Resumen de la propuesta






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Convocatoria de ayudas de Proyectos de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico (2003)
MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DEL PROYECTO


  1. RESUMEN DE LA PROPUESTA (Debe rellenarse también en inglés)


INVESTIGADOR PRINCIPAL: EMILIO FERNÁNDEZ SUÁREZ
TITULO DEL PROYECTO: Flujos de CARbono mediados por el Plancton en ambientes Oligotróficos Subtropicales: una aproximación lagrangiana (CARPOS)


RESUMEN (debe ser breve y preciso, exponiendo sólo los aspectos más relevantes y los objetivos propuestos):


En los últimos años se ha generado un activo debate acerca de la magnitud del balance metabólico neto del océano oligotrófico que se resume en la existencia de dos visiones contrapuestas: la respiración excede a la producción en el océano oligotrófico versus el océano abierto se encuentra en balance metabólico.

CARPOS plantea como objetivo general cuantificar el balance metabólico neto de carbono en la capa fótica de la región central y periférica del Atlántico Norte subtropical empleando una aproximación lagrangiana. Este objetivo se desglosa en 4 objetivos específicos: 1) verificar que la zona central del giro subtropical del Atlántico Norte presenta un balance neto de la comunidad planctónica neutro o positivo, 2) construir y comparar los balances metabólicos in vitro e in situ en dos regiones oligotróficas contrastadas, 3) cuantificar el efecto de la variabilidad física a pequeña escala sobre la productividad de la región y evaluar su influencia sobre el balance metabólico neto y 4) evaluar el efecto de limitaciones metodológicas potencialmente asociadas a la realización de experimentos in vitro sobre el balance metabólico de esta región oceánica.

La consecución de estos objetivos se conseguirá a través de un plan de trabajo organizado en 4 módulos que contempla la realización de 2 campañas oceanográficas. La primera de ellas (CARPOS-I) consistirá en la realización de un muestreo lagrangiano en la región central del giro subtropical del Atlántico Norte, zona en la que se prevé un balance metabólico equilibrado. La segunda campaña, CARPOS-II, centrará su actividad en un muestreo lagrangiano en la región periférica del giro subtropical del Atlántico Norte, conocida por presentar un balance metabólico netamente heterotrófico.



PROJECT TITLE: Plankton-mediated carbon fluxes in contrasting subtropical oligotrophic environments: a lagrangian approach (CARPOS)


SUMMARY:


An active scientific debate has been held on the metabolic balance of the oligotrophic ocean during the past years. Briefly, this debate arises from the discrepancy between two statements: respiration exceed production in the oligotrophic ocean versus the open ocean is in metabolic balance.

The principal objective of CARPOS is to quantify the net metabolic carbon balance of the planktonic communities in the central and marginal regions of the subtropical NE Atlantic by adopting a lagrangian approach. This main aim splits into 4 particular objectives: 1) To verify that the net metabolism of the planktonic communities in the central region of the North Atlantic subtropical gyre is balanced or autotrophic, 2) to build up and compare in situ versus in vitro net metabolic balances for two contrasting oligotrophic environments, 3) To quantify the effect of short-scale physical variability on primary production rates and to infer its potential effect upon the net metabolic balance of the region and 4) to evaluate the effect of methodological limitations associated to in vitro experiments on the metabolic balance of this oceanic region.

These objectives will be accomplished through the development of a working plan organised in 4 modules which includes the completion of 2 oceanographic cruises. The first of these cruises (CARPOS-I), consists of a lagrangian experiment in the central region of the North Atlantic Subtropical Gyre, where a balanced net metabolism is expected.

The second cruise, CARPOS-II, will be centered on the marginal NE area of the subtropical North Atlantic, where the metabolic balance is known to be net heterotrophic. In this region, a new lagrangian study lasting 20 days will be conducted.


2. INTRODUCCIÓN

(máximo cinco páginas)




  • Deben tratarse aquí: la finalidad del proyecto; los antecedentes y estado actual de los conocimientos científico-técnicos, incluyendo la bibliografía más relevante; los grupos nacionales o internacionales que trabajan en la misma materia específica del proyecto, o en materias afines.



Los modelos del ciclo global del C destacan la contribución de la biota marina en el control de la concentración de CO2 en el océano y la atmósfera (Six y Maier-Reimer 1996; Stephens et al. 1998; Murnane et al. 1999). Dicha contribución resulta del balance entre los procesos de fotosíntesis bruta (PPB) y respiración de la comunidad (RC). El conocimiento actual de la magnitud, la variabilidad espacial y temporal, y los mecanismos de control de la actividad fotosintética del plancton en océano abierto (p.e., Karl y Lukas 1996; Michaels y Knap 1996; Marañón et al. 2000) ha permitido la definición de biomas oceánicos y la estimación de la tasa de fotosíntesis global del océano (p.e., Longhurst et al. 1995; Longhurst 1998; Behrenfeld et al. 2001). Sin embargo, la desproporcionada escasez de datos de respiración planctónica limita la cuantificación del balance oceánico entre fotosíntesis y respiración (ver revisión en del Giorgio y Duarte, 2002).
Una alternativa propuesta para la estimación de la producción neta de la comunidad planctónica (PNC= PPB – RC) a escala global consiste en la obtención de relaciones empíricas generalizables entre la PPB y la RC, lo cual permitiría predecir la PNC allí donde sólo existen datos de PPB (del Giorgio et al. 1997; Duarte y Agustí 1998; Williams 1998; Duarte et al. 1999, Williams y Bowers 1999). Sin embargo, las relaciones obtenidas discrepan en cerca de un orden de magnitud en la tasa de PPB por debajo de la cual la RC excedería a la PPB, lo cual ha generado un intenso debate sobre el balance de C del océano: 1) la RC microbiana excede a la PPB en ecosistemas oceánicos improductivos (del Giorgio et al. 1997; Duarte and Agustí 1998) versus 2) el océano abierto se encuentra en balance metabólico (Williams 1998).
Ambas conclusiones han sido criticadas debido a la validez de los datos empleados y la forma de análisis de los mismos (Duarte et al. 1999; Williams and Bowers 1999). Sin embargo, el principal problema de ambas surge de su comparación con la evidencia geoquímica: si el océano fuera autotrófico (PPB>RC) casi en todas partes, como sugiere Williams (1998), cabría esperar que en la zona costera, la exportación de carbono hacia los sedimentos y/o la concentración de C orgánico fueran de mayor magnitud (Smith and Mackenzie 1987; Duarte et al. 1999). Además, sería difícil explicar cómo pueden alcanzar la capa fótica del océano subtropical cantidades suficientes de nutrientes para sustentar dicho balance neto autotrófico (Doney 1997; Williams and Follows 1998). Por otro lado, si cada ecosistema pelágico poco productivo es heterotrófico (PPB-1 (Williams y Bowers, 1999) hasta el centro de los giros oceánicos. Además, la dominancia generalizada de la heterotrofía en sistemas improductivos va en contra de las estimas actuales de producción neta de la comunidad basadas en el uso de trazadores químicos de la actividad del plancton (Emerson et al. 1995; Emerson et al. 1997), o en el seguimiento estacional de la concentración de carbono inorgánico disuelto (Lee, 2001).
Tres estudios recientes sobre el metabolismo del plancton en aguas oligotróficas de la región NE del Giro Subtropical del Atlántico N (NAST-E) (Duarte et al. 2001; González et al. 2001; Serret et al. 2001) han medido de forma consistente valores similares de heterotrofia neta a través de la zona fótica durante la primavera y el verano, cuando la PPB en la zona fótica era  ca. 100 mmol O2 m-2 d-1. En relación con estas observaciones, los balances geoquímicos basados en el análisis de los flujos de nitrógeno en el Atlántico Norte considerando toda la extensión vertical a través de la sección 36° N indican un comportamiento heterotrófico del giro subtropical, posiblemente como resultado de la entrada de nitrógeno orgánico disuelto por las capas más superficiales (Álvarez et al., 2002).
Los resultados mencionados, obtenidos a partir de experimentos in vitro en la región oriental del Atlántico, coinciden con los escasos datos publicados sobre balances netos del metabolismo planctónico en océano abierto: siempre que los valores promedio de PPB en la capa fótica son menores de 1 mmol O2 m-3 d-1, el balance neto en la capa fótica es heterotrófico (ver tabla adjunta).



Referencia

Época

PPB

mmolO2m-3d-1

PNC

mmolO2m-3d-1


Williams & Jenkinson 82


Julio

Agosto


1.06±0.01

1.03


-0.84±0.1

-0.56

Kiddon et al. 95

Primavera 89

5.07±0.6

1.41±0.42

Williams 98

Primavera 89-91

1,7/89, 4,7/93

2.4±1.1

1.2±1.0

0.6±0.7

0.08±0.4

Bender et al. 99

Primavera
Otoño

2.61±0.03
4.21±0.19

1.28±0.1

1.63±0.2

Robinson & Williams 99

Ago-Oct 1994

1±0.1

-0.5±0.04

Serret et al. 99

Primavera

Verano

Otoño

Invierno

3±0.3

0.6±0.03

1.4±0.4

1.5±0.08

1.6±0.6

-2.5±0.2

0.8±0.05

0.1±0.5

González et al. 01

Agosto 1998

Abril 1999

0.3±0.07

1±0.16

-1.2±0.17

-0.1±0.17

Teira et al. 01

Agosto 1998

0.3

-0.57

Serret et al. 01

Mayo 1998
Junio 1998

0.54±0.28

0.48±0.28

-1.78±0.35

-1.11±0.18
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