Photosynthetic efficiency of phototrophic plankton and bio-optical variability as influenced by mesoscale processes in the eastern Caribbean basin
Autor
López-Rosado, Ramón
Advisor
López-Díaz, José M.College
College of Arts and Sciences - SciencesDepartment
Department of Marine SciencesTipo
DissertationDegree Level
Ph.D.Fecha
2008-12Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemResumen
This study comprises an analysis of photosynthetic potential of phototrophic
plankton in eastern Caribbean Sea near-surface waters as influenced by the action of
mesoscale processes. The massive freshwater plume from the Orinoco River and
mesoscale cyclonic and anti-cyclonic eddies are two common types of features in the
Eastern Caribbean Sea. The physiological state of phototrophic plankton was addressed
by measuring its photosynthetic efficiency using a fast repetition rate fluorometer (FRRF)
throughout the region. The Fv/Fm parameter measures the changes in phototrophic
plankton physiology by a rapid, noninvasive assessment of in vivo fluorescence
signatures. The FRRF provided fast and accurate quantification of changes in
productivity in response to environmental forcing at the ecologically relevant scales of
mesoscale processes. Enhanced biological activity has been associated with these
features which stimulate the input of limiting nutrients into the euphotic zone. FRRF
measurements showed that photosynthetic efficiency varied vertically in areas of upward
pycnocline displacement of isohalines and thermal structures suggesting that nutrient
upwelling is responsible for the higher photosynthetic efficiency observed at surface. The
influence of the Orinoco River plume on the photosynthetic potential demonstrated
increased Fv/Fm close to the surface, decreasing with depth, suggesting a relationship
with river originated material. Independent measurements of photosynthetically
mediated 14C uptake produced a strong linear relationship (r = 0.91) with the FRRF-based
primary productivity estimates for data collected throughout the region. These estimates
covaried with satellite-based estimates of primary production through the environmental
gradients created by the Orinoco River plume. Correlation analysis was used to describe
the relationship between phototrophic plankton physiological state (Fv/Fm) and
independent measurements of bio-optical variables.The beam attenuation to chlorophyll
ratio (cp *) demonstrated inverse correlation with Fv/Fm as a result of the baroclinic
instabilities created by eddies. The phytoplankton specific absorption coefficient (aph)
showed reduced absorption in the region of 442 nm apparently in response to increased
package effect for waters under the influence of the river plume. Variations in the aph
slope were associated to a decrease in the quantum yield for carbon fixation in samples
from oceanic waters far from the direct influence of the Orinoco River plume. Este estudio comprende un análisis del potencial fotosintético del plancton
fototrófico en aguas superficiales del Mar Caribe oriental según son definidas por la
acción de procesos a meso-escala. Remolinos a meso-escala ciclónicos y anti-ciclónicos
y las plumas masivas de aguas dulce del Río Orinoco son fenómenos comunes en el Mar
Caribe. El estado fisiológico del plancton fototrófico fue estudiado usando un
fluorόmetro de repetición rápida (FRR), para medir su eficiencia fotosintética (Fv/Fm) a
través de la región. El parámetro Fv/Fm mide los cambios en la fisiología del plancton
fototrófico con una evaluación rápida y no invasiva de las señales de fluorescencia en
vivo. El FRR provee una cuantificación rápida y precisa de los cambios en productividad
en respuesta a presiones ambientales a las escalas ecológicamente relevantes de procesos
a meso-escala. El aumento en actividad biológica ha sido asociada a estos fenomenos, los
cuales estimulan la incursión de nutrientes limitantes en la zona eufótica. Las medidas
del FRR mostraron que la eficiencia fotosintética varió verticalmente en áreas de
desplazamiento de la picnoclina hacia la superficie de estructuras isohalinas y estructuras
termales sugiriendo que el afloramiento de nutrientes es responsable por la alta eficiencia
fotosintética observada en superficie. La influencia del frente del Río Orinoco en el
potencial fotosintético demostró incrementos en Fv/Fm cerca de superficie
disminuyendo con profundidad, sugiriendo una relación con el material originado en el
río. Los estimados de producción primaria basados en el FRR demostraron una relación
lineal robusta (r = 0.91) con medidas independientes por estimados de 14C obtenidos a
través de la región. Estos estimados covariaron con estimados de productividad primaria
realizados con datos de satélite, a través del gradiente ambiental creado por el Río
Orinoco. Medidas bio-ópticas independientes también fueron consideradas en este
estudio y asociadas al estado fisiológico del plancton fototrófico. La razón de atenuación
del haz (cp *) con clorofila-a demostró una relación inversa con Fv/Fm como resultado
de las inestabilidades baroclínicas creadas por los remolinos. El coeficiente de absorción
específica de fitoplancton (aph) demostró una absorción reducida en la región de 442 nm
aparentemente en respuesta al efecto de paquete en las aguas influenciadas por la pluma
del rio. Variaciones en la pendiente de (aph) fueron asociados a una disminución en la taza quántica de fijación de carbono en las muestras de aguas oceánicas lejos de la
influencia directa de la pluma del Río Orinoco.