Alkalinity, inorganic carbon and CO2 flux variability during extreme rainfall years (2010-2011) in two polluted tropical estuaries NE Brazil

Abstract

Abstract The susceptibility of coastal environments to shifts in the biogeochemical cycles of carbon and nutrients driven by anthropogenic pressure and climate change is a real challenge for the scientific community. This paper evaluated the effects of an extreme rainfall event over the nutrients and carbonate parameters in two polluted tropical estuaries. Surface water samples were taken seasonally along a salinity gradient in the Capibaribe and Barra de Jangadas estuaries in order to investigate the spatial and seasonal variability of dissolved nutrients, chlorophyll-a, dissolved oxygen, total alkalinity, inorganic carbon, partial pressure of CO2 (pCO2) and CO2 fluxes. The increased riverine influence caused by the fluvial flooding during the extremely rainy season augmented the nitrogen concentrations in the plumes, which also presented reduced salinity, alkalinity and dissolved oxygen values. In the Capibaribe plume it has also shifted the mean CO2 flux value of - 4.01 mmolC m-2 d-1 during the dry season, to a positive mean flux of + 5.7 mmolC m-2 d-1 during the rainy season. Within the estuaries the BOD5,20 and dissolved phosphorus values were higher during the dry season (p<0.0001), they showed positive correlation with the phytoplanktonic blooms that reached a chl-a value of 85 mg m-3 in the Capibaribe. The high alkalinity found in both estuaries, with mean values between dry and wet seasons respectively from 1808 to 1373 µmol kg-1 in the Capibaribe estuary and 1616 to 1058 µmol kg-1 in Barra de Jangadas estuary, may act as a buffer to the process of coastal acidification due to eutrophication. The increased rivers discharge lead to a greater transport of organic matter and nutrients to the coast, decreasing the oxygen availability and shifting the metabolic status of the estuarine plume to heterotrophic, whereas increased the water quality within the estuaries due the flushing promoted by the extreme rainfall event.

Translated abstract

Resumo A suscetibilidade dos ambientes costeiros às mudanças nos ciclos biogeoquímicos do carbono e nutrientes impulsionados pela pressão antrópica e mudanças climáticas é um verdadeiro desafio para a comunidade científica. Este artigo avaliou os efeitos de um evento de precipitação extrema sobre os parâmetros de oxigênio, nutrientes e do sistema carbonato em dois estuários tropicais poluídos. As amostras de água superficial foram retiradas sazonalmente ao longo de um gradiente de salinidade nos estuários do Capibaribe e Barra de Jangadas, a fim de investigar a variabilidade espacial e sazonal dos nutrientes dissolvidos, clorofila-a, oxigênio dissolvido, alcalinidade total, carbono inorgânico, pressão parcial de CO2 (pCO2) e fluxos de CO2. O aumento da influência ribeirinha causada pelas inundações fluviais durante a estação de precipitação extrema aumentou as concentrações de nitrogênio nas plumas dos estuários, que também apresentaram valores reduzidos de salinidade, alcalinidade e oxigênio dissolvido. Na pluma do Capibaribe o valor médio de fluxo de CO2 também mudou, passou de - 4,01 mmolC m-2 d-1 durante a estação seca, para um fluxo médio positivo de + 5,7 mmolC m-2 d-1 durante a estação chuvosa. Dentro dos estuários, os valores de BOD5,20 e fosfato dissolvido foram maiores durante a estação seca (p<0,0001) e apresentaram correlação positiva com os blooms fitoplanctônicos que atingiram um valor de chl-a de 85 mg m-3 no Capibaribe. A alta alcalinidade encontrada em ambos os estuários, com valores médios entre estações seca e chuvosa, respectivamente, de 1808 a 1373 µmol kg-1 no estuário Capibaribe e 1616 a 1058 µmol kg-1 no estuário Barra de Jangadas, pode atuar como um amortecedor para o processo de acidificação costeira devido à eutrofização. O aumento da descarga dos rios levou a um maior transporte de matéria orgânica e nutrientes para o litoral, diminuindo a disponibilidade de oxigênio e deslocando o estado metabólico da pluma estuarina para heterotrófico, enquanto aumentou a qualidade da água dentro dos estuários devido ao aumento de descarga promovido pela precipitação extrema.