Influencia de los procesos físicos y geoquímicos sobre la distribución vertical del manganeso

en el Golfo de California

F Delgadillo HinojosaJA Segovia ZavalaMA Huerta DíazH Atilano Silva

Instituto de Investigaciones Oceanológicas - UABC

Importancia de estudiar el Mn en el ambiente marino

En cantidades muy pequeñas el Mn es un micronutriente esencial para las plantas marinas. El fitoplancton usa el Mn como cofactor en el proceso de fotosíntesis.

0.5 - 3 nM 0.08 – 0.5 nM

Al pH y O2 del agua de mar natural tiende a precipitar y la fase sólida remueve otros metales de la columna de agua.

10mo elemento mas abundante en la corteza terrestre y trazador de:1) Aportes fluviales y continentales2) Aportes hidrotermales3) Aportes bentónicos

Distribución vertical del Mn en el Pacífico Nororiental

Aportes eólicos

Respiración de la materia orgánica

en la ZMO

Johnson et al. GCA (1996)

O2

3) Transporte eólico de partículas terrígenas

Características climáticas del GC1) Zona continental árida,

rodeada por desiertos2) No hay ríos caudolosos

4) Transporte eólico temporal y espacialmente muy

heterogéneo!!

CIRCULACION TERMOHALINA DEL GC

-4000

-3000

-2000

-1000-1000

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

Pro

fun

did

ad (

m)

AIP

APP

ASsSt

AGC ASE

Gaxiola-Castro y Álvarez-Borrego, Ciencias Marinas (1978)

La zona del mínimo de oxígeno en el interior del GC

< 20 mM

• Surgencias costeras

• Mezcla por marea en la RGI

• Circ. Termohalina

Característica biológica relevante del GC:

- Alta producción primaria (1 - 4 g C m-

2 d-1)

Objetivo del trabajo:

Estudiar la distribución vertical del manganeso disuelto y particulado en las aguas del Golfo de California, con especial énfasis en identificar los procesos que modulan la presencia del máximo superficial y del máximo subsuperficial asociado a la zona del mínimo de oxígeno en el interior de este mar marginal mexicano.

Diseño experimental:1) Septiembre 96

a) Un transecto con 13 estaciones hidrográficas a largo del eje central del GC

b) Perfiles verticales T, S, OD con un CTD Seabird, desde la superficie hasta 1000 m de profundidad

2) Marzo 97 2 cruceros oceanográficos a bordo del Fco. de Ulloa

Colecta de muestras de agua p/análisis de manganeso

1) Botellas Go-Flo de 5 L y las “técnicas de ultralimpieza”

2) Muestreo en el interior de un cuarto “limpio”

3) Análisis de las fases disuelta y particulada (0.45 mm)

Aportes eólicos de Mn al GC

Bahía Kino

a) Serie de tiempo de recolecta mensual de partículas para estimar el flujo atmosférico de Mn en la región central del GC

Análisis de manganeso disuelto

- Pre-concentración con resina Chelex-100.

- Cuantificación por Espectrofotometría de Absorción Atómica con horno de grafito (Varian-Spectra 880Z).

- Estándar certificado de agua mar costera (CASS-4).

Control de calidad Análisis de Mn disuelto

Verano

AGC

AStSs

AIP

invierno

AGC

AStSs

AIP

Masas de agua, circulación y mezcla vertical en el GC

Variación estacional del límite superior de la ZMO en el GC

Verano

Invierno

st = 26.3

Distribución vertical del Mn en el GC(VERANO)

ZMO

OM

Z

Mnd (nM)

0 2 4 6

Mnd (nM)0 2 4 6

Mnd (nM)

0 2 4 6

Mnd (nM)

0 2 4 6

-1000

-800

-600

-400

-200

0

San Pedro Martir Basin

Guaymas Basin

San Esteban Sill

8 10 14 17 19

Mnd (nM)

0 2 4 6

Z (

m)

-600

-400

-200

0

b

Distribución vertical del Mn en el GC (INVIERNO)

ZMO

Distribución vertical del Mn disuelto en el GC vs Pacífico nororiental

VERTEX IIVerano

0 2 4 6 8 100

100

200

300

400

500

600

700

Mn (nM)

Z (m

)

Invierno

0 2 4 6 8 100

100

200

300

400

500

600

700

Mn (nM)

Z (m

)Aportes

bentónicos en la RGI

Landing & Bruland, GCA (1987)

[Mn] en partículas atmosféricas

¿Los flujos eólicos explican el máximo superficial de Mn?

Flujo de partículas y Mn al GC

FMn

¿Los flujos eólicos explican el máximo superficial de Mn?

~33% de la [Mnd] integrada en los primeros 50 m

El flujo eólico de Mn explica parcialmente el máximo superficial de Mn disuelto en el GC!

FMnd

=

Solubilidad del Mn de las partículas de polvo ~ 44% FMn

DMnd 50m= 0.93 nM

6 meses:

E8 E10 E19

Fotoreducción de los óxidos de Mn podría explicar la producción de Mn(II)!

¿Qué procesos modulan el máximo subsuperficial en la ZMO?

b) Aporte de Mnd desde los sedimentos a la columna de agua

d) Reducción de los óxidos de Mn en la degradación de la MO bajo condiciones subóxicas de la columna de agua

c) Liberación de Mn durante la degradación óxica de la MO

a) Advección de AStSs -rica en Mnd- desde el Pacifico hacia el GC

OM

Z

Mnd (nM)

0 2 4 6

Mnd (nM)0 2 4 6

Mnd (nM)

0 2 4 6

Mnd (nM)

0 2 4 6

-1000

-800

-600

-400

-200

0

San Pedro Martir Basin

Guaymas Basin

San Esteban Sill

8 10 14 17 19

Mnd (nM)

0 2 4 6

Z (

m)

-600

-400

-200

0

b

a) Advección de AStSs rica en Mn en el GC

ZMO

Verano

Invierno

b) Aportes bentónicos de Mn a la columna de agua de la RGI

en los sedimentos:

Verano

Invierno

c) Liberación de Mn durante la degradación óxica de la MO

st = 26.9

st = 26.9

UAO = 285.3 ± 1.5 mM

UAO = 285.7 ± 0.4 mM

d) Reducción de los óxidos de Mn en la degradación de la MO bajo condiciones subóxicas de la columna de agua

Y = 0.91 + 0.115 * x ; r = 0.55 n = 18 ( summer)

Y = -4.62 + 0.31 * x ; r = 0.92 n = 8 ( winter)

N (mol L-1)

5 10 15 20 25 30

Mn

d (

nM

)

0

2

4

6

8

en la ZMO:

Distribución vertical del Mn y los niveles de OD en el GC

Flujo bentónicoSuboxia

Flujo eólico

Remoción (scavenging)

El máximo superficial de Mn disuelto se explica por los aportes atmosféricos de Mn en los aerosoles al Golfo de California (0.14 a 0.83 mol m2 d-1) y probablemente se incremente debido a un proceso de fotoreducción de los óxidos de Mn en las aguas superficiales.

El tiempo de residencia del Mn en la capa superficial del Golfo de California se calculó de 3.0 ± 2.3 años indicando que el Mn en el Golfo de California se comporta como un elemento sumamente reactivo y se remueve de la columna de agua relativamente rápido.

El máximo superficial característico de las regiones con condiciones subóxicas, se detectó sólo en la boca del golfo en ambos campañas, indicando que los procesos de advección de agua subsuperficial rica en Mn proveniente del Pacífico Nororiental afectan la distribución del Mn en el Golfo de California.

Conclusiones:

Las aguas profundas de la región de las islas presentaron un marcado enriquecimiento de Mnd y Mnp sugiriendo un aporte importante proveniente de los sedimentos a través de difusión combinada con agitación intensa y/o hidrotermalismo.

Durante el invierno en la región de las islas, la concentración de Mn presentó una distribución vertical relativamente homogénea en los primeros 200 m, sugiriendo que la mezcla vertical controla la distribución vertical de Mn al diluir agua superficial enriquecida con agua profunda con niveles de Mn bajos.

Durante el invierno en la región de las islas, la concentración de Mn presentó una distribución vertical relativamente homogénea en los primeros 200 m, sugiriendo que la mezcla vertical controla la distribución vertical de Mn al diluir agua superficial enriquecida con agua profunda con niveles de Mn bajos.

Conclusiones: