Upland hill farming for water, wildlife and food

The economic, environmental and social benefits of more sensitive land use practices that protect or restore the natural functions of river catchments have been widely discussed. Changing land use has implications for a wide range of other biological communities. Some studies have already been undertaken on the benefits of sensitive farming at the catchment scale in England and Wales. However, there is a gap in these studies at the local scale, and particularly for upland farms from which headwaters arise. This article documents a case study relating to a successful partnership in Cumbria, UK, set within the wider context of catchment management. Whilst the case study is not highly detailed, and some costs have been described in outline only to protect confidentiality and commercial sensitivity, it provides some generic lessons and may therefore be useful in informing more sustainable policy-making. High Hullockhowe Farm near Haweswater, which was used a the case study highlighting changes in farm practise, costs and benefits, water resources and biodiversity. The authors relate the case study to wider policy implications.

Falling through the cracks: are European directives and international conventions the panacea for freshwater nature conservation?

There are many ways of practising freshwater nature conservation: from strict legislative protection of individual species considered rare or threatened to protecting whole lakes or long stretches of rivers; from practical conservation management at a local scale to integrated catchment management at the river basin scale; and from the encouragement of better habitat management through codes of good practice to statutory control of pollution or abstraction. Whatever the mechanism, an essential pre-requisite is a way of choosing where to put the effort, especially when resources for nature conservation are severely limited. The aim of this article is to review the contribution from four specific international measures to the task of assigning priorities for conservation. The 1990s saw the introduction of two European directives (the Habitats Directive (HD) and the Water Framework Directive (WFD)) and one international convention (the Biodiversity Convention (CBD)) each with the potential for influencing, to a greater or lesser extent, the conservation of freshwater habitats and species. This article also discusses a much older convention – the Ramsar Convention – adopted in 1971 specifically to help tackle the conservation and management of wetlands and aquatic ecosystems. Although the authors have focused mainly on the UK, the subject is relevant to other parts of Europe and beyond. The article explores the degree to which these measures help in identifying the most important fresh waters for conservation, and asks whether or not they present the right conservation message to a wide audience.

Levantamento e estudo das ocorrências de grafita do Distrito Grafitífero Aracoiába-Baturité, CE

O Distrito Grafitífero Aracoiába-Baturité apresenta depósitos do tipo gnaisse grafitoso (minério disseminado) e veio (minério maciço) com diferentes origens genéticas e com características físicas e ambientes geológicos de formação próprios. O minério tipo gnaisse grafitoso é de origem sedimentar, singenético, com teores de 1,5 a 8% de C, que se distribuem ao longo de duas extensas faixas paralelas, hospedadas na Subunidade Baturité, que constitui um importante metalotecto regional. A associação de grafita metamórfica disseminada em metassedimentos da Sequência Acarápe constitui um geoindicador de antiga bacia sedimentar neoproterozóica e, também, pode ser considerado como zona de geosutura resultante do subsequente fechamento de um oceano primitivo. As rochas desta subunidade correspondem na paleogeografia da Sequência Acarápe aos fácies de sopé de talude e de planície abissal. O minério tipo veio (fluido depositado) é epigenético e, com teores entre 20% e 70% de C, forma corpos tabulares e bolsões, controlados em escala local por estruturas de alívio (falhas, fraturas, zonas de contato, eixos de dobras etc.) que permitiram a percolação de soluções penumatolíticas relacionadas ao corpo plutônico de Pedra Aguda. As variações dos valores das relações entre isótopos estáveis de carbono (δ13C) na grafita do minério disseminado são de -26,72 a -23,52 e do minério maciço de -27,03 a -20,83, revelando sinal de atividades biológicas (bioassinaturas) e permitem afirmar que a grafita das amostras acima são derivadas de matéria orgânica. Foram apresentados os principais guias de prospecção para grafita e testados os seguintes métodos geofísicos: Eletro-Resistividade; GPR - Ground Penetrating Radar; Magnetometria; VLF (Very Low Frequency); e Polarização Induzida Espectral (IPS) / Resistividade (ER). A conjugação dos métodos de Polarização Induzida Espectral (IPS) e Eletro Resistividade (ER) foi o que demonstrou a melhor eficiência. Com relação à determinação do teor de carbono por termogravimetria (ATG), que é o método mais utilizado para este elemento. Verificou-se, que as faixas de queima atribuídas ao carbono no minério do Distrito de Aracoiába-Baturité (340 a 570C e de 570 a 1050C) eram diferentes das faixas do minério de Minas Gerais (350C a 650C e 650C a 1.050C). Esta constatação indica a necessidade de se determinar previamente as faixas de temperatura para cada região pesquisada.

New measurements on the absolute cosmic ray ionization from sea level to 1540 kilometers altitude

An air filled ionization chamber has been constructed with a volume of 552 liters and a wall consisting of 12.7 mg/cm² of plastic wrapped over a rigid, lightweight aluminum frame. A calibration in absolute units, independent of previous Caltech ion chamber calibrations, was applied to a sealed Neher electrometer for use in this chamber. The new chamber was flown along with an older, argon filled, balloon type chamber in a C-135 aircraft from 1,000 to 40,000 feet altitude, and other measurements of sea level cosmic ray ionization were made, resulting in the value of 2.60 ± .03 ion pairs/cm³ sec atm) at sea level. The calibrations of the two instruments were found to agree within 1 percent, and the airplane data were consistent with previous balloon measurements in the upper atmosphere. Ionization due to radon gas in the atmosphere was investigated. Absolute ionization data in the lower atmosphere have been compared with results of other observers, and discrepancies have been discussed.

Data from a polar orbiting ion chamber on the OGO-II, IV spacecraft have been analyzed. The problem of radioactivity produced on the spacecraft during passes through high fluxes of trapped protons has been investigated, and some corrections determined. Quiet time ionization averages over the polar regions have been plotted as function of altitude, and an analytical fit is made to the data that gives a value of 10.4 ± 2.3 percent for the fractional part of the ionization at the top of the atmosphere due to splash albedo particles, although this result is shown to depend on an assumed angular distribution for the albedo particles. Comparisons with other albedo measurements are made. The data are shown to be consistent with balloon and interplanetary ionization measurements. The position of the cosmic ray knee is found to exhibit an altitude dependence, a North-South effect, and a small local time variation.

A model of the pelagic ecossystem in the eastern tropical Pacific Ocean

English: Recent calls for a more holistic approach to fisheries management have motivated development of trophic mass-balance models of ecosystems that underlie fisheries production. We developed a model hypothesis of the pelagic ecosystem in the eastern tropical Pacific Ocean (ETP) to gain insight into the relationships among the various species in the system and to explore the ecological implications of alternative methods of harvesting tunas. We represented the biomasses of and fluxes between the principal elements in the ecosystem with Ecopath, and examined the ecosystem's dynamic, time-series behavior with Ecosim. We parameterized the model for 38 species or groups of species, and described the sources, justifications, assumptions, and revisions of our estimates of the various parameters, diet relations, fisheries landings, and fisheries discards in the model. We conducted sensitivity analyses with an intermediate version of the model, for both the Ecopath mass-balance and the dynamic trajectories predicted by Ecosim. The analysis showed that changes in the basic parameters for two components at middle trophic levels, Cephalopods and Auxis spp., exert the greatest influence on the system. When the Cephalopod Q/B and Auxis spp. P/B were altered from their initial values and the model was rebalanced, the trends of the biomass trajectories predicted by Ecosim were not sensitive, but the scaling was sensitive for several components. We described the review process the model was subjected to, which included reviews by the IATTC Purse-seine Bycatch Working Group and by a working group supported by the National Center for Ecological Analysis and Synthesis. We fitted the model to historical time series of catches per unit of effort and mortality rates for yellowfin and bigeye tunas in simulations that incorporated historical fishing effort and a climate driver to represent the effect of El Niño-Southern Oscillation-scale variation on the system. The model was designed to evaluate the possible ecological implications of fishing for tunas in various ways. We recognize that a model cannot possibly represent all the complexity of a pelagic ocean ecosystem, but we believe that the ETP model provides insight into the structure and function of the pelagic ETP. Spanish: Llamamientos recientes hacia un enfoque más holístico al ordenamiento de la pesca han motivado el desarrollo de modelos tróficos de balance de masas de los ecosistemas que sostienen la producción pesquera. Desarrollamos una hipótesis modelo del ecosistema pelágico en el Océano Pacífico oriental tropical (POT) con miras a mejorar los conocimientos de las relaciones entre las distintas especies en el sistema y explorar las implicaciones ecológicas de métodos alternativos de capturar atunes. Con Ecopath representamos las biomasas de los elementos principales en el ecosistema, y los flujos entre los mismos, y con Ecosim examinamos el comportamiento dinámico del ecosistema con el tiempo. Parametrizamos el modelo para 38 especies o grupos de especies (denominados “componentes” del modelo), y describimos las fuentes, justificaciones, supuestos, y revisiones de nuestras estimaciones de los distintos parámetros, relaciones basadas en dieta, capturas retenidas de las pesquerías, y descartes de las mismas en el modelo. Realizamos análisis de sensibilidad con una versión intermedia del modelo, para el balance de masas de Ecopath y las trayectorias dinámicas predichas por Ecosim también. El análisis demostró que cambios en los parámetros básicos para dos componentes en niveles tróficos medianos, Cefalópodos y Auxis spp., ejercieron la mayor influencia sobre el sistema. Cuando se alteraron el Q/B de los Cefalópodos y el P/B de los Auxis spp. de sus valores iniciales y se balanceó el modelo de nuevo, las tendencias de las trayectorias de la biomasa predichas por Ecosim no fueron sensibles, pero la escala fue sensible para varios componentes. Describimos el proceso de revisión al que fue sujeto el modelo, inclusive revisiones por el Grupo de Trabajo sobre Captura Incidental de la CIAT y un grupo de trabajo apoyado por el Centro Nacional para Síntesis y Análisis Ecológicos. Ajustamos el modelo a series de tiempo históricas de capturas por unidad de esfuerzo y tasas de mortalidad de atunes aleta amarilla y patudo en simulaciones que incorporaron esfuerzo de pesca histórico e impulsos climáticos para representar el efecto de variaciones a escala de El Niño-Oscilación del Sur sobre el sistema. El modelo fue diseñado para evaluar las posibles implicaciones ecológicas de la pesca atunera de varias formas. Reconocemos la imposibilidad de que el modelo represente toda la complejidad de un ecosistema oceánico pelágico, pero creemos que el modelo del POT mejora los conocimientos de la estructura y función del POT pelágico.

Petrogênese das rochas máficas alcalinas do litoral entre São Sebastião (SP) e Parati (RJ)

Lamprófiros e diabásios alcalinos afloram no litoral dos estados de São Paulo e Rio de Janeiro e integram o Enxame de Diques da Serra do Mar (EDSM). Essas rochas ocorrem sob a forma de diques e intrudem o Orógeno Ribeira, de idade Neoproterozóica/Cambro-Ordoviciana, inserindo-se no contexto geodinâmico de abertura do Oceano Atlântico Sul durante o Cretáceo Superior. Essas intrusões são subverticais e orientam-se preferencialmente a NE-SW, seguindo a estruturação das rochas encaixantes. Os lamprófiros são classificados como monchiquitos e camptonitos e exibem, respectivamente, textura hipocristalina e holocristalina. Apresentam também textura panidiomórfica, fenocristais de clinopiroxênio e olivina, imersos em matriz formada essencialmente por esses mesmos minerais, além de biotita, kaersutita e minerais opacos. O camptonito apresenta ainda plagioclásio na matriz. Os diabásios alcalinos são hipocristalinos a holocristalinos, equigranulares a inequigranulares, com fenocristais de olivina e/ou clinopiroxênio e/ou plagioclásio, em uma matriz composta essencialmente por esses minerais. As rochas estudadas caracterizam séries alcalinas miaskíticas, com os lamprófiros sendo tanto sódicos, potássicos e ultrapotássicos e os diabásios alcalinos como predominantemente sódicos. Modelagens petrogenéticas envolvendo possíveis processos evolutivos mostram que é improvável que os lamprófiros sejam cogenéticos por processos evolutivos envolvendo tanto cristalização fracionada, com ou sem assimilação concomitante, quanto hibridização. O mesmo ocorre para os diabásios alcalinos. A discriminação de fontes mantélicas foi feita com base nos teores de elementos traços de amostras representativas de líquidos parentais e indica que esse magmatismo alcalino está relacionado a fontes lherzolíticas com fusão parcial na zona de estabilidade do espinélio, isto é, a poucas profundidades. Os dados litogeoquímicos e isotópicos do sistema Sr-Nd das rochas estudadas sugerem tanto o envolvimento de fontes férteis, associadas ao manto sublitosférico, quanto de fontes enriquecidas, relacionadas ao manto litosférico subcontinental. Modelagens de mistura binária revelam que a petrogênese dos lamprófiros e diabásios alcalinos envolveu uma grande participação de um componente fértil misturado com contribuições menores de um componente enriquecido. Idades TDM (760-557 Ma) obtidas sugerem remobilização do manto litosférico no Neoproterozóico, talvez relacionadas à subducção da Placa São Francisco preteritamente à colisão do Orógeno Ribeira. Altas razões CaO/Al2O3 para os líquidos lamprofíricos menos evoluídos, altos teores de Zr, correlações negativas Zr/Hf e Ti/Eu e associação com carbonatitos indicam condições metassomáticas de alto CO2/H2O. Em escala local, modelos geodinâmicos baseados na astenosfera não isotérmica parecem mais aplicáveis. No entanto, modelos geodinâmicos baseados na astenosfera isotérmica (com o envolvimento de plumas) parecem mais indicados num contexto regional, considerando-se outras províncias alcalinas contemporâneas e correlatas.

A importância da caraterização geoambiental para elaboração de planejamento territorial ambiental: o exemplo do primeiro distrito do município de Rio Bonito (RJ)

O crescimento populacional acelerado e a imposição do mercado regional e global no município de Rio Bonito (RJ) proporcionaram alterações no seu espaço territorial. As observações cotidianas e a análise dos mapas e imagens de satélites do município trouxeram questionamentos sobre a organização territorial em face de novos empreendimentos e a situação ambiental. Com essas demandas diferenciadas surge a necessidade de estudos integrados para se caracterizar em escala local as problemáticas com o uso e cobertura da terra e tentar oferecer possibilidades de reorganização numa visão holística de todo o processo, que é dinâmico. A caracterização com uma perspectiva sistêmica, nesse estudo, recebe o nome de Geoambiental. O município de Rio Bonito está localizado no Estado do Rio de Janeiro e possui uma área total de 456,45 km2. É dividido em três distritos: Sede, Boa Esperança e Basílio. O trabalho em questão busca um entendimento sobre as condições ambientais das unidades de paisagem no Primeiro Distrito, a fim de subsidiar alternativas de um desenvolvimento sustentável. A pesquisa teve como objetivo principal demonstrar a importância da Caracterização Geoambiental para realização de planejamento territorial em consonância com a preservação ambiental. Além disso, buscou-se realizar análise do uso e cobertura da terra, identificar vulnerabilidades e estabilidades das Unidades Geoambientais e identificar alternativas viáveis para as questões socioambientais e que tenham como base a compreensão da dinâmica local, as relações sociais e passivos ambientais. A metodologia utilizada consistiu na determinação das Unidades Geoambientais com base na revisão bibliográfica, observação de campo, análise de imagens de satélite, dos mapas geomorfológicos, de drenagem e altimétricos. As informações obtidas foram analisadas para geração de banco de dados digitais no Sistema de Informações Geográficas (SIG), associadas com informações socioeconômicas. A disponibilidade do banco de dados possibilitou a geração de camadas temáticas pela aplicação de rotinas computacionais específicas, permitindo a sua atualização constante. As informações referentes à geologia, geomorfologia, hidrografia, clima, solo, vegetação, recursos minerais foram selecionadas e sistematizadas para a análise das Unidades Geoambientais. A análise do uso e cobertura do solo do Primeiro Distrito revelou que em 2011 as pastagens ocupavam 14.610 ha (67,89%), seguido da floresta com 4.039 ha (18,76%), vegetação secundária e pastagem com 1.848 ha (8,58%) e ocupação urbana de média e baixa densidade, somadas, com 999 ha (4,63%). A caracterização do uso e cobertura do solo é indispensável para compreensão da organização espacial e planejamento de uma gestão ambiental, considerando que a implantação do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro (COMPERJ) demandará aumento de população e conseqüente sobrecarga na infraestrutura básica municipal. A análise do uso e cobertura demonstrou que os principais problemas das Unidades Geoambientais são decorrentes do uso inadequado da terra em relação as suas potencialidades. O estudo demonstrou, portanto que, a realização de estudos integrados do espaço geográfico pode ser efetuada, sendo necessário lembrar a relevância de se compreender a dinâmica do ambiente para a realização de projetos municipais com vistas a um planejamento territorial sustentável.

Projeto de emancipação do Alcântara e política integracionista de São Gonçalo: conflitos discursivos, razões do fracasso e atualidade da questão

O processo de tentativa de emancipação do Alcântara, transcorrido em finais de 1995 sem que o município fosse criado, é um dos casos de fracasso em pleno período denominado Febre Emancipatória, em que diversos municípios foram criados. Para compreender o insucesso deste caso analisaremos, por meio da Geopolítica Crítica e da análise dos discursos, os diferentes grupos representados, bem como sua argumentação para a divisão ou a manutenção do território. A identificação dos grupos representados, bem como dos argumentos mobilizados por estes grupos, nos permitiram inferir, em comparação com aqueles que tiveram êxito na emancipação, as razões do exemplo em estudo não ser exitoso. Adicionalmente foram discutidas a regulamentação da escala local no Brasil, bem como a dinâmica social recente do município de São Gonçalo, para apontar as possibilidades de um novo movimento em prol da emancipação, apontando-se a potencialidade de um novo movimento emancipatório, seja pela construção de um aparato jurídico que regulamente a restrição imposta a criação de novos municípios, seja pelas disparidades entre as áreas que foram alvo deste movimento.

A Positive trajectory for corals at Little Cayman Island

Coral reefs are damaged by natural disturbances and local and global anthropogenic stresses. As stresses intensify, so do debates about whether reefs will recover after significant damage. True headway in this debate requires documented temporal trajectories for coral assemblages subjected to various combinations of stresses; therefore, we report relevant changes in coral assemblages at Little Cayman Island. Between 1999 and 2012, spatiotemporal patterns in cover, densities of juveniles and size structure of assemblages were documented inside and outside marine protected areas using transects, quadrats and measurements of maximum diameters. Over five years, bleaching and disease caused live cover to decrease from 26% to 14%, with full recovery seven years later. Juvenile densities varied, reaching a maximum in 2010. Both patterns were consistent within and outside protected areas. In addition, dominant coral species persisted within and outside protected areas although their size frequency distributions varied temporally and spatially. The health of the coral assemblage and the similarity of responses across levels of protection suggested that negligible anthropogenic disturbance at the local scale was a key factor underlying the observed resilience.

Vibration of a high-altitude tethered balloon with application to climate engineering

A balloon tethered at an altitude of 20 km could deliver a particulate cloud leading to global cooling. Tethering a balloon at this altitude poses significant problems with respect to vibration and stability, especially in regions of high wind. No-one has ever proposed, yet alone launched, a balloon at an altitude of 20 km tethered to the ground. Owing to wind, the tether needs to be 23 km in length and is to be fixed to a ship at sea or on land in equatorial regions. Whilst the balloon at 20 km is subject to relatively modest wind conditions, at jet stream altitudes (10km) the tether will experience much higher wind loadings, not only because of the high wind speeds of up to 300 km / hr but also because of the high air density. A tether of circular cross section in these high winds will be subject to horizontal and downward drag forces that would bring the aerostat down. For this reason it is advantageous to consider a self-aligning tether of an aerodynamic cross section whereby it is possible to reduce the drag substantially. One disadvantage of a non-circular tether is the possibility of flutter and galloping instabilities. It is reasonably straightforward to model these phenomena for short lengths of aerofoil, but the situation becomes more complex for a 20 km tensioned tether with large deflection and curvature, variable wind speed, variable air density and variable tension. Analysis using models of infinite length are used to establish the stability at a local scale where the tension, aerodynamic and geometric properties are considered constant. Dispersion curve analysis is useful here. But for dynamics on a long-wavelength scale (several km) then a full non-linear analysis is required. This non-linear model can be used to establish the local values of tension appropriate for the dispersion analysis. This keynote presentation will give some insight into these issues.

Non-relativistic conformal symmetries in fluid mechanics

The symmetries of a free incompressible fluid span the Galilei group, augmented with independent dilations of space and time. When the fluid is compressible, the symmetry is enlarged to the expanded Schrodinger group, which also involves, in addition, Schrodinger expansions. While incompressible fluid dynamics can be derived as an appropriate non-relativistic limit of a conformally invariant relativistic theory, the recently discussed conformal Galilei group, obtained by contraction from the relativistic conformal group, is not a symmetry. This is explained by the subtleties of the non-relativistic limit.

Model-based detection of spiculated lesions in mammograms

R. Zwiggelaar, T.C. Parr, J.E. Schumm. I.W. Hutt, S.M. Astley, C.J. Taylor and C.R.M. Boggis, 'Model-based detection of spiculated lesions in mammograms', Medical Image Analysis 3 (1), 39-62 (1999)

Macro-segregation of multi-component alloys in shape casting simulation

The objective of this work is to present a new scheme for temperature-solute coupling in a solidification model, where the temperature and concentration fields simultaneously satisfy the macro-scale transport equations and, in the mushy region, meet the constraints imposed by the thermodynamics and the local scale processes. A step-by-step explanation of the macrosegregation algorithm, implemented in the finite volume unstructured mesh multi-physics modelling code PHYSICA, is initially presented and then the proposed scheme is validated against experimental results obtained by Krane for binary and a ternary alloys.

Biodiversity of North Atlantic and North Sea calanoid copepods

Spatial patterns in pelagic biodiversity are the result of factors acting from a global to a local scale. The global patterns have been studied intensively using taxa such as foraminifera and euphausiids. However, these studies do not allow direct comparisons of neritic and oceanic regions or examination of relationships between local and regional patterns of pelagic diversity. Here we present a map of the diversity of calanoid copepods, a key planktonic group, summarising 40 yr of continuous monthly investigations in the North Atlantic and North Sea. The high number of samples (168 162) allowed mesoscale patterns in diversity to be detected for the first time at an ocean-basin level. Our results demonstrate pronounced local spatial variability in planktonic diversity and refine previous global studies at a lower resolution. They form a baseline at which long-term changes in planktonic diversity can be better assessed and ecosystem management plans implemented.

Data rescue and re-use: Recycling old information to address new policy concerns

Information on past trends is essential to inform future predictions and underpin attribution needed to drive policy responses. It has long been recognised that sustained observations are essential for disentangling climate-driven change from other regional and local-scale anthropogenic impacts and environmental fluctuations or cycles in natural systems. This paper highlights how data rescue and re-use have contributed to the debate on climate change responses of marine biodiversity and ecosystems. It also illustrates via two case studies the re-use of old data to address new policy concerns. The case studies focus on (1) plankton, fish and benthos from the Western English Channel and (2) broad-scale and long-term studies of intertidal species around the British Isles. Case study 1 using the Marine Biological Association of the UK's English Channel data has shown the influence of climatic fluctuations on phenology (migration and breeding patterns) and has also helped to disentangle responses to fishing pressure from those driven by climate, and provided insights into ecosystem-level change in the English Channel. Case study 2 has shown recent range extensions, increases of abundance and changes in phenology (breeding patterns) of southern, warm-water intertidal species in relation to recent rapid climate change and fluctuations in northern and southern barnacle species, enabling modelling and prediction of future states. The case is made for continuing targeted sustained observations and their importance for marine management and policy development.