Environmental context of all samples from the Tara Oceans Expedition (2009-2013), about mesoscale features

The Tara Oceans Expedition (2009-2013) sampled the world oceans on board a 36 m long schooner, collecting environmental data and organisms from viruses to planktonic metazoans for later analyses using modern sequencing and state-of-the-art imaging technologies. Tara Oceans Data are particularly suited to study the genetic, morphological and functional diversity of plankton. The present data set provides environmental context to all samples from the Tara Oceans Expedition (2009-2013), about mesoscale features related to the sampling date, time and location. Includes calculated averages of mesaurements made concurrently at the sampling location and depth, and calculated averages from climatologies (AMODIS, VGPM) and satellite products.

Ecosystem impacts of three sequential hurricanes (Dennis, Floyd, and Irene) on the United States' largest lagoonal estuary, Pamlico Sound, NC

Three sequential hurricanes, Dennis, Floyd, and Irene, affected coastal North Carolina in September and October 1999. These hurricanes inundated the region with up to 1 m of rainfall, causing 50- to 500-year flooding in the watershed of the Pamlico Sound, the largest lagoonal estuary in the United States and a key West Atlantic fisheries nursery. We investigated the ecosystem-level impacts on and responses of the Sound to the floodwater discharge. Floodwaters displaced three-fourths of the volume of the Sound, depressed salinity by a similar amount, and delivered at least half of the typical annual nitrogen load to this nitrogen-sensitive ecosystem. Organic carbon concentrations in floodwaters entering Pamlico Sound via a major tributary (the Neuse River Estuary) were at least 2-fold higher than concentrations under prefloodwater conditions. A cascading set of physical, chemical, and ecological impacts followed, including strong vertical stratification, bottom water hypoxia, a sustained increase in algal biomass, displacement of many marine organisms, and a rise in fish disease. Because of the Sound's long residence time (≈1 year), we hypothesize that the effects of the short-term nutrient enrichment could prove to be multiannual. A predicted increase in the frequency of hurricane activity over the next few decades may cause longer-term biogeochemical and trophic changes in this and other estuarine and coastal habitats.

Análise da influência de variáveis meteorológicas e da hidrodinâmica sobre os padrões espaciais e temporais da qualidade da água e de florescimentos de cianobactérias e macrófitas em um reservatório urbano

Os reservatórios urbanos estão suscetíveis a uma variedade de interferências antropogênicas que acarretam grande variabilidade espacial e temporal. Contudo, possuem uma dinâmica própria na qual o hidroclima e micro e macro-eventos meteorológicos atuam sobre os processos físicos, químicos e biológicos resultando em respostas particulares de cada corpo de água. No presente estudo a existência de padrões espaciais e temporais na formação de florescimentos de algas, cianobactérias e macrófitas no reservatório Guarapiranga, São Paulo, SP, foi avaliada por meio de experimento de curta escala de tempo durante o evento da entrada de uma frente fria. Foram amostrados 64 pontos em todo o reservatório, e o estudo intensivo de florescimento algal e de cianobactérias em dois ciclos nictemerais, em um ponto selecionado no reservatório. Um modelo tridimensional de hidrodinâmica foi aplicado ao estudo compartimentalizado dos tempos de residência e imagens de satélite foram analisadas para determinação de padrões temporais e espaciais durante períodos de tempo mais amplos. Os resultados revelaram que os períodos mais favoráveis ao surgimento de florescimentos de cianobactérias são geralmente os meses mais quentes, de dezembro e janeiro, ou aqueles em que ocorrem estratificações mais fortes como no fim do inverno, em julho, e após as primeiras chuvas nos meses de setembro e outubro. Existem padrões espaciais recorrentes na formação dos florescimentos, controlados em grande parte pela ação do vento, que no reservatório Guarapiranga é predominantemente nas direções leste e sudeste empurrando os florescimentos na direção da foz dos tributários Embu Mirim e Embu Guaçu e ocasionalmente na direção da foz do rio Parelheiros. As simulações hidrodinâmicas evidenciam as forçantes que determinam os padrões observados e reforçam a importância de se discretizarem os tempos de residência de diferentes compartimentos do reservatório. As séries temporais amplas permitiram a determinação da qualidade da água em cada região e fornecem subsídios para o futuro manejo do reservatório. Como esse comportamento não se restringe ao reservatório Guarapiranga, o tipo de modelagem aqui utilizada pode ser útil para obter informações importantes no processo de planejamento e seleção de medidas para o gerenciamento de reservatórios urbanos tropicais polimíticos, em geral.

Análise da composição, abundância e distribuição da comunidade fitoplanctônica nos reservatórios do sistema em cascata do Médio e Baixo rio Tietê/SP

Com a finalidade de atender a demanda energética, muitos reservatórios foram construídos no Brasil e, notadamente na região Sudeste, as construções das barragens não somente atenderam aos usos múltiplos (geração de energia, irrigação, lazer e abastecimento público), como também foram elementos propulsores da economia regional, contribuindo para a expansão das atividades industriais e rurais, bem como, um desordenado crescimento urbano. Em conseqüência da falta de planejamento, áreas naturais foram desmatadas, sendo substituídas por formas de plantio inadequadas e por projetos de especulação imobiliária não condizentes com a sustentabilidade ambiental. No decorrer das últimas décadas, os impactos aumentaram em magnitude e extensão, ocasionando sérios problemas aos recursos hídricos, culminando em conflitos pelo uso da água. Dentro deste contexto, destaca-se o rio Tietê, o qual percorre importantes cidades e extensas áreas rurais no Estado de São Paulo, sendo que, neste longo percurso, recebe a contribuição de diversos tributários (poluídos ou não) e efluentes urbanos, industriais e aqueles derivados de fontes não pontuais, além do processo de fragmentação que foi instalado a partir da construção de inúmeras barragens. De forma conjunta, todos os fatores promoveram alterações significativas no sistema e, procurando avaliar a situação atual dos reservatórios, desenvolveu-se uma pesquisa direcionada à análise da composição, densidade e distribuição da comunidade fitoplanctônica e sua relação com as variáveis limnológicas, climatológicas e hidrodinâmicas dos reservatórios da Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava, Três Irmãos, além dos rios Tietê e Piracicaba e parte do rio Paraná (reservatório de Jupiá e a Jusante do reservatório de Ilha Solteira). Para tanto, foram realizadas coletas nos meses de fevereiro, maio, julho e outubro de 2000 e os resultados obtidos demonstram uma elevada concentração de nutrientes, com redução na seqüência dos reservatórios, além da variabilidade temporal, com efeito significativo da precipitação no transporte de materiais, promovendo alterações no estado trófico de cada sistema. A disponibilidade de nutrientes, transparência da água, vazão e tempo de residência, associados aos fatores climatológicos, foram elementos importantes no estabelecimento das populações, influenciando a composição, densidade e distribuição da comunidade fitoplanctônica, a qual apresentou maior dominância das classes Cyanophyceae e Chlorophyceae, com maior contribuição em densidade e riqueza de espécies, respectivamente.

Estudo da intensificação da coalescência de emulsões de água em óleo com a aplicação de onda estacionária de ultrassom.

Considerando que o petróleo quando extraído dos poços em águas profundas chega a ter teor de água superior a 50% e que antes de ser enviado à refinaria deve ter uma quantidade de água inferior a 1%, torna-se necessário o uso de técnicas de redução da quantidade de água. Durante a extração do petróleo formam-se emulsões de água em óleo que são muito estáveis devido a um filme interfacial contendo asfaltenos e/ou resinas ao redor das gotas de água. Nesse trabalho é apresentada a utilização de ondas estacionárias de ultrassom para realizar a quebra dessas emulsões. Quando gotículas de água com dimensões da ordem de 10m, muito menores que o comprimento de onda, são submetidas a um campo acústico estacionário em óleo, a força de radiação acústica empurra as gotículas para os nós de pressão da onda. Uma célula de coalescência com frequência central ao redor de 1 MHz, constituída por quatro camadas sendo uma piezelétrica, uma de acoplamento sólido, uma com o líquido e outra refletora, foi modelada empregando o método da matriz de transferência, que permite calcular a impedância elétrica em função da frequência. Para minimizar o efeito do gradiente de temperatura entre a entrada e a saída da cavidade da célula, quando está em operação, foram utilizados dois transdutores piezelétricos posicionados transversalmente ao fluxo que são excitados e controlados independentemente. Foi implementado um controlador digital para ajustar a frequência e a potência de cada transdutor. O controlador tem como entrada o módulo e a fase da corrente elétrica no transdutor e como saída a amplitude da tensão elétrica e a frequência. Para as células desenvolvidas, o algoritmo de controle segue um determinado pico de ressonância no interior da cavidade da célula no intervalo de frequência de 1,09 a 1,15 MHz. A separação acústica de emulsões de água em óleo foi realizada em uma planta de laboratório de processamento de petróleo no CENPES/PETROBRAS. Foram testados a variação da quantidade de desemulsificante, o teor inicial de água na emulsão e a influência da vazão do sistema, com uma potência de 80 W. O teor final de água na emulsão mostrou que a aplicação de ultrassom aumentou a coalescência de água da emulsão, em todas as condições testadas, quando comparada a um teste sem aplicação de ultrassom. Identificou-se o tempo de residência no interior da célula de separação como um fator importante no processo de coalescência de emulsões de água e óleo. O uso de desemulsificante químico é necessário para realizar a separação, porém, em quantidades elevadas implicaria no uso de processos adicionais antes do repasse final do petróleo à refinaria. Os teores iniciais de água na emulsão de 30 e 50% indicam que o uso da onda estacionária na coalescência de emulsões não tem limitação quanto a esse parâmetro. De acordo com os resultados obtidos em laboratório, essa técnica seria indicada como uma alternativa para integrar um sistema de processamento primário em conjunto com um separador eletrostático.

Desenvolvimento de procedimento analítico para determinação de iodato em sal de mesa utilizando sistema com multicomutação e detecção espectrofotométrica

A iodação do sal de mesa é considerada o caminho mais eficiente para controlar os Distúrbios por Deficiência de Iodo. Em países tropicais, o elemento pode ser adicionado na forma de KIO3. Para garantir que os níveis ideais do ânion estejam disponíveis ao consumidor, o controle de qualidade do sal consiste numa estratégia fundamental. Sistemas em fluxo com multicomutação representam uma alternativa versátil para o desenvolvimento de procedimentos simples, rápidos e limpos, minimizando o consumo de reagentes e a geração de resíduos. Nesse contexto, um procedimento analítico utilizando sistema com multicomutação e detecção espectrofotométrica foi desenvolvido para a determinação de iodato em sal de mesa. A reação empregada foi baseada na formação de um composto roxo (540 nm) entre iodato (IO3-) e p-aminofenol (PAP) em meio ácido. O tempo de residência da zona de amostra no percurso analítico foi explorado a fim de favorecer a reação lenta e a frequência de amostragem para a melhoria do desempenho analítico. Foram selecionados 2 pulsos para inserção de amostra, 3 pulsos para reagente (PAP 0,25% (m/v) em HCl 0,025 mol L-1), 7 ciclos de amostragem, 200 pulsos de carregador (água), bolha de ar de 1 s (40 µL), reator de 70 cm (3 mm d.i.) e parada de fluxo de 480 s. Resposta linear foi observada entre 2,28x10-5 e 3,65x10-4 mol L-1, descrita pela equação A = 0,2443 + 2030 C, r = 0,997. Limite de detecção (99,7% de confiança), coeficiente de variação (n = 20) e frequência de amostragem foram estimados em 8,2x10-6 mol L-1, 0,42% e 70 determinações por hora, respectivamente. Houve consumo de 1,05 mg de PAP e geração de 0,70 mL de resíduos por determinação. As principais espécies concomitantes presentes na amostra não interferiram na determinação de iodato em concentrações até 8 vezes maiores que as usualmente encontradas. Estudos de adição e recuperação de iodato foram realizados pelo procedimento proposto, obtendo porcentagens de recuperação entre 88 e 104%. O procedimento analítico desenvolvido apresenta sensibilidade adequada para a determinação de iodato em amostra de sal de mesa e elevada frequência de amostragem quando comparado com procedimentos descritos na literatura

Gasification and Pyrolysis of Posidonia oceanica in the Presence of Dolomite

Resumen del póster presentado en Symposium on Renewable Energy and Products from Biomass and Waste, CIUDEN (Cubillos de Sil, León, Spain), 12-13 May 2015

Suspended matter on the meridional section in the Laptev Sea in August-September 1991

Suspended matter concentration along a meridian section from the Lena River delta to 78°N (~500 km) at ten stations from the surface to the bottom was studied with weight and optical (light attenuation index) techniques. At seven stations average residence time of suspended matter in surface waters was determined by the disequilibrium 234Th method. Average residence time of suspended matter in other depth intervals was calculated by regression dependence between the 234Th/238U ratio and suspended matter concentration. Differential and integral fluxes of suspended matter in the water column were also calculated. Nepheloid matter dominates in suspended matter composition in surface waters. Calculations indicate that, before being buried on the bottom, solid river run-off is resuspended 2.3 times (aver.). Redistribution of nepheloid suspended matter in the near-bottom layer results in formation of a strongly pronounced depocentre - an area of maximal discharge of solid river run-off within the Laptev Sea.

Measurements of organic complexation of iron during the CARUSO-EISENEX experiment

The speciation of strongly chelated iron during the 22-day course of an iron enrichment experiment in the Atlantic sector of the Southern Ocean deviates strongly from ambient natural waters. Three iron additions (ferrous sulfate solution) were conducted, resulting in elevated dissolved iron concentrations (Nishioka, J., Takeda, S., de Baar, H.J.W., Croot, P.L., Boye, M., Laan, P., Timmermans, K.R., 2005, Changes in the concentration of iron in different size fractions during an iron enrichment experiment in the open Southern Ocean. Marine Chemistry, doi:10.1016/j.marchem.2004.06.040) and significant Fe(II) levels (Croot, P.L., Laan, P., Nishioka, J., Strass, V., Cisewski, B., Boye, M., Timmermans, K.R., Bellerby, R.G., Goldson, L., Nightingale, P., de Baar, H.J.W., 2005, Spatial and Temporal distribution of Fe(II) and H2O2 during EisenEx, an open ocean mescoscale iron enrichment. Marine Chemistry, doi:10.1016/j.marchem.2004.06.041). Repeated vertical profiles for dissolved (filtrate < 0.2 µm) Fe(III)-binding ligands indicated a production of chelators in the upper water column induced by iron fertilizations. Abiotic processes (chemical reactions) and an inductive biologically mediated mechanism were the likely sources of the dissolved ligands which existed either as inorganic amorphous phases and/or as strong organic chelators. Discrete analysis on ultra-filtered samples (< 200 kDa) suggested that the produced ligands would be principally colloidal in size (> 200 kDa-< 0.2 µm), as opposed to the soluble fraction (< 200 kDa) which dominated prior to the iron infusions. Yet these colloidal ligands would exist in a more transient nature than soluble ligands which may have a longer residence time. The production of dissolved Fe-chelators was generally smaller than the overall increase in dissolved iron in the surface infused mixed layer, leaving a fraction (about 13-40%) of dissolved Fe not bound by these dissolved Fe-chelators. It is suggested that this fraction would be inorganic colloids. The unexpected persistence of such high inorganic colloids concentrations above inorganic Fe-solubility limits illustrates the peculiar features of the chemical iron cycling in these waters. Obviously, the artificial about hundred-fold increase of overall Fe levels by addition of dissolved inorganic Fe(II) ions yields a major disruption of the natural physical-chemical abundances and reactivity of Fe in seawater. Hence the ensuing responses of the plankton ecosystem, while in itself significant, are not necessarily representative for a natural enrichment, for example by dry or wet deposition of aeolian dust. Ultimately, the temporal changes of the Fe(III)-binding ligand and iron concentrations were dominated by the mixing events that occurred during EISENEX, with storms leading to more than an order of magnitude dilution of the dissolved ligands and iron concentrations. This had strongest impact on the colloidal size class (> 200 kDa-< 0.2 µm) where a dramatic decrease of both the colloidal ligand and the colloidal iron levels (Nishioka, J., Takeda, S., de Baar, H.J.W., Croot, P.L., Boye, M., Laan, P., Timmermans, K.R., 2005, Changes in the concentration of iron in different size fractions during an iron enrichment experiment in the open Southern Ocean. Marine Chemistry, doi:10.1016/j.marchem.2004.06.040) was observed.