 con valores medios de ?Ar de 2.68 ± 0.30 en aguas superficiales y de 2.05 ± 0.15 en aguas profundas. En este caso, la actividad biológica fue el proceso principal que determinó la variabilidad de ?Ar en la capa de mezcla superficial (z < 100 m). A partir de esta profundidad, variables como la alcalinidad total, la concentración de calcio y ?Ar presentaron un comportamiento de tipo conservativo, relacionado con el grado de mineralización de las diferentes masas de agua existentes en la zona. De forma general, la alcalinidad total y el calcio aumentó hacia zonas profundas, donde se encuentra la masa de agua mediterránea (> 500 m). Sin embargo, ?Ar presentó los valores más altos en la masa de agua central del atlántico norte subtropical (100 - 200 m), y los valores intermedios en la mediterránea. En base a la información obtenida y a información previa que se tiene de la zona, se puede determinar que las aguas costeras del golfo de Cádiz con profundidades inferiores a 100 m, mostraron evidencias de una acidificación significativa entre 2006 y 2016. pCO2 presentó un aumento medio de 4.8 ± 1.9 µatm yr-1, mientras que para pH y ?Ar se obtuvo una disminución media de -0.0089 año-1, y -0.0552 año-1, respectivamente. El estudio del sedimento superficial en tres volcanes de fango del golfo de Cádiz, Anastasya, Pipoca y St. Petersburg, aportó información sobre la emisión de ciertas sustancias biogeoquímicas que se producen desde estas estructuras a la columna de agua, con especial interés en que puedan actuar como fuente de gases de efecto invernadero. En Anastasya y St. Petersburg se observaron comportamientos similares con una ligera variación en la concentración de las diferentes especies estudiadas, seguida de una variación más intensa situada a mayor profundidad donde el sedimento presenta textura tipo mousse. Procesos característicos de estas estructuras, como la deshidratación de las arcillas y la disolución de halita fueron identificados en Anastasya, además de la precipitación de carbonatos autigénicos que también se observó en St. Petersburg. Sin embargo, la identificación de alguno de estos procesos en los perfiles obtenidos para Pipoca no fue posible debido a los valores constantes observados. En base a la información recogida, se puede determinar que los volcanes de fango actúan principalmente como fuente de CH4 a la columna de agua, aunque con una cierta tendencia en nuestra área de estudio, Anastasya (0.51 ± 0.01 µmol m-2 d-1) > St. Petersburg (0.10 µmol m-2 d-1) > Pipoca (0.07 ± 0.04 µmol m-2 d-1), y que Anastasya es el único volcán que presenta un transporte activo de fluidos. Por último, a partir de un estudio de síntesis realizado con la información obtenida entre 2014 y 2016, se ha podido realizar un análisis de los factores que controlan los flujos combinados de CO2, CH4 y N2O, expresados como equivalentes de CO2. Estos flujos combinados de gases invernadero también presentaron una variabilidad espacio-temporal relacionada con factores como la temperatura y la actividad biológica. El flujo medio que se ha obtenido tiene un valor de 0.8 ± 2.0 mmol C m-2 d-1, lo que indica que el golfo de Cádiz actúa como un emisor neto de gases con efecto invernadero, y por tanto, contribuye al aumento de la capacidad de la atmósfera de absorber radiación infrarroja. Los resultados obtenidos sugieren que es importante profundizar en el conocimiento de la transferencia de gases invernadero entre las plataformas continentales y la atmósfera, y así, establecer de una forma más realista la influencia que las plataformas continentales pueden tener sobre el clima.