Photosynthetic parameters and primary production in the Bransfield Strait: relationships with mesoscale hydrographic structures

During January 1994, the photosynthetic response (P–E curves) of phytoplankton in the eastern part of the Bransfield Strait (Antarctica) was studied in relation to the mesoscale hydrographic structures in the area. The most important hydrographic features found in the study area were: (i) the Bransf...

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Veröffentlicht in:Journal of marine systems 1998-11, Vol.17 (1), p.129-141
Hauptverfasser: Figueiras, F.G., Estrada, M., López, O., Arbones, B.
Format: Artikel
Sprache:eng
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description During January 1994, the photosynthetic response (P–E curves) of phytoplankton in the eastern part of the Bransfield Strait (Antarctica) was studied in relation to the mesoscale hydrographic structures in the area. The most important hydrographic features found in the study area were: (i) the Bransfield Strait front which separates surface Bellingshausen waters from surface Weddell Sea water in the northern part of the Strait; (ii) further to the North, the Weddell–Scotia Confluence north of Elephant Island; (iii) to the South, the ice-edge and the associated lenses of melting waters at the south-eastern part of the sampling area. These three structures were associated with zones of shallower mixing depth (1 mg Chl m −3). The photosynthetic response of the phytoplankton was also affected by the hydrographic structures. The phytoplankton of the well-mixed Weddell waters showed a lower light saturation parameter ( E k100 μmol m −2 s −1). There were no differences in the light saturation parameters of phytoplankton samples from the different water bodies found in the region as demonstrated by a t-test for paired comparisons (0.88> P>0.46). The average E k was 87±26 μmol m −2 s −1 and not significantly different ( t-test NS, P=0.83) from the mean irradiance in the upper mixed layer ( Z uml) without the Z uml≥150 m stations. The slope of the P m B vs. α relationship was 59±5 μmol m −2 s −1 ( r 2=0.66, P1.5 g C m −2 d −1 between King George Island and Elephant Island. Pendant la campagne en Antarctique du navire BIO Hesperides, effectuée en janvier 1994, dans la partie est du détroit de Bransfield (Antarctique), la réponse photosynthétique du phytoplancton (courbes P–E) a été etudiée en relation avec les structures hydrographiques à mésoéchelle correspondantes. Pendant cette période, trois struc
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The most important hydrographic features found in the study area were: (i) the Bransfield Strait front which separates surface Bellingshausen waters from surface Weddell Sea water in the northern part of the Strait; (ii) further to the North, the Weddell–Scotia Confluence north of Elephant Island; (iii) to the South, the ice-edge and the associated lenses of melting waters at the south-eastern part of the sampling area. These three structures were associated with zones of shallower mixing depth (<50 m) and contrast to those influenced by Weddell Sea waters in which the mixed layer depth was deeper than 150 m. The stronger stratification in these three areas was reflected in a higher chlorophyll (Chl) concentration at the surface waters (>1 mg Chl m −3). The photosynthetic response of the phytoplankton was also affected by the hydrographic structures. The phytoplankton of the well-mixed Weddell waters showed a lower light saturation parameter ( E k<100 μmol m −2 s −1) than the populations of the more stratified waters ( E k>100 μmol m −2 s −1). There were no differences in the light saturation parameters of phytoplankton samples from the different water bodies found in the region as demonstrated by a t-test for paired comparisons (0.88> P>0.46). The average E k was 87±26 μmol m −2 s −1 and not significantly different ( t-test NS, P=0.83) from the mean irradiance in the upper mixed layer ( Z uml) without the Z uml≥150 m stations. The slope of the P m B vs. α relationship was 59±5 μmol m −2 s −1 ( r 2=0.66, P<0.001) and the mean irradiance of the upper mixed layer was 64±45 μmol m −2 s −1, suggesting that the phytoplankton was adapted to maximize its carbon uptake even in regions with high hydrographic variability. The mean integrated primary production of the water column was higher at the zones with the highest chlorophyll concentrations reaching values >1.5 g C m −2 d −1 between King George Island and Elephant Island. Pendant la campagne en Antarctique du navire BIO Hesperides, effectuée en janvier 1994, dans la partie est du détroit de Bransfield (Antarctique), la réponse photosynthétique du phytoplancton (courbes P–E) a été etudiée en relation avec les structures hydrographiques à mésoéchelle correspondantes. Pendant cette période, trois structures hydrographiques principales ont été déterminées: 1) Le front séparant les eaux de Bellingshausen de celles de la mer de Weddell entre 62°30′S–56°30′W et 62°S–53°W, en direction SE–NE; 2) La Confluence Weddell–Scotia au nord de la région; 3) La zone marginale de la glace, avec des nappes superficielles d'eaux de fonte, à la partie sud-est de la zone de travail. Ces structures étaient associées à des zones de mélange superficiel de faible épaisseur (<50 m), au contraire de celles influencées par les eaux de la Mer de Weddell, pour lesquelles la couche de mélange était de plus de 150 m. La plus forte stratification dans ces trois structures était associée à une concentration plus elevée de chlorophylle (Chl) dans les eaux superficielles (>1 mg Chl m −3). La réponse photosynthétique du phytoplancton était également affectée par les conditions hydrographiques. Dans les eaux de la Mer de Weddell profondément mélangées, le phytoplancton présentait un paramètre de saturation de lumière plus bas ( E k<100 μmol m −2 s −1) que celui des communautés des eaux plus stratifiées ( E k>100 μmol m −2 s −1). Il n'y avait pas de différences significatives entre les valeurs des paramètres de saturation de lumière des échantillons de phytoplancton provenant de différentes masses d'eau, comme on l'a demontré par la comparaison t-test des paires d'échantillons (0.88> P>0.46). Le E K moyen était 87±26 μmol m −2 s −1 et il n'avait pas de différences significatives ( t-test NS, P=0.83) avec l'irradiance moyenne de la couche de mélange supérieure ( Z uml), sans les stations avec Z uml≥150 m. La pente de la relation P m B vs. α ( r 2=0.66, P<0.001) était de 59±5 μmol m −2 s −1. L'irradiance moyenne de la partie supérieure de la couche de mélange était 64±45 μmol m −2 s −1, suggérant un taux maximal d'assimilation de 14C, malgré la forte variabilité des conditions hydrographiques de la région. La production integrée moyenne de la colonne d'eau augmentait avec la concentration en chlorophylle, atteignant des valeurs >1.5 g C m −2 j −1 entre les Îles du Roi George et l'Île de l'Éléphant.]]></description><identifier>ISSN: 0924-7963</identifier><identifier>EISSN: 1879-1573</identifier><identifier>DOI: 10.1016/S0924-7963(98)00034-7</identifier><language>eng</language><publisher>London: Elsevier B.V</publisher><subject>Algae ; Animal and plant ecology ; Animal, plant and microbial ecology ; Antarctica ; Biological and medical sciences ; Bransfield Strait ; Fundamental and applied biological sciences. 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The most important hydrographic features found in the study area were: (i) the Bransfield Strait front which separates surface Bellingshausen waters from surface Weddell Sea water in the northern part of the Strait; (ii) further to the North, the Weddell–Scotia Confluence north of Elephant Island; (iii) to the South, the ice-edge and the associated lenses of melting waters at the south-eastern part of the sampling area. These three structures were associated with zones of shallower mixing depth (<50 m) and contrast to those influenced by Weddell Sea waters in which the mixed layer depth was deeper than 150 m. The stronger stratification in these three areas was reflected in a higher chlorophyll (Chl) concentration at the surface waters (>1 mg Chl m −3). The photosynthetic response of the phytoplankton was also affected by the hydrographic structures. The phytoplankton of the well-mixed Weddell waters showed a lower light saturation parameter ( E k<100 μmol m −2 s −1) than the populations of the more stratified waters ( E k>100 μmol m −2 s −1). There were no differences in the light saturation parameters of phytoplankton samples from the different water bodies found in the region as demonstrated by a t-test for paired comparisons (0.88> P>0.46). The average E k was 87±26 μmol m −2 s −1 and not significantly different ( t-test NS, P=0.83) from the mean irradiance in the upper mixed layer ( Z uml) without the Z uml≥150 m stations. The slope of the P m B vs. α relationship was 59±5 μmol m −2 s −1 ( r 2=0.66, P<0.001) and the mean irradiance of the upper mixed layer was 64±45 μmol m −2 s −1, suggesting that the phytoplankton was adapted to maximize its carbon uptake even in regions with high hydrographic variability. The mean integrated primary production of the water column was higher at the zones with the highest chlorophyll concentrations reaching values >1.5 g C m −2 d −1 between King George Island and Elephant Island. Pendant la campagne en Antarctique du navire BIO Hesperides, effectuée en janvier 1994, dans la partie est du détroit de Bransfield (Antarctique), la réponse photosynthétique du phytoplancton (courbes P–E) a été etudiée en relation avec les structures hydrographiques à mésoéchelle correspondantes. Pendant cette période, trois structures hydrographiques principales ont été déterminées: 1) Le front séparant les eaux de Bellingshausen de celles de la mer de Weddell entre 62°30′S–56°30′W et 62°S–53°W, en direction SE–NE; 2) La Confluence Weddell–Scotia au nord de la région; 3) La zone marginale de la glace, avec des nappes superficielles d'eaux de fonte, à la partie sud-est de la zone de travail. Ces structures étaient associées à des zones de mélange superficiel de faible épaisseur (<50 m), au contraire de celles influencées par les eaux de la Mer de Weddell, pour lesquelles la couche de mélange était de plus de 150 m. La plus forte stratification dans ces trois structures était associée à une concentration plus elevée de chlorophylle (Chl) dans les eaux superficielles (>1 mg Chl m −3). La réponse photosynthétique du phytoplancton était également affectée par les conditions hydrographiques. Dans les eaux de la Mer de Weddell profondément mélangées, le phytoplancton présentait un paramètre de saturation de lumière plus bas ( E k<100 μmol m −2 s −1) que celui des communautés des eaux plus stratifiées ( E k>100 μmol m −2 s −1). 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The most important hydrographic features found in the study area were: (i) the Bransfield Strait front which separates surface Bellingshausen waters from surface Weddell Sea water in the northern part of the Strait; (ii) further to the North, the Weddell–Scotia Confluence north of Elephant Island; (iii) to the South, the ice-edge and the associated lenses of melting waters at the south-eastern part of the sampling area. These three structures were associated with zones of shallower mixing depth (<50 m) and contrast to those influenced by Weddell Sea waters in which the mixed layer depth was deeper than 150 m. The stronger stratification in these three areas was reflected in a higher chlorophyll (Chl) concentration at the surface waters (>1 mg Chl m −3). The photosynthetic response of the phytoplankton was also affected by the hydrographic structures. The phytoplankton of the well-mixed Weddell waters showed a lower light saturation parameter ( E k<100 μmol m −2 s −1) than the populations of the more stratified waters ( E k>100 μmol m −2 s −1). There were no differences in the light saturation parameters of phytoplankton samples from the different water bodies found in the region as demonstrated by a t-test for paired comparisons (0.88> P>0.46). The average E k was 87±26 μmol m −2 s −1 and not significantly different ( t-test NS, P=0.83) from the mean irradiance in the upper mixed layer ( Z uml) without the Z uml≥150 m stations. The slope of the P m B vs. α relationship was 59±5 μmol m −2 s −1 ( r 2=0.66, P<0.001) and the mean irradiance of the upper mixed layer was 64±45 μmol m −2 s −1, suggesting that the phytoplankton was adapted to maximize its carbon uptake even in regions with high hydrographic variability. 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