Forçantes físicas do oxigênio dissolvido em um estuário eutrófico: Elkhorn Slough (EUA)

Abstract

Neste estudo foram investigadas as forçantes físicas do oxigênio dissolvido (OD) em Elkhorn Slough, um pequeno estuário dominado por maré, localizado na Califórnia Central, considerado com um dos mais fortes exemplos de eutroficação estuarina nos EUA. Séries temporais de OD, temperatura da água, salinidade e nível d’água de duas estações (South Marsh - SM e Vierra Mouth - VM), bem como radiação solar, temperatura do ar, precipitação e velocidade e direção do vento foram analisadas. As análises espectral, harmônica e espectral cruzada foram utilizadas no auxílio da identificação das principais forçantes para cada período de atuação. Foram encontradas quatro principais forçantes das concentrações do OD, a saber: maré, radiação, vento e nível médio d’água. A maré, em intervalos de tempo de 6,2h, provoca a mistura turbulenta que tende a levar águas mais oxigenadas da superfície para a profundidade do sensor (média de 2,66 m). Quando a mistura turbulenta cessa, observa-se um consumo de OD, sem reabastecimento. Este fenômeno ocorre, pois a sonda encontrava-se a maior parte do tempo na zona afótica, onde apenas existe respiração. Nos períodos de 12,4h e 24,8h o transporte advectivo, proporcionado pela maré, teve grande importância nas variações das concentrações do gás. Este transporte promove a entrada de águas oceânicas mais oxigenadas com a subida da maré e o abaixamento das concentrações de O2 durante a vazante. A radiação, no período de 1 dia, força o aumento das concentrações do OD após às 8h, estas atingem máximos após o meio dia e tendem a decrescer depois das 18h. Anualmente, a radiação promoveu distintas tendências nas concentrações de OD nas duas estações. Em South Marsh, estação mais interna, ocorre uma tendência inversa do esperado, as menores concentrações do gás ocorrem no verão. Em Vierra Mouth, localizada próximo à embocadura, ocorre o oposto. As máximas concentrações de OD ocorrem no verão. Contudo, a média no verão não é superior à observada no inverno. O vento longitudinal à costa causa ressurgência que força o bombeamento de águas com baixos teores de oxigênio dissolvido para superfície. Na primavera, o vento apresenta um pico de velocidade que causa a queda das concentrações de O2 em VM, principalmente. Interanualmente, o nível d’água médio mostrou uma relação inversa no controle das concentrações do gás em SM. Acredita-se que quanto maior o nível médio d’água mais difícil é o transporte de águas oxigenadas da superfície para a profundidade do sensor através da mistura turbulenta e assim as médias das concentrações do gás tendem a ser reduzidas.

This study investigates the drivers for dissolved oxygen (DO) in Elkhorn Slough, a tidally dominated estuary, located in Central California regarded as one of the most striking examples of estuarine eutrophication in the U.S. Time series of DO, water temperature, salinity and water level from 2 stations (South Marsh - SM and Vierra Mouth - VM), as well solar radiation, air temperature, precipitation and wind were analyzed. Spectral, harmonic and Cross spectral analysis were utilized to identify each physical driver for DO oscillations. 4 main drivers were found, namely: tides, solar radiation, wind and mean water level. The tide, in periods of 6.2h, causes the turbulent mixing that takes oxygen rich waters from the surface to the sensor’s depth (average 2.66 m). When the turbulent mixing ends, DO consumption is observed, without replenishment. That phenomenon occurs, because the sonde were, most of the time, in the aphotic zone, where respiration does not exist. In periods of 12.4h and 24.8h the advective transport, promoted by the tides, had considerable importance in the gas oscillations. That transport promotes the arrival of oceanics water with high DO concentrations during the flood and the arrival of water with low concentrations of O2 during the ebb. The radiation, in 1 day, forces the increase of gas concentrations after 8am, those reach maximums after midday and tend to decrease succeeding 6pm. Annually, the radiation promotes distinct trends in O2 concentrations between the two stations. In South Marsh, the most landward station, an inverse tendency from what is expected occurs with the lower gas concentrations being observed in Summer. In Vierra Mouth, located close to the mouth, the opposite occurs. The maximums DO concentrations are observed in Summer. However, the average in Summer is not higher than the Winter. The longitudinal wind to the coast causes upwelling that revs up waters with low DO content’s to the surface. In Spring, the wind presents a peak that causes a fall in O2 concentrations at VM, primarily. Interannually, the mean water level had an inverse relation with the gas concentrations at SM. It is believed that while a higher mean water level is more difficult to carry water from the surface to the sensor’s depth through the turbulent mixing.