Inventory of carbon in a subtropical estuarine system

Abstract

Resumo: As variações das fontes de carbono orgânico e suas variações espaciais são importantes para compreender o balanço das diferentes formas de carbono orgânico nas regiões costeiras. Amostragens foram feitas ao longo de gradientes de salinidade e nas duas desembocaduras do Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP), objetivando analisar a distribuição espacial do Carbono Orgânico Particulado (COP) e do Carbono Orgânico Dissolvido (COD), as variações das saturações do CO2 e O2, análises metabólicas do estuário, fluxos de difusão do CO2 e as exportações do COP e do COD para a área costeira adjacente ao CEP. O sistema está localizado no estado do Paraná, região sul do Brasil, compreendendo uma área de 612km2 e um volume de 2x109m3. Amostras foram coletadas durante campanhas amostras, ao longo de gradientes de salinidade dos eixos Norte-Sul e Leste-Oeste, e nas desembocaduras Norte e Sul do sistema. As amostras de carbono orgânico foram analisadas através do método de combustão em alta temperatura HTC no equipamento TOC-5000 Shimadzu; os fluxos de difusão, na interface ar-água foram estimados de acordo com Carmouze (1994) e as exportações foram baseadas em fundeios de medição como equipamento S4 Current Meter, medindo as correntes e descargas de água durante um ciclo complete de maré. Os resultados apresentaram variações nos valores de concentração de carbono orgânico: máximo de 13.56mg.L-1, mínimo de 3.84mg.L-1, com uma média de 6.59mg.L-1 para o eixo Leste-Oeste; e 19.37mg.L-1, 5.44mg.L-1 e 8.59mg.L-1 para o eito Norte-Sul (valores máximo, mínimo e médio, respectivamente). Ao longo dos transectos de salinidade (em direção às desembocaduras do sistema estuarino), a concentração do carbono orgânico foi constante, enquanto a absorbância do CDOM diminuiu, inferindo na existência de diversas fontes de material orgânico para o sistema. As saturações do CO2 e O2 fora relacionadas com a salinidade e também se mostraram correlacionadas com a absorbância do CDOM nos comprimentos de onda de 320 e 443nm (61% e 47% para o O2; 63% e 46% para o CO2, respectivamente). Os eixos Leste-Oeste e Norte-Sul exibiram médias de fluxo de difusão de 1.74 e 2.72mM.m-2.h-1. As exportações de COD e COP na desembocadura Norte foi de 21.39kg.s-1 e 8.30kg.s-1, respectivamente; enquanto para a desembocadura Sul, as médias foram de -1.57kg.s-1 (em direção ao estuário) e 26.40kg.s-1, respectivamente. A presença de substâncias húmicas no sistema afeta a produção primária, e consequentemente afeta as saturações de CO2 e O2. O estuário demonstrou um metabolismo heterotrófico, exportando grandes quantidades de CO2 para a atmosfera e grandes quantidades de carbono orgânico, até mesmo quando comparado com alguns dos maiores rios do planeta.

Abstract: Variations of organic carbon sources and its spatial variations are important to comprehend the balances of the different organic carbon phases in the coastal zones. Surveys were made along the salinity gradients and mouths of the Paranaguá Estuarine Complex (PEC), objecting to analyze the spatial distribution of Particulate Organic Carbon (POC) and Dissolved Organic Carbon (DOC), variations of CO2 and O2 saturations, metabolic analysis of the estuary, the CO2 diffusive fluxes and the POC and DOC exportations to the adjacent coastal waters of the PEC. The system is located in the Paraná State, south of Brazil, comprising 612km2 and a water volume in the order of 2 x 109m3. Samples were collected, during four sampling campaigns, along the salinity gradients in the two axes, North-South and East-West axes, and in the Northern and Southern Mouths of the system. The organic carbon samples were analyzed by HTC TOC-500 Shimadzu equipment; diffusive fluxes at the air-water interface were estimated according to Carmouze (1994) and the exportations were based on the anchoring of the S4 Current Meter, measuring currents and water discharge for an entire tidal cycle. The main results showed a variation of the organic carbon concentration values: maximum of 13.56mg.L-1, minimum of 3.84mg.L-1 with a mean of 6.59mg.L-1 for the East-West Axis; and 19.37mg.L-1, 5.44mg.L-1 and 8.59mg.L-1 for the North-South Axis (maximum, minimum and mean values, respectively). Along the salinity transects (direction to the mouth of the estuarine system), the absorbance of CDOM diminishes, which infer different sources of organic matter to the system. The saturations of CO2 and O2 were related with the salinity and also showed correlations with the absorbance of CDOM at 320 and 443nm (61% and 47% for O2; 63% and 46% for CO2, respectively). The East-West and North-South axes exhibited mean diffusive fluxes of 1.74 and 2.72mM.m-2.h-1. The exportations of DOC and POC at the Northern Mouth had an average flux of 21.39kg.s-1 and 8.30kg.s-1, respectively; while the Southern mouth had an average flux of -1.57kg.s-1 (towards the estuary) and 26.40kg.s-1, respectively. The presence of humic substances in the system affects the primary production, consequently affecting the CO2 and O2 saturations. The estuarine system reflects a heterotrophic metabolism, exporting high amounts of CO2 to the atmosphere and high quantities of Organic Carbon to the adjacent ocean, even when compared to the major rivers in the world.