Title

Componentes ópticamente activos en aguas del Golfo de California y corriente de California

Author

Rafael Cervantes Duarte

Contributor

Helmut Maske Rubach (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

En el presente trabajo se analizan los componentes ópticamente activos del Golfo de California y la Corriente de California: las implicaciones metodológicas, la variación de sus Concentraciones y la relación entre ellas, en una escala regional y temporal. En particular se presentan los resultados de las comparaciones metodológicas para estimar clorofila, seston,absorción por gilvin, absorción por fitoplancton (aph) a 675 nm y absorción por partículas (ap) a 440 y 675 nm. Las pruebas metodológicas para clorofila en el intervalo registrado muestran que no hay diferencias significativas en la eficiencia de extracción por el tipo de solvente (aprox. 4%), y el coeficiente de variación del método (16%) están bajos en comparación a los cambios de la concentración observados durante los ciclos estacionales y no afectan significativamente el cambio estacional. La sensibilidad del método para estimar seston (0.1 g m-3) y el coeficiente de variación (14%) están en el límite de su determinación en la situación más oligotrófica, y no afectan significativamente la dinámica del cambio estacional de la concentración de seston. El método para determinar la absorción por gilvin no presenta la sensibilidad necesaria (aprox. 27% error) para determinar su variación en las áreas analizadas y el valor promedio se debe considerar como una primera aproximación. La aph 675 nm obtenida con la extracción con metanol caliente o con la mezcla de [DMSO+Ac.90%] no presentan cambios significativos en la eficiencia de extracción. Tomando todos los datos de seston se encuentra una alta variabilidad en relación a la clorofila, especialmente en zonas donde se localizan máximos de clorofila subsuperficial. Se presenta una alta variabilidad del porcentaje del material libre de cenizas con el incremento de seston, sin embargo, a bajas concentraciones de seston se observa un aumento de la fracción orgánica. En el extracto de los pigmentos fotosintéticos la relación entre la d.o, 440 vs d.o. 665 nm y d.o. 440:665 vs PAR no muestran evidencia de cambio en la relación entre Chla y la suma de los otros pigmentos, ni de fotoaclimatación, respectivamente. Las relaciones de absorción ap 440 nm y ap, 675 nm no muestran evidencias de cambio de la composición de partículas, sin embargo, la relación ap., 440 y aph 675 vs clorofila presentan dos pendientes distintas en el Golfo Central y Umbral. Este comportamiento se debe al efecto de paquete producido por la distinta geometría de las células fitoplanctónicas y/o concentración celular de pigmentos. La absorción por cianobacterias no presenta una contribución global importante (<10%). No se observa una relación estadística significativa o diferentes patrones regionales regionales en las relaciones entre clorofila y seston. En general esta relación se puede circunscribir a un triángulo definido por la carga máxima de seston en la columna de agua y las relaciones C6H12O24:C=2.6 [w/w]; C/Chla=37.8 y C6H12O24/Chla=100. Los datos superficiales muestran una mejor relación (r2=0.62, n=76). Los ciclos estacionales de clorofila, seston y gilvin en la Corriente y Golfo de California no muestran una relación clara con la temperatura del agua, se observa una mayor variabilidad en la Corriente de California. El ciclo de clorofila integrada en la zona eufótica y volumen desplazado por zooplancton muestran en la Corriente de California un retraso temporal del zooplancton típico de zonas templadas y ninguna relación temporal significativa en el Golfo de California. La comparación de los valores de reflectancia espectral medidos con el Perfilador de Reflectancia Radiométrica (PRR) y los estimados a partir de los componentes ópticos presentan una diferencia variable, con un factor de 1 a 3. No hay una razón obvia para explicar esta diferencia, sin embargo, es probable que el esparcimiento de la luz de retorno este sobre-estimado o la imprecisión del método para medirla absorción por gilvin.La comparación de un algoritmo utilizado para estimar la concentración de clorofila a partir de R440:R555 con el PRR y los componentes ópticamente activos se encuentra que ni larazón calculada ni la medida sigue la relación publicada con la clorofila, y siempre presentan una razón de reflectancia más baja. Utilizando los algoritmos generales basados en las razones de radiancia ascendente a diferentes longitudes de onda se encuentra buena correlación entre las radiancias medidas y la concentración de clorofila. Esto indica la validez de la interpretación empírica de las imágenes de sensores remotos. Para transformarlos algoritmos empíricos por una interpretación más analítica de la relación entre el color del agua y sus componentes ópticos falta aún mucho conocimiento y la metodología adecuada

In this thesis the optically active constituents of sea water in the Gulf of California and the California Current were measured and interpreted: Methodological aspects, the range ofconcentrations, relationships of concentrations and the regional and temporal distribution. Methodological aspects of the methods for measuring chlorophyll a (Chla), seston, the absorption coefficient of dissolved organic matter (CDOM), and the in vivo absorption of phytoplankton at 675nm and absorption byparticles at 440 and 675nm are presented. The method applied here for measuring Chla showed nosignificant difference in the extraction efficiency of different organic solvents (approximately 4% difference), and the coefficient of variation, c.v. (16 percent) can be considered small in relation to the range of concentrations measured during the seasonal cycles. For the seston determination, the lower level of detection (approximately 0.1 g m-3) and the c.v. (14 percent) are limiting the usefulness of the method in the most oligotrophic areas, but doesn’t significantly dampen the dynamics of the annual cycle of seston. The method to measure CDOM does not have sufficient precision (c.v.=27 percent) to observe significant differences in the áreas investigated, and the average value determined here shouldbeseenas a first approximation. The in vivo absorption of phytoplankton at 675nm measured after extraction with hot methanol or DiMethylSulfoxide and 90%Acetone, was compared and no significantdifference found. Whenall the data are compared, the ratio of the seston to Chla concentration is found to be very variable, specially near the deep chlorophyll maximum. At low seston concentration the percentage of ash weight increased, but with increasing seston concentration the percentage of ash weight to total seston became very variable. In the acetone extract of phytoplankton pigments no tendency was found in the ratio of both absorption maxima at 440 and 665nm not even with respect to the light level in the water column were the samples were taken, implying that the relationship between Chla and the sum of the other pigments did not change and there was no photo-acclimatization in the pigmentcomposition. The ratio of in vivo particle absorption at 440 and 675nm showedno evidence of a change in the compositionofparticles (phytoplankton/detritus), nevertheless there were twodistinct ratios of in vivo absorption to Chla in the central part of the Gulf of California and in the area close to the central islands in the Gulf. This difference is a result of the package effect produced by the specific cellular geometry of the phytoplankton and/or the cellular pigment concentration. The in vivo absorption by cyanobacteria is in generalunimportant (<10 percent). No significant statistical relationship and no regional difference was found in the relationship of Chla to seston. The data are distributed in an envelope limited by a maximum seston concentration kept in suspension by turbulence and a minimum seston Chla ratio determined by the ratios of C6H12O6/C=2.6 [w/w]; C/Chla=37.8 resulting in a ratio of C6H12O6/Chla=100, were C6H12O6 represents the organic fraction of the seston due to phytoplanktonThe annual cycles of Chla, seston and CDOMin the Gulf of California and the Current of California don’t show clear pattern related to water temperature. In the California Current the data show a wider range of values. The zooplankton biomass (displacement volume) indicated a temporal delay in relationship to Chla integrated over depth in the wáter column, a pattern expected for temperate marine ecosystems. No such relationship was observedin the northern Gulf of California. The comparison of the reflectance (upwelling irradiance over downwelling irradiance) spectra measured with an in situ radiometer (PRR, Biospherical) and the reflectance calculated from the optical properties (absorption coefficient of the particulate and dissolved fraction) showed factor 1 to 3 difference. No obvious reasonfor this difference was found,but it could be that the backscattering coefficient was overestimated, or it could be due to underestimation of CDOM dueto the imprecision ofthe method. When the reflectance ratio (R440/R555) calculated from the optical properties and the measured reflectance ratio were compared to Chla it was foundthat neither the calculated nor the measured ratio followed the published relationship to Chla but always resulted in lower reflectance ratios. The comparison of the measured water leaving radiance ratio at 440 and 556nm to Chla andthe ratio calculated by algorithms used in remote sensing demonstrated that the algorithm represented well the measured data. Therefore the chlorophyll concentrations estimated from ocean color images should be correct. If the empirical algorithms are eventually to be replaced by analytical models, then the methodology for measuring optical components in the water will have to be bettered significantly.

Publisher

CICESE

Publish date

1996

Publication type

Doctoral thesis

Format

application/pdf

Language

Spanish

Citation suggestion

Cervantes Duarte, R.1996.Componentes ópticamente activos en aguas del Golfo de California y corriente de California.Tesis de Maestría en Ciencias.Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.118 pp.

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Repositorio Institucional CICESE

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