Regional variations in upper mantle structure beneath North America

Several types of seismological data, including surface wave group and phase velocities, travel times from large explosions, and teleseismic travel time anomalies, have indicated that there are significant regional variations in the upper few hundred kilometers of the mantle beneath continental areas. Body wave travel times and amplitudes from large chemical and nuclear explosions are used in this study to delineate the details of these variations beneath North America.

As a preliminary step in this study, theoretical P wave travel times, apparent velocities, and amplitudes have been calculated for a number of proposed upper mantle models, those of Gutenberg, Jeffreys, Lehman, and Lukk and Nersesov. These quantities have been calculated for both P and S waves for model CIT11GB, which is derived from surface wave dispersion data. First arrival times for all the models except that of Lukk and Nersesov are in close agreement, but the travel time curves for later arrivals are both qualitatively and quantitatively very different. For model CIT11GB, there are two large, overlapping regions of triplication of the travel time curve, produced by regions of rapid velocity increase near depths of 400 and 600 km. Throughout the distance range from 10 to 40 degrees, the later arrivals produced by these discontinuities have larger amplitudes than the first arrivals. The amplitudes of body waves, in fact, are extremely sensitive to small variations in the velocity structure, and provide a powerful tool for studying structural details.

Most of eastern North America, including the Canadian Shield has a Pn velocity of about 8.1 km/sec, with a nearly abrupt increase in compressional velocity by ~ 0.3 km/sec near at a depth varying regionally between 60 and 90 km. Variations in the structure of this part of the mantle are significant even within the Canadian Shield. The low-velocity zone is a minor feature in eastern North America and is subject to pronounced regional variations. It is 30 to 50 km thick, and occurs somewhere in the depth range from 80 to 160 km. The velocity decrease is less than 0.2 km/sec.

Consideration of the absolute amplitudes indicates that the attenuation due to anelasticity is negligible for 2 hz waves in the upper 200 km along the southeastern and southwestern margins of the Canadian Shield. For compressional waves the average Q for this region is > 3000. The amplitudes also indicate that the velocity gradient is at least 2 x 10^-3 both above and below the low-velocity zone, implying that the temperature gradient is < 4.8°C/km if the regions are chemically homogeneous.

In western North America, the low-velocity zone is a pronounced feature, extending to the base of the crust and having minimum velocities of 7.7 to 7.8 km/sec. Beneath the Colorado Plateau and Southern Rocky Mountains provinces, there is a rapid velocity increase of about 0.3 km/sec, similar to that observed in eastern North America, but near a depth of 100 km.

Complicated travel time curves observed on profiles with stations in both eastern and western North America can be explained in detail by a model taking into account the lateral variations in the structure of the low-velocity zone. These variations involve primarily the velocity within the zone and the depth to the top of the zone; the depth to the bottom is, for both regions, between 140 and 160 km.

The depth to the transition zone near 400 km also varies regionally, by about 30-40 km. These differences imply variations of 250 °C in the temperature or 6 % in the iron content of the mantle, if the phase transformation of olivine to the spinel structure is assumed responsible. The structural variations at this depth are not correlated with those at shallower depths, and follow no obvious simple pattern.

The computer programs used in this study are described in the Appendices. The program TTINV (Appendix IV) fits spherically symmetric earth models to observed travel time data. The method, described in Appendix III, resembles conventional least-square fitting, using partial derivatives of the travel time with respect to the model parameters to perturb an initial model. The usual ill-conditioned nature of least-squares techniques is avoided by a technique which minimizes both the travel time residuals and the model perturbations.

Spherically symmetric earth models, however, have been found inadequate to explain most of the observed travel times in this study. TVT4, a computer program that performs ray theory calculations for a laterally inhomogeneous earth model, is described in Appendix II. Appendix I gives a derivation of seismic ray theory for an arbitrarily inhomogeneous earth model.

Lipídios como indicadores de processos biogeoquímicos em sedimentos da margem continental do Estado do Rio de Janeiro

Este estudo constitui parte do Projeto Habitats Heterogeneidade Ambiental da Bacia de Campos coordenado pelo CENPES/Petrobras, um projeto multidisciplinar de caracterização ambiental que considera as diferentes feições e habitats da margem continental do sudeste brasileiro. O objetivo desta tese foi investigar os processos relacionados com a origem, o transporte e o acúmulo de matéria orgânica (MO) em sedimentos da margem continental da Bacia de Campos (RJ). Para isso, foram determinados a composição elementar da matéria orgânica (carbono e nitrogênio) por combustão a seco e os lipídios (esteróis, álcoois e ácidos graxos) por CG-MS e CG-DIC. Foram analisadas 215 amostras de sedimento superficial (0-2 cm de profundidade), coletadas em duas amostragens (períodos seco e chuvoso de 2008/2009), distribuídas sobre 12 isóbatas (de 25 a 3000 m) ao longo de 9 transectos de norte a sul da bacia. Além disto, foram ainda consideradas as isóbatas de 400 a 1900 m em dois cânions submarinos no norte da bacia (Almirante Câmara e Grussaí). Com base nos resultados obtidos, a MO sedimentar na plataforma e talude da bacia revelou-se essencialmente autóctone, derivada de produtores primários e secundários. Com isto, a MO contém uma fração reativa significativa e, portanto, é potencialmente biodisponível para os organismos bentônicos. No entanto, foram observados gradientes espaciais significativos na qualidade e na quantidade da MO sedimentar. Na plataforma continental (25 m a 150 m de profundidade) as concentrações de lipídios foram intermediárias e houve predomínio de MO sedimentar lábil. Exceções foram as áreas influenciadas por ressurgência costeira e/ou intrusão sub-superficial (próximo à Cabo Frio, Cabo de São Tomé e no limite norte da bacia), onde as concentrações foram altas. No talude superior e médio (400 a 1300 m) as concentrações de MO foram notadamente mais elevadas, mas com maior influência de processos bacterianos de alteração de sua composição original. E no talude inferior (1900 a 3000 m) as concentrações de MO estiveram muito baixas e apenas os lipídios mais resistentes à degradação bacteriana foram encontrados em concentrações mensuráveis. Isto sugeriu a exportação de materiais da plataforma ao longo do gradiente batimétrico, possivelmente decorrente da ação de meandros e vórtices da Corrente do Brasil e das correntes de fundo atuantes na região. Além disto, por ser lábil e biodisponível, a MO no sedimento apresenta uma fração biodisponível que pode ter uma influência na ecologia das comunidades bentônicas, particularmente aquelas localizadas no talude superior. Os cânions Grussaí e Almirante Câmara se revelaram regiões de acúmulo de MO e importantes no transporte da MO com valor nutritivo para comunidades bentônicas do talude médio e inferior.

Massa corporal e morfometria de Conopophaga melanops (Aves: Conopophagidae): uma comparação intrasexual e entre áreas continental e insular de Mata Atlântica, na região da Baía da Ilha Grande, RJ

A forma e o tamanho de um determinado organismo devem caracterizar aspectos ecológicos, uma vez que a morfometria é resultado da evolução. Diferenças nos caracteres morfológicos podem ter sido causadas por isolamento geográfico, mesmo em períodos de tempo relativamente curtos. O estudo da morfologia ecológica é uma tentativa de compreender a relação funcional entre variação morfológica e a ecologia dos animais. A variação nos atributos morfométricos de tamanho corpóreo entre os sexos pode ser um resultado da ação da seleção sexual. O presente estudo aborda uma comparação intrasexual e entre área continental e insular da morfologia de Conopophaga melanops (Vieillot, 1818), tendo sido realizado em uma área na Ilha Grande e em outra área na Reserva Ecológica Rio das Pedras (ReRP), RJ. A espécie, endêmica de Mata Atlântica e estritamente florestal, apresenta dimorfismo sexual, contudo indivíduos jovens possuem plumagem similar a de fêmeas. As aves foram capturadas com redes neblina, e doze medidas morfométricas foram obtidas de 51 indivíduos. A confirmação do sexo foi realizada por métodos moleculares baseados no DNA em 69 amostras. O percentual de erro na identificação do sexo em campo, pela plumagem, foi de 9,7%. A confirmação molecular do sexo é uma importante ferramenta que têm potencial de revelar padrões demográficos em estudos comportamentais e reprodutivos desta espécie. Na ReRP o comprimento da asa e a variável distância da cabeça até a ponta do bico apresentaram uma diferença significativa, sendo maior para machos do que para fêmeas. Já na Ilha Grande, as únicas variáveis que apresentaram diferença significativa foram comprimento da cauda (maior em machos) e altura do bico na base (maior em fêmeas). As diferenças de tamanho da asa entre os sexos corroboram com padrões de diversas outras espécies Neotropicais. A diferença morfométrica do bico pode estar associada à ecologia alimentar desta espécie. Tanto fêmeas quanto machos foram maiores na ilha do que no continente com relação ao comprimento total e comprimento da asa, além de comprimento da cauda maior para os machos.

Alimentación de la merluza en la región del talud continental argentino, época invernal (Merlucciidae, Merluccius merluccius hubbsi)

In the present paper the first results on the food and feeding habityas of hake in the region of the Argentinean continental slope are given. The data were obtained from the hake sampling made on board of the German research ship "Walther Herwig" during his first fishing exploratory trip in the Southwest Atlantic and from the investigation on the collected hake's stomachs.

Distribuição espacial do pico e ultraplâncton na plataforma continental e talude entre Cabo Frio (RJ) e Ubatuba (SP) e sua relação com a hidrodinâmica local: inverno de 2010

O picoplâncton (0,2 - 2,0 m) e ultraplâncton (> 2,0 - 5,0 m) despertam interesse por utilizarem ativamente a matéria orgânica dissolvida, estabelecendo a alça microbiana. Responsáveis por 50-80% da produção primária em águas oligotróficas, essas frações apresentam elevadas eficiência luminosa e razão superfície/volume que as permitem alcançar alto desenvolvimento mesmo sob baixas luminosidade e disponibilidade de nutrientes. Buscando relacionar a distribuição espacial e composição da comunidade pico e ultraplanctônica aos controles bottom-up na plataforma continental e talude ao largo dos Estados do Rio de Janeiro e São Paulo (22S a 26S), foram coletadas amostras de água em 39 estações oceanográficas e utilizadas as imagens dos sensores MODIS Terra e Aqua, bem como dados de hidrografia, para a descrição dos fenômenos oceanográficos de mesoescala. A abundância total de ambas as frações de tamanho, assim como a dominância do picoplâncton, reduziu em função do distanciamento da costa. Os organismos autotróficos foram em média (102 cél.mL-1 a 104 cél.mL-1 ) majoritariamente uma ordem de grandeza inferiores aos heterotróficos (103 cél.mL-1 a 105 cél.mL-1). A Água Central do Atlântico Sul (ACAS) e as plumas das baías de Guanabara e Sepetiba (RJ) permaneceram na plataforma interna favorecendo o aumento na concentração dos macronutrientes e refletindo na mudança da estrutura da comunidade através do aumento da contribuição de autótrofos no centro da plataforma, principalmente do ultraplâncton à superfície (cerca de 21%) e na profundidade do máximo de clorofila (44%). O transporte de águas costeiras carreadas por uma corrente de origem sul gerou o vórtice de plataforma identificado nas imagens de satélite para a região da plataforma interna de Ubatuba (SP), onde concentrações mais elevadas de amônio (0,28 M) e fosfato (9,64 M) a partir dos 50 m sustentaram maior densidade do ultra autótrofo (2,89 x 103 cél.mL-1) que superou a densidade de heterótrofos (2,50 x 103 cél.mL-1) no máximo de clorofila. Os resultados destacaram um forte gradiente nerítico-oceânico na distribuição dos organismos. Sugerem ainda a predominância do metabolismo heterotrófico na maior parte das águas oligotróficas da plataforma e talude entre o Rio de Janeiro e São Paulo, bem como a presença de caráter autotrófico naquelas regiões influenciadas por feições de mesoescala, como plumas estuarinas e vórtices de plataforma.

O sistema fluvio-estuarino da Baía de Sepetiba preservado na estratigrafia rasa da plataforma continental interna adjacente (RJ)

A análise de dados de reflexão sísmica monocanal boomer (Hz ~ 700-4,000; penetração ~ 70 ms) adquiridos na plataforma continental interna-média (até ~ 50-60 m de profundidade) ao largo do sistema estuarino baía de Sepetiba, no Estado do Rio de Janeiro, Brasil, revelou a ocorrência de uma sucessão sedimentar preservada 15-20 m, sismicamente interpretada como representando ambientes fluvio-estuarinos para marinhos rasos. Estas séries são sotopostas à inconformidade regional mais superior reconhecida na escala de plataforma, chamada superfície S3. Esta superfície é erodida por numerosas incisões fluviais, que sugerem processos erosivos associados à prolongada exposição subaérea da plataforma continental durante o estágio isotópico marinho 2 (MIS 2), globalmente datada em ~ 20 ka A.P.. A preservação de tais unidades de corte e preenchimento estuarinho presumíveis Pleistoceno Superior-Holoceno na plataforma interna-média (até ~ 30 km da costa) evidencia pela primeira vez na área a existência de um paleo sistema fluvial bastante desenvolvido e processos dominantes de denudação na bacia hidrográfica a montante que atualmente alimenta a baía de Sepetiba. Bem como que, uma série de elementos arquiteturais sísmicos dentro desta sucessão estuarina, como canais de maré retrogradantes, registram a evolução do paleo sistema estuarino de um sistema aberto à um sistema parcialmente protegido durante a transgressão Holocênica. A formação e erosão de uma sucessão de ilhas barreira isoladas e canais de maré durante a transgressão persistiu até o desenvolvimento de uma superfície estratigráfica superior na área, interpretada como a superfície de máxima inundação (MFS) no registro estratigráfico. A ilha barreira atual (restinga da Marambaia) prograda sobre a MFS como uma feição deposição regressiva, apontando para uma idade mais jovem do que cerca de ~ 5 ka A. P., idade da transgressão máxima na área, de acordo com a literatura disponível.

Variation saisonniere des structures hydrologique et dynamique du plateau continental ivoirien (VASPI I, II, III)

This data report contains all the meteorological, hydrological and dynamic data gathered during the VASPI cruises (I : from December 8th to December 13th 1982, II : from March 5th to March 9th 1983, and III : from October 6th to October 10th 1983) carried out along the continental shelf of Ivory Coast by the oceanographic ship "Andre NIZERY". These cruises, which represent a part of a coastal programme, are included in the more general scientific program FOCAL, whose main scientific objective is the study of the thermal context of the intertropical atlantic area.

Distribuição do material particulado em suspensão na plataforma continental e talude superior entre Ubatuba (SP) e o cabo Búzios (RJ)

A pesquisa aqui apresentada amostrou a plataforma continental e talude superior entre Ubatuba (SP) e o cabo Búzios (RJ), em dois projetos de escala local e de meso-escala. A campanha entre Ubatuba e o cabo Frio foi realizada no âmbito do projeto Oceano-Rio: levantamentos oceanográficos integrados ao largo do Estado do Rio de Janeiro, realizado em colaboração com o Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) e com a cooperação da Marinha do Brasil (MB), a bordo do Navio Hidro-oceanográfico Cruzeiro do Sul. Dos dados coletados nesta campanha oceanográfica, foram analisados os dados de CTD, concentração de oxigênio dissolvido, fluorescência, transmissividade, atenuação, retro-espalhamento além de amostras de água para a determinação direta da concentração de material particulado em suspensão (MPS). No experimento de menor escala, entre o cabo Frio e o cabo Búzios, além destes dados, foi realizado um fundeio entre 02 e 30 de julho de 2011, que amostrou a intensidade do eco, as correntes e as ondas. As análises realizadas permitiram observar uma grande abrangência da massa dágua característica da Ressurgência sobre a plataforma continental entre Ubatuba (SP) e cabo Búzios (RJ), inclusive em regiões muito rasas. A ressurgência nem sempre ocorreu associada aos ventos NE, sugerindo que a ocorrência de vórtices tem grande influência sobre o Sistema de Ressurgência de Cabo Frio. O padrão de distribuição de MPS na região é muito influenciado pela ressuspensão dos sedimentos de fundo (aumentada durante as tempestades, quando a coluna dágua passa a apresentar maiores concentrações de MPS), produção fitoplanctônica e aporte das baías costeiras. Outros processos que parecem influenciar este padrão são os vórtices e as ondas internas no talude. A complexidade da interação destas diferentes fontes de MPS e processos associados à sua distribuição ficou evidenciada no processo de conversão dos sinais óticos do transmissômetro e nefelômetro em concentração de MPS. Apesar desta dificuldade associada à grande variabilidade das características do MPS, as análises dos testes de conversão do sinal ótico em concentração de MPS permitem concluir que as melhores conversões podem ser obtidas após a inspeção visual das concentrações de MPS medidos (filtração) e remoção das amostras que não seguem a tendência geral esperada de dispersão sinal ótico versus concentração de MPS.

Observations de la temperature et des courants sur le plateau continental ivoirien

The Centre de Recherches Océanographiques d'Abidjan has carried out the HYDROBIOCLIMAT program in order to study the seasonal and interannual fluctuations of the physical and biological parameters over the continental shelf of Ivory Coast ; two subsurface moorings with from one to three AANDERAA current meters fixed on the lines, were deployed in front of Abidjan and San Pedro. Temperature and current measurement records are presented at these two locations.

Observations hydrologique et dynamique le long de deux radiales du plateau continental ivoirien durant l'année focale 1983

In this report, vertical distributions of the temperature and horizontal velocity components of the currents, got from the two sections BELIER (305 1'W) and VRIDI (4°O 5'W), carried out once a week during the 1983 year, on the Continental shelf of Ivory Coast, are shown.

Étude quantitative de l'upwelling sur le plateau continental ivorien

A wind-driven upwelling occurs on the continental shelf of Ivory Coast during the northern summer months; by studying the average conditions in the wind field, it has been found that in steady state the vertical speed upwards does not exceed 70 cm per day. The vertical flow per km super(2) is estimated in 46 m super(3)/s for a channel 50 m depth and in 92m super(3)/s for a channel 300 m depth. This study does not include the inclination of isopycnes in geostrophic adjustment with the variations of the Guinea current.

Étude du crabe rouge profond Geryon quinquedens en Côte d'Ivoire. 1 - Prospection le long du talus continental: résultats des pêches

From Aug 1975 to Jan 1976 a fishing survey for deep-sea red crab Geryon quinquedens was executed along the Ivorian coast between 3{degree} and 7{degree}30'W. Three regions could be distinguished: a central one with poor catches (1.6 kg/trap/20h); an east region with the best catches (5 kg/trap/20h); and a west region, also with good catches (4.5 kg/trap/20h). For the whole survey, catches only took place between 300 and 700m, the best at 400 m. A distinct sexual segregation was observed according to bathymetry with the percentage of males increasing with depth. Nearly the same abundance was observed in Côte d'Ivoire, in Congo and North Angola, while in South Angola catches are somewhat higher.

Étude hydrologique du plateau continental Ivoirien

The authors give a picture of the average seasonal hydrographic situations over the Ivorian continental shelf using data provided by 26 cruises carried out from July 1969 to January 1972. They study meteorological conditions and the mechanism of setting of different types of hydrographic seasons defined as follows: a cold period related to an upwelling created by winds July to earlier October and a warm period divided in 2 parts in relation with haline variations: a low salinity period in November and December, and a high salinity period from January to May; this one sometimes cut off by short-timed drops in the temperature. Then precisions are given about seasonal and geographical variations using space-time diagrams: last, depth and intensity of the thermocline are examined.

Aspects principaux des variations du phytoplancton sur le plateau continental ivorien

21 surveys over the whole Ivorian continental shelf lead to a description of the phytoplankton repartition according to the different seasons: great and small cold seasons, discharge seasons, and warm seasons. Yearly means of surface cells concentrations range from 1000 to 30000 cells per liter, corresponding to a daily production of 386 to 1166 mg C/m2, according to regression analysis. These values make Côte d'Ivoire a rather rich region, which is subjected to wide standing crop variations.

Variation des bio-volumes des zooplancton du plateau continental entre le Cap des Palmes et le Cap des Trois Pointes

Three years of weekly sampling from a coastal station and 29 monthly cruises over the whole continental shelf were studied for zooplankton quantitative variation. Settled volumes were preferred to displacement volumes. At the coastal station, near Abidjan, a negative correlation was found between the log2 of zooplankton volume and the preceding fortnight temperature. On the whole shelf, the differences between the 6 considered areas were tested by the variance analysis. There were significative differences in shallow waters only (20 m). During the main cold season, the upwelling of Tabou causes a very important enrichment 30 to 60 nautical miles to the east. Eastwards the plankton drifts and decreases in abundance. The zooplankton maximum is not always inshore, but often in the middle of the shelf and sometimes over the slope. During the little cold season the enrichments caused by coastal upwelling are less abundant and restricted to smaller areas. During the warm season, the waters are uniformly poor. During the cold season, over the 60m depths, the zooplankton maximum lies between 10 and 20 m and seems to sink in deeper waters. In warm season the vertical repartition is rather homogeneous in the first 40 meters. The diel vertical migrations show a very consistent rhythm, varying with the season.