Interannual variability of the Hydrography and Productivity in the Baker-Martinez Fjord System

dc.contributorTapia Jorquera, Fabián
dc.contributorUNIVERSIDAD DE CONCEPCION
dc.creatorFigueroa Guenante, Pedro
dc.date2023-04-10T20:35:32Z
dc.date2023-04-10T20:35:32Z
dc.date2022-11
dc.date2022-11
dc.date.accessioned2023-08-21T21:19:44Z
dc.date.available2023-08-21T21:19:44Z
dc.identifier22200887
dc.identifierhttps://hdl.handle.net/10533/41036
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8283663
dc.descriptionEl complejo de fiordos Baker-Martínez es un extenso sistema estuarino compuesto por dos fiordos de orientación zonal, ubicado en Patagonia Central, que recibe la descarga de los dos ríos más caudalosos de la región: el río Baker y el río Pascua. Ubicado entre los Campos de Hielo Norte y Sur, y conectado con el Océano Pacífico a través del Golfo de Penas, este sistema ha sido el foco de un creciente interés para la investigación científica y la conservación, dado su aparente rol en conectar los ecosistemas marinos de la Patagonia con los ríos y glaciares de la región. Este interés ha llevado a un incremento en las observaciones hidrográficas y de diversas variables ambientales en la zona, generando durante la última década numerosos trabajos científicos que han permitido caracterizar aspectos de la variabilidad hidrográfica, hidrodinámica, productividad biológica y biogeoquímica de este sistema, demostrando su estrecha conexión con las fluctuaciones en descargas de agua dulce, y revelando tendencias potencialmente asociadas al cambio climático. Si bien el conocimiento en la zona ha aumentado, los estudios publicados hasta ahora se han enfocado en fenómenos de escala estacional, mareal o incluso sinóptica, mientras que la variabilidad del sistema a escala interanual ha recibido escasa atención. Dado el volumen de información generado en la última década por mediciones in situ, así como la disponibilidad de información remota para esta zona, en esta tesis se buscó recopilar y sintetizar dicha información con el fin de caracterizar la variabilidad interanual de las condiciones hidrográficas en este sistema de fiordos, y entender cómo esta variabilidad responde a cambios en el forzamiento atmosférico e hidrológico de la región. Específicamente, se analizó la variabilidad interanual de forzantes físicos relevantes para las condiciones hidrográficas del sistema (radiación, viento, precipitación y descargas de ríos) y su relación con variabilidad climática de gran escala. Se caracterizó la estructura hidrográfica y las distribuciones de nutrientes en el sistema, y cómo éstas responden a fluctuaciones en la interacción océano-río. Finalmente, se combinó información in situ con datos satelitales para estudiar la variabilidad de la concentración de Clorofila-a, como un proxy de la productividad del sistema, y los cambios en cualidades ópticas de la columna de agua en escalas estacionales e interanuales. Los resultados indican que la variabilidad interanual en el caudal de los ríos Baker y Pascua responde a la variabilidad de la radiación solar neta (Qnet) y de la precipitación en la zona, y que éstos a la vez se correlacionan estacionalmente con índices para El Niño (MEI) y la Oscilación Antártica (AAO). Además de la señal estacional, las series de tiempo de variables físicas revelaron variabilidad significativa en periodos de 2.5 años, lo que indica una posible influencia de procesos de escala regional sobre el sistema. La hidrografía y condiciones de nutrientes responden principalmente a la variabilidad en descarga de los ríos, la cual impone las condiciones de estratificación y gradientes horizontales en el sistema. En términos biológicos, los registros disponibles satelitales indican la ausencia de un ciclo anual marcado en la biomasa fitoplanctónica, y posiblemente en la productividad del sistema. La fluorescencia satelital (nFLH) mostró un patrón temporal que sugiere el acople con el ciclo anual del caudal de ríos. Sin embargo, la variabilidad temporal en características ópticas (i.e. espectro de reflectancia) de la columna de agua en la zona es mucho más compleja que la variabilidad de los ríos de la zona. Adicionalmente, los resultados revelaron que el invierno de 2016 fue altamente anómalo en el sistema. Una combinación de entradas de agua dulce reducidas, lo que permitió una mayor influencia oceánica en el sistema, mayor radiación solar y mayor absorción de ésta en la columna de agua se proponen como el mecanismo para explicar la alta biomasa fitoplanctónica observada en el invierno de 2016, superando a otros inviernos en el registro e incluso a algunos veranos en algunas secciones del fiordo. En conjunto, estos resultados revelan la necesidad de estudios específicamente dirigidos a conectar las variaciones en color y propiedades ópticas de la columna de agua en el fiordo con las condiciones de productividad y composición del fitoplancton. Llenar estas brechas de conocimiento permitirá una caracterización y comprensión más detallada de los procesos que generan la variabilidad interanual en el complejo de fiordos Baker-Martínez, así como la influencia de este sistema estuarino en las tramas tróficas y flujos biogeoquímicos de esta sección de la Patagonia.
dc.descriptionThe Baker-Martínez fjord system (BMFS) is an extensive estuarine system in central Patagonia, composed of two zonally-oriented fjords which receive the discharges of the two largest rivers in the region: the rivers Baker and Pascua. Due to its location, between the Northern and Southern Ice Fields, and its apparent role in connecting the rivers and glaciers of Patagonia with the adjacent marine ecosystems, there has been growing interest in scientific research and conservation efforts focused on this system. Consequently, data on the hydrographic structure and other environmental features in the area have been collected over the past decade, generating numerous scientific publications that describe different aspects of the hydrographic variability, hydrodynamics, biological productivity, and biogeochemistry of this system. These studies have revealed a strong relationship between the dynamics of this system and fluctuations in freshwater discharges and suggest potential trends associated with the effects of climate change in the region. The scientific studies published thus far have focused on phenomena spanning seasonal, tidal, and synoptic scales. However, the variability at interannual scale has received little attention. Given the large amount of in situ measurements available, as well as information derived from remote sensing, the objective of this thesis was to characterize the interannual variability of hydrographic conditions in the BMFS and analyze how such variability responds to changes in physical and atmospheric forcing at a regional scale. Specifically, the interannual variability of physical forcing (solar radiation, wind, precipitation, and river discharge) and its relationship with climatic variability were analyzed. The hydrographic structure and nutrient distribution and their response to fluctuations in river-ocean interaction were characterized. Finally, the variability in Chlorophyll-a concentrations, used as a proxy for productivity in the system, and the optical properties of the water column were studied over seasonal and interannual scales. The results indicate that the interannual variability in freshwater discharges from the Baker and Pascua rivers responds to variability in net surface radiation (Qnet) and precipitation in the area and that these variables are, in turn, correlated with indices for El Niño (MEI) and the Antarctic Oscillation (AAO). The time series of physical variables revealed that, in addition to the annual cycle, there is significant variability at periods of 2.5 years, which may indicate an influence of regional scale physical phenomena. Hydrographic and nutrient conditions in the system respond mainly to variability in river discharges, which drive the stratification and horizontal gradients along the BMFS. In terms of biological features, the available data from satellite measurements indicated the absence of a clear annual cycle in phytoplankton biomass and possibly in primary productivity. Data on satellite fluorescence (nFLH from MODIS-Aqua) showed a temporal pattern that suggests a coupling of photosynthetic pigments and river discharges. However, patterns of temporal variability in optical features (i.e., reflectance spectrum) of the water column in the BMFS are more complex than the fluctuations in river outflow. Additionally, the analyses revealed that the winter of 2016 was anomalously warm and dry in the region. A combination of reduced freshwater inputs, which increased the oceanic influence along the BMFS, increased solar radiation, and greater absorption of such radiation in the water column, are proposed as an explanation for the high levels of phytoplankton biomass observed during the winter of 2016, which was greater than other winters on record, and even greater than in summer at some sections of the fjord. Together, these results highlight the need to conduct studies specifically aimed at connecting the fluctuations in surface color and optical properties of the water column with the productivity and composition of phytoplankton in the BMFS. Filling these knowledge gaps will improve our understanding of the processes driving interannual variability in hydrography and biological productivity in the BMFS, as well as the influence of this fjord system on marine food webs and biogeochemical fluxes in this section of Patagonia.
dc.descriptionANID-PFCHA/Magíster Nacional/2020 - 22200887
dc.formatapplication/pdf
dc.relationhttp://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/10281
dc.rightsAttribution 3.0 Spain
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/es/
dc.subjectCiencias Naturales ::Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente
dc.titleInterannual variability of the Hydrography and Productivity in the Baker-Martinez Fjord System
dc.typeTesis Magíster
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesis


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