Estrutura ecológica de populações marinhas em Cabo Verde

No meio ambiente marinho, a apreensão e assimilação das escalas de variação espacial e temporal constitui condição indispensável na compreensão da dinâmica e da estrutura de populações. Em sistemas de arquipélagos, estes processos são influenciados por interacções múltiplas entre os factores físicos do meio como a batimetria, a topografia, a morfologia das ilhas, a extensão das plataformas insulares e a distância geográfica, associados à variações hidrodinâmicas de curta e média escala. Esta tese de doutoramento pretende definir e modelar o funcionamento ecológico do arquipélago de Cabo Verde em termos de estrutura e dinâmica de populações demersais. O trabalho considera as escalas de ilha, mês e estação do ano e analisa as principais variáveis que influenciam a variação espacial e temporal da distribuição e abundância das espécies. O objectivo estabelecido foi alcançado graças a uma abordagem metodológica que privilegia a interdisciplinaridade. Procura assim optimizar as vantagens e possibilidades técnicas oferecidas em diversas disciplinas relacionadas, directa ou indirectamente, com a Oceanografia, tais como a Biologia Haliêutica, a Geoestatística, a Ecologia Numérica, a Geometria Morfométrica e a Física. Numa primeira etapa, a partir de capturas comerciais de 18 espécies de peixes demersais, este trabalho põe em evidência a existência de uma estrutura ecológica ligada à distância geográfica e à batimetria, estes como os principais factores de isolamento físico entre as ilhas. Esta estrutura é relativamente menos marcante durante a estação fria, entre Dezembro e Abril, do que durante a estação quente, entre Maio e Novembro. Estes mesmos dados de pesca são em seguida utilizados para ilustrar a existência de uma estratégia de ocupação do espaço independente da densidade das populações demersais, dependendo essencialmente do espaço disponível, que assume assim natureza de factor limitante da dinâmica espacial em sistemas insulares oceânicos. Assim, as populações das ilhas de plataforma mais reduzida tendem em se distribuir no espaço segundo uma dinâmica espacial de densidade proporcional em relação à sua abundância. Contrariamente, aquelas das ilhas de plataformas relativamente largas, revelam uma variação diferencial da densidade, provavelmente relacionada com a heterogeneidade do ambiente local. Numa segunda etapa, esta tese descreve a estrutura fenotípica das populações de uma espécie de peixe demersal – a Garoupa (Cephalopholis taeniops) baseada em variações de forma do corpo. As variações fenotípicas interilhas são manifestamente significativas e mais expressivas do que as variações intra-ilhas. Estas divergências morfológicas estão correlacionadas positivamente com o isolamento físico, corroborando assim a hipótese segundo a qual a fragmentação natural dos habitats no Arquipélago de Cabo Verde pode ser interpretada em termos de estrutura de populações marinhas. Finalmente, um padrão hidrodinâmico é descrito par o arquipélago, pondo em evidência estruturas de circulação turbilhonária assimétrica (ciclónica e anti-ciclónica) e correntes este-oeste e norte-sul, à jusante das ilhas. Estes padrões de circulação são influenciados pelo isolamento físico entre as ilhas segundo uma variação sazonal que coincide com a sazonalidade climática e determinam a conectividade hidrodinâmica entre as ilhas. O estudo destes processos põe em evidência mecanismos de conexão potencialmente importantes nas trocas de matéria entre ilhas e, consequentemente, na manutenção das populações ao nível d’ilha e arquipélago. As ilhas orientais são as mais vulneráveis e representam uma fonte de matéria biológica para as ilhas do norte e para as do sul. Um balanço « larvar » resultante da definição e implementação de um modelo de deriva Lagrangiana de partículas fornece importantes elementos de diagnóstico sobre a situação de certos stocks explorados e levanta um interessante debate sobre a eficiência das estratégias actuais e futuras de gestão e conservação dos recursos marinhos em Cabo Verde.

Estudio básico de artes de arrastre mediante modelos experimentales

Presenta los resultados de estudios realizados con tres tipos de artes de arrastre de fondo (red camaronera de 4 paneles, red demersal de 2 y 6 paneles) mediante modelos de prueba, dependiendo de la exactitud y obediencia de la ley de similitud en redes de pesca. Deduce que la mayor abertura vertical de la boca de red y menor resistencia hidrodinámica se dan cuando la relación Dw / 1 (abertura horizontal de las alas/longitud de la relinga superior) es menor, perteneciendo a la red demersal de 6 paneles.

Modelação da circulação oceânica no Arquipélago de Cabo Verde

O conhecimento dos oceanos é limitado pela disponibilidade de dados disponíveis. Este estudo mostra como modelos numéricos podem aumentar o conhecimento com pouca informação local, e de forma económica. Neste trabalho é efetuado a implementação do modelo numérico MOHID, bidimensional (2D) para simular a propagação da maré e tridimensional (3D) para estudar o escoamento baroclíncio no Arquipélago de Cabo Verde. O modelo 2D é baseado num modelo de escala regional com passo espacial de 6 km (nível 1), com dois modelos encaixados de passo espacial de 3 km (nível 2). Também foi utilizado para impor a maré (nível 0) no modelo 3D (nível 1, com passo de 6 km). O modelo tridimensional tem 50 camadas na vertical e fornece informação sobre a circulação geral. A fronteira lateral aberta foi forçada pelo modelo global de maré FES 2004 e pelos resultados do projecto MyOcean fornecendo condições de temperatura, salinidade e níveis médios diários para o modelo 3D. O forçamento meteorológico foi fornecido pelos resultados do modelo meteorológico GFS (Global Forecasting System). Os resultados dos modelos foram analisados com as informações conhecidas como as principais correntes da região, as imagens de satélite de temperatura da superfície do mar, perfis verticais obtidos pelas bóias argo e os resultados do projeto MyOcean. O modelo reproduz o padrão de circulação conhecido para a região e os resultados apresentam boa concordância com a informação disponível. O modelo mostra que o vento tem influência sobre o escoamento à superfície, mas tem pouca influência sobre os níveis.

Sedimentos marinos superficiales del litoral de Tacna, Perú, 2004

Los sedimentos submarinos colectados a fines de setiembre 2004 a profundidades <50 m, al sur de la desembocadura del río Sama (18°10’S), fueron predominantemente arenosos (>60%). El mayor contenido de la fracción fina, de limo y arcilla (±35%), se ubicó en las zonas más profundas del área en estudio y en los extremos norte (frente a Cerro Cortado) y al sur (Los Palos), que incluyen también zonas de menor profundidad. En la zona central, la pendiente tiene la mayor inclinación de toda la zona estudiada, y el tamaño promedio del grano del sedimento es más grande; estas condiciones constituyen un reflejo de la mayor energía hidrodinámica que existe. En la zona central también se observa la típica disminución del tamaño de grano, según se incrementa la profundidad y la lejanía de la línea de costa. La distribución de materia orgánica mostró tendencia similar a la de fracción fina, con un máximo de 5,02%.

Caracterización de los sedimentos de la Poza La Arenilla-Callao, marzo 2004

La Poza La Arenilla, constituye un cuerpo de agua confinado artificialmente por obras de enrocado. La escasa circulación ha ocasionado la continua acumulación de material de origen natural terrígeno, biogénico y antrópico. Presenta sedimentos de grano fino con texturas de fango, indicando condiciones de muy escasa energía hidrodinámica del fondo. El más alto contenido de materia orgánica (22,80%) correspondió a la zona más profunda (2,40 m) compuesto por detritus de algas, organismos planctónicos, desechos antrópicos (cabellos, bolsas plásticas, papel, etc.) y sedimentos terrígenos. El más bajo contenido de materia orgánica (2,53%) se registró frente al canal Oeste que no se halla constantemente sumergido y presenta abundancia de grava y fango compacto.

Modelado de "El Niño" en la costa del Perú

Se presentan algunos resultados de la investigación del rol de los forzantes regionales en la evolución temporal de la hidrodinámica y de la termodinámica de la capa superior del océano durante la ocurrencia del fenómeno de “ El Niño”.

Sedimentos superficiales y morfología de la plataforma y talud continental superior entre 3°30’S y 15°30’S, Perú

Basados en la compilación de resultados de análisis sedimentológicos (granulometría, contenido orgánico) de 1191 estaciones realizadas por IMARPE, de 1975 a 2001, la compilación de información sobre el tema entre los 3°30’S y los 15°30’S y con el conocimiento de la morfología del fondo marino de esta región, se definen tres grandes áreas: al norte de los 6°15’S, de 6°15’S a 9°30’S y entre 9°30’ y 15°30’S. Entre los 3°30’ y los 6°15’S los contenidos de materia orgánica son mayores a 5% y menores a 10%, el carbono orgánico predomina con valores <1% a 2%. Los sedimentos corresponden a facies de fango y arenas, de origen terrígeno. El ancho de la plataforma es variable aproximadamente de 3 a 30 mn (14 mn promedio), la pendiente del talud superior es bastante pronunciada, presenta caídas bruscas. El relieve es disparejo, con fuertes desmembramientos en el borde exterior de la plataforma y el talud superior debido a que se encuentra surcado por cañones submarinos. En el extremo noroccidental de esta zona, se halla el Banco de Máncora cuyo fondo es rocoso e irregular. Entre los 6°30’S y los 9°30’S los contenidos de materia orgánica se incrementan de 5% a 15%, los contenidos de carbono orgánico son >2% y llegan a 5%, en algunos casos localmente superan este valor casi en tres puntos más. En los sedimentos del sector norte de esta zona predominan facies texturales de arenas y fango de origen terrígeno y también biógenos (foraminíferos), hacia el sur de esta zona predominan sedimentos de origen biogénico y autigénico (principalmente fosforita). El ancho de la plataforma se incrementa hasta alcanzar su máxima magnitud, esta es variable, aproximadamente de 22 a 70 mn. El talud superior tiene un declive moderado. El relieve del fondo marino en el borde exterior de la plataforma y talud superior se hallan surcados por cañones submarinos (7° - 9°S). Frente a Punta Chao aproximadamente a 65 mn se encuentra el Banco de Chimbote cuyo fondo es rocoso e irregular. La granulometría de los sedimentos y sus estadígrafos muestran un cambio definido desde los 10°30’S. Desde los 9°30’ a los 15°45’S los valores de materia orgánica por lo general sobrepasan el 15% y pueden alcanzar hasta 32,12%, los contenidos de carbono orgánico varían de 5% a 11,14%. En esta zona se encuentra presente, principalmente fango limoso y fango arcilloso terrígeno y biógeno (diatoméico). El ancho de la plataforma varía de modo general entre 10 y 50 mn (24 mn promedio aproximadamente). La pendiente del talud superior es suave en casi toda su extensión, el relieve del fondo marino es bastante uniforme, surcado por algunos pequeños cañones submarinos que no afectan la regularidad del relieve. De la interpretación de la data, análisis de parámetros estadísticos generados y condiciones de los sedimentos, se encontró coincidencia en la zona de la plataforma y talud superior de más de uno de los factores medio ambiente deposicional que permiten la preservación del contenido de materia orgánica tales como: Tipo y condiciones geoquímicas del sedimento y fondo marino, morfología del fondo marino, hidrodinámica, fuente de suministro, tasa de sedimentación, bioturbación.

Langevin approach to generate synthetic turbulent flows

We present an analytical scheme, easily implemented numerically, to generate synthetic Gaussian turbulent flows by using a linear Langevin equation, where the noise term acts as a stochastic stirring force. The characteristic parameters of the velocity field are well introduced, in particular the kinematic viscosity and the spectrum of energy. As an application, the diffusion of a passive scalar is studied for two different energy spectra. Numerical results are compared favorably with analytical calculations.

Front dynamics in turbulent media

A study of a stable front propagating in a turbulent medium is presented. The front is generated through a reaction-diffusion equation, and the turbulent medium is statistically modeled using a Langevin equation. Numerical simulations indicate the presence of two different dynamical regimes. These regimes appear when the turbulent flow either wrinkles a still rather sharp propagating interfase or broadens it. Specific dependences of the propagating velocities on stirring intensities appropriate to each case are found and fitted when possible according to theoretically predicted laws. Different turbulent spectra are considered.

Coarsening of solid-liquid mixtures in a random acceleration field

The effects of flow induced by a random acceleration field (g-jitter) are considered in two related situations that are of interest for microgravity fluid experiments: the random motion of isolated buoyant particles, and diffusion driven coarsening of a solid-liquid mixture. We start by analyzing in detail actual accelerometer data gathered during a recent microgravity mission, and obtain the values of the parameters defining a previously introduced stochastic model of this acceleration field. The diffusive motion of a single solid particle suspended in an incompressible fluid that is subjected to such random accelerations is considered, and mean squared velocities and effective diffusion coefficients are explicitly given. We next study the flow induced by an ensemble of such particles, and show the existence of a hydrodynamically induced attraction between pairs of particles at distances large compared with their radii, and repulsion at short distances. Finally, a mean field analysis is used to estimate the effect of g-jitter on diffusion controlled coarsening of a solid-liquid mixture. Corrections to classical coarsening rates due to the induced fluid motion are calculated, and estimates are given for coarsening of Sn-rich particles in a Sn-Pb eutectic fluid, an experiment to be conducted in microgravity in the near future.

Diffusion of passive scalars under stochastic convection

The diffusion of passive scalars convected by turbulent flows is addressed here. A practical procedure to obtain stochastic velocity fields with well¿defined energy spectrum functions is also presented. Analytical results are derived, based on the use of stochastic differential equations, where the basic hypothesis involved refers to a rapidly decaying turbulence. These predictions are favorable compared with direct computer simulations of stochastic differential equations containing multiplicative space¿time correlated noise.

Langevin approach to generate synthetic turbulent flows

We present an analytical scheme, easily implemented numerically, to generate synthetic Gaussian turbulent flows by using a linear Langevin equation, where the noise term acts as a stochastic stirring force. The characteristic parameters of the velocity field are well introduced, in particular the kinematic viscosity and the spectrum of energy. As an application, the diffusion of a passive scalar is studied for two different energy spectra. Numerical results are compared favorably with analytical calculations.

Front dynamics in turbulent media

A study of a stable front propagating in a turbulent medium is presented. The front is generated through a reaction-diffusion equation, and the turbulent medium is statistically modeled using a Langevin equation. Numerical simulations indicate the presence of two different dynamical regimes. These regimes appear when the turbulent flow either wrinkles a still rather sharp propagating interfase or broadens it. Specific dependences of the propagating velocities on stirring intensities appropriate to each case are found and fitted when possible according to theoretically predicted laws. Different turbulent spectra are considered.

Diffusion of passive scalars under stochastic convection

The diffusion of passive scalars convected by turbulent flows is addressed here. A practical procedure to obtain stochastic velocity fields with well¿defined energy spectrum functions is also presented. Analytical results are derived, based on the use of stochastic differential equations, where the basic hypothesis involved refers to a rapidly decaying turbulence. These predictions are favorable compared with direct computer simulations of stochastic differential equations containing multiplicative space¿time correlated noise.

Theory of Wetting-Induced Fluid Entrainment by Advancing Contact Lines on Dry Surfaces

We report on the onset of fluid entrainment when a contact line is forced to advance over a dry solid of arbitrary wettability. We show that entrainment occurs at a critical advancing speed beyond which the balance between capillary, viscous, and contact-line forces sustaining the shape of the interface is no longer satisfied. Wetting couples to the hydrodynamics by setting both the morphology of the interface at small scales and the viscous friction of the front. We find that the critical deformation that the interface can sustain is controlled by the friction at the contact line and the viscosity contrast between the displacing and displaced fluids, leading to a rich variety of wetting-entrainment regimes. We discuss the potential use of our theory to measure contact-line forces using atomic force microscopy and to study entrainment under microfluidic conditions exploiting colloid-polymer fluids of ultralow surface tension.