Este trabalho fez parte de um projeto FAPESP (Projeto QualiSed), onde foram envolvidas três instituições paulistas (UFSCar, UNICAMP, CETESB) e que teve como intuito levantar dados para a futura derivação Valores – Guias de Qualidade de Sedimentos (VGQS) para metais e compostos orgânicos xenobióticos. O objetivo específico deste trabalho é o de gerar dados para a derivação de VGQS para metais (Cd, Cu, Pb, Ni e Zn) em cinco represas do Rio Tietê, represas Billings, Rasgão, Barra Bonita, Bariri e Promissão. Os estudos foram direcionados à caracterização biogeoquímica dos sedimentos desses ambientes através das determinações das concentrações dos nutrientes totais e sulfetos volatilizáveis por acidificação (SVA), do estudo da partição de metais entre os sedimentos totais as águas intersticiais, e da determinação da fração de metais associada aos SVA nos sedimentos totais, denominada metais estraidos simultameamente ou MES. Os dados levantados foram interpretados em associação aos resultados da estrutura da comunidade bentônica e testes de toxicidade. Foi realizada também, uma avaliação e identificação da toxicidade (AIT) (do inglês, TIE: Toxicity Identification Evaluation) com sedimentos da Represa de Rasgão. Este procedimento se baseia na toxicidade causada após um esquema de fracionamento e manipulações químicas da matriz para caracterizar (Fase I), identificar (Fase II) e confirmar (Fase III) os compostos específicos ou classes destes, responsáveis pela toxicidade da amostra. Em uma série de experimentos de laboratório foram realizados também bioensaios com os organismos Hyalella azteca e Tubifex tubifex, em sedimentos com adição de metais (do inglês, spiking), utilizando-se sedimentos da Represa de Promissão. Os resultados deste trabalho mostraram que, os níveis de concentração de nutrientes nas represas estudadas são altos (C total: 3 – 6%; N total: 0,3 – 1,3%; P total e 0,2 – 0,5%), o que é uma indicação de que esses ambientes encontram-se eutrofizados. As concentrações dos MES apresentaram a tendência de um gradiente de concentração, diminuindo a concentração de metais nos sedimentos das represas da capital para o interior (ora ocorrendo uma inversão entre Barra Bonita e Bariri). Atribuiu-se esta inversão à descarga de esgotos provenientes da entrada dos rios Jaú e Bauru na represa de Bariri. Para o SVA o mesmo gradiente foi observado, ocorrendo também uma inversão entre Barra Bonita e Bariri. A aplicação do VGQS da fase sólida ou do SVA, preconizado pela USEPA, mostrou que os metais são controlados pela fase sulfídrica nos sedimentros das represas Billings, Rasgão, Barra Bonita ou pelo carbono orgânico total (COT) nas represas de Bariri e Promissão. O Valor Guia de Unidades Tóxicas de Águas Intersticiais (VGUTAI), também preconizado pela USEPA, aplicado aos sedimentos das diferentes represas foi violado por todas elas. Neste caso, esses valores devem ser comparados com os testes de toxicidade, pois mesmo em casos onde o VGUTAI é violado, a toxicidade pode não ser devido aos metais dos sedimentos. Da mesma forma que no VGQS do SVA, pode estar havendo um controle por fases ligantes na água intersticial (ligantes dissolvidos) que agem atenuando a biodisponibilidade e conseqüentemente a toxicidade. Avaliando-se os resultados dos estudos de adição de metais em sedimento, apenas as represas Rasgão e Billings atingiram a faixa de concentração onde houve manifestação de efeitos nos experimentos de fortificação de metais. Tais resultados estão também em concordância com o VGQS do Canadá. No entanto, esses ambientes possuem um estoque de sulfetos que estariam bioindisponibilizando os metais e portanto, estes contaminantes não estariam causando efeitos deletérios à biota local. Os resultados de AIT com os sedimentos da Represa de Rasgão são uma surpresa somente no que diz respeito a substâncias ou grupo deles que causa a toxicidade (amônia) dado que foi detectada a presença de concentrações significativas de metais e compostos orgânicos neste ambiente. Os dados são um alerta aos órgãos públicos responsáveis pela gestão de recursos hídricos do Estado de São Paulo e devem servir de base para o estabelecimento de medidas ou ações eficazes na contenção do avanço da degradação da qualidade em cascata das represas do Rio Tietê. O conjunto de dados levantados por este estudo em associação aos demais levantados pelo Projeto QualiSed (UFSCar-UNICAMP-CETESB) formaram a base para a proposição de um programa de avaliação integrada e hierárquica da qualidade de sedimentos (AIHQS), onde os VGQS em uso no Canadá e EUA são usados como valores orientadores de determinadas ações (análises físicas, químicas, biológicas e ecotoxicológicas) tomadas nas diferentes etapas do programa (árvore de decisão). / This work was part of a project FAPESP (QualiSed Project), where three institutions from São Paulo were involved (UFSCar, UNICAMP, CETESB) and that had as intention to lift data for the future derivation of Sediment Quality Values Guidelines (SQVG) for metals and xenobiotic organic compounds. The specific objective of this work is to generate data for the derivation of SQVG for metals (Cd, Cu, Pb, Ni and Zn) in five dams of Tietê River, Billings, Rasgão, Barra Bonita, Bariri and Promissão. The studies were addressed to the biogeochemical characterization of the sediments of those environments through the determinations of the concentrations of the total nutrients and acid volatile sulfide (AVS), the study of the partition of metals among the total sediments and interstitials waters, the determination of the fraction of metals associated with AVS in the total sediments. The lifted up data were interpreted in association to the results of the structure of the benthic community and toxicity tests. It was also accomplished, an Toxicity Identification Evaluation (TIE) with sediments from Rasgão Dam. These procedures use toxicity-based fractionation schemes to characterize (Fase I), to identify (Fase II) and to confirm (Fase III) the compounds responsible for the toxicity of the sample. In a series of laboratory experiments Hyalella azteca and Tubifex tubifex were also used in bioessays with spiked sediments, being used sediments from Promissão Dam. The results of this work showed that, the levels of concentration of nutrients in the studied dams are high (total C: 3 - 6%; total N: 0,3 - 1,3%; total P and 0,2 - 0,5%), what is an indication that those environments are eutrophicated. The concentrations of the SEM presented the tendency of a concentration gradient, decreasing the concentration of metals in the sediments of the dams of the capital to the interior (however happening an inversion between Barra Bonita and Bariri). This inversion was attributed to the discharge of coming sewers of the entrance of the rivers Jaú and Bauru in the Bariri Dam. For AVS the same gradient was observed, also happening an inversion between Barra Bonita and Bariri. According to the solid phase SQVG, praised for USEPA, metals are controlled by sulfídric phase (Billings, Rasgão, Barra Bonita) or by total organic carbon (TOC) (Bariri and Promissão). The interstitial water value guide toxic Units (IWVGTU), applied to the different dams was violated by all studied environments. In this case, those values should be compared with the toxicity tests, because even in cases where the IWVGTU is violated, the toxicity cannot be due to the metals of the sediments. In the same way that in AVS SQVG, it can be having a control for binding phases in the pore water (ligands dissolved) that act attenuating the bioavailability and consequently the toxicity. Evaluating the results of the studies of metal spiking in sediment, only the dams of Rasgão and Billings had reached the concentration strip where there was manifestation of effects in the experiments of metal spiking. Such results are also in agreement with SQVG of Canada. However, those environments possess a sulfides stock that would be unbioavailabling the metals and therefore, these pollutants would not be causing deleterious effects to the local aquatic organisms. The results from TIE with the sediments from Rasgão Dam are a surprise only in respect to the substances or group of them that cause the toxicity (ammonia) given that the presence of significant concentrations of metals and organic compounds was detected and found in this environment. The data are an alert to the responsible public agencies for the administration of hydric resources of the State of São Paulo and they should serve as base for the establishment of measures or effective actions in the contention of the progress of the degradation of the quality in cascade of Tietê River´s dams. The data from this study in association to others data from the QualiSed Project (UFSCar-UNICAMP-CETESB) formed the base for the proposition of a program of sediment quality hierarchical and integrated evaluation (SQHIE), where SQVG in use in Canada and USA are used as guidelines values to some actions (physical analyses, chemistries, biological and ecotoxicological) in the different stages of the program (decision tree).

No presente estudo foi realizada uma caracterização limnológica comparativa de dezoito lagoas pertencentes ao sistema lacustre do vale do médio Rio Doce e da comunidade de macroinvertebrados bentônicos, analisando-se a composição e a riqueza de espécies. A espécie exótica Melanoides tuberculata invadiu várias regiões do Brasil, e representa uma ameaça para a fauna de moluscos e outros invertebrados nativos das comunidades bentônicas onde se estabelecem. Para isto foram realizadas coletas nos períodos climáticos, chuvoso e seco, amostrando-se em cinco pontos em cada lagoa incluindo a região litorânea e limnética. Foram realizadas medidas físicas e químicas da água e a análise granulométrica, teor de matéria orgânica e classificação textural do sedimento das lagoas. A comunidade bentônica foi amostrada com draga de Van Veen nos diferentes pontos e o material foi lavado em peneiras de 210 \'mü\'m de abertura de malha, preservado em formol 8% e posteriormente triado e identificado. Os resultados obtidos evidenciaram que a maioria das lagoas estudadas são ambientes de águas levemente ácidas, bem oxigenadas, com baixa concentração de nutrientes na coluna da água, sendo sistemas de baixa trofia (oligotróficos ou mesotróficos). As lagoas diferem quanto à profundidade e transparência da água e aquelas com profundidade superior a 10 metros observou-se estratificação térmica no período chuvoso e isotermia no período seco. A comunidade de macroinvertebrados bentônicos foi bastante diversificada, com um total de 52 e 75 táxons registrados durante o período chuvoso e seco respectivamente. Os Chironomidae foram os mais abundantes e com maior diversidade taxonômica entre os grupos de artrópodes com representantes aquáticos. Houve variação na densidade dos macroinvertebrados bentônicos, com maiores densidades no período de seca. A ocorrência do molusco exótico Melanoides tuberculata foi registrada na maioria das lagoas (15 entre as 18 lagoas estudadas), sendo que em algumas delas as populações já se encontravam dominantes numericamente, como nas lagoas Águas Claras, Aníbal, Baixa Verde, Barra, Dom Helvécio, Jacaré, Ferrugem e Lagoinha. Recomenda-se que, pelo fato das lagoas do Vale do Médio Rio Doce representarem o maior sistema lacustre natural brasileiro, será necessário a curto prazo um grande esforço para impedir a dispersão deste molusco nas demais lagoas do sistema, e a longo prazo sua erradicação, visando restaurar e preservar as comunidades bênticas nativas. / In the present study a comparative limnological characterization of eighteen lakes belonging to the lacustrine system of middle Rio Doce was performed, as well as the analysis of the benthic macroinvertebrate community in relation to the taxonomic composition and population densities. Among the benthic organisms a greater emphasis was devoted to the exotic gastropod Melanoides tuberculata, an exotic species that has invaded many regions in Brazil, and represents a risk to native mollusks and also to other invertebrates in the communities when it becomes established. Samplings were performed in two periods, rainy and dry, and at five localities in each lake, including the littoral and the limnetic region. Physical and chemical variables were measured in lake waters and the granulometric fractions, organic matter content and textural classification were performed for lake sediments. At each site benthic community was sampled with the van Veen grab, and the material was pooled in an integrated sample that was then washed and sieved through a 210 \'mü\'m sieve and the material was preserved in 8% formol solution. The results showed that most lakes are environments with slightly acid and well oxygenated waters, with low concentration of nutrients in the water column, being oligotrophic or mesotrophic systems. The lakes differ regarding depth, and water transparency, and in those with depth greater than 10m a thermal stratification was observed at the time of the sampling performed in the rainy season and isothermy in that on the dry period. The benthic macroinvertebrates community was diversified and totals of 52 and 75 taxa were recorded during rainy and dry period samplings, respectively. Chironomidae members were the most abundant and the taxonomically richest group of aquatic Arthropoda. Changes in the density of benthic macroinvertebrates were observed between the samplings, with highest densities in the dry season. The exotic mollusk Melanoides tuberculata was found in the majority of the lakes (15 among 18 lakes studied) and in some lakes it was numerically dominant, such as in lakes Águas Claras, Aníbal, Baixa Verde, Barra, Dom Helvécio, Jacaré, Ferrugem and Lagoinha. Considering the fact the lakes of middle Rio Doce constitute the larges natural lacustrine system in Brazil, it is recommended that, in short term, a great effort must be done to prevent this mollusk dispersion to other lakes of the system and that at the long run its erradication is required aiming to restore and preserve native benthic communities.

Portos e terminais portuÃrios sÃo importantes para a economia mundial, entretanto suas atividades de operaÃÃo tÃm sido consideradas altamente impactantes aos ecossistemas costeiros, em especial por representarem fontes significativas de contaminaÃÃo. Os sedimentos constituem o principal destino para os contaminantes, porÃm quando contaminados, passam a atuar como fonte secundÃria de contaminaÃÃo para o ambiente aquÃtico, prejudicando a saÃde dos ecossistemas e afetando algumas atividades econÃmicas, como a pesca e as dragagens. O objetivo do presente estudo foi avaliar a qualidade de sedimentos de trÃs Ãreas portuÃrias do litoral brasileiro, do ponto de vista ecotoxicolÃgico e ecolÃgico, atravÃs de testes de toxicidade e anÃlise da comunidade bentÃnica. Foram selecionados o Porto do Mucuripe e o Terminal PortuÃrio do PecÃm, ambos no litoral do estado do Cearà (CE), e o Porto de Santos, no estado de SÃo Paulo (SP). Os sedimentos foram caracterizados quanto à granulometria, teores de carbonatos, matÃria orgÃnica, carbono orgÃnico, nitrogÃnio e fÃsforo total. Os testes de toxicidade foram conduzidos com o anfÃpodo Tiburonella viscana, para sedimento integral, e embriÃes de ouriÃo do mar Lytechinus variegatus, para interface sedimento-Ãgua, e fases liquidas extraÃdas (Ãgua intersticial e elutriatos). A comunidade bentÃnica foi avaliada quanto à composiÃÃo taxonÃmica, sendo utilizados alguns descritores, como densidade (D - nÃmero de organismos), densidade de poliquetos, densidade de peracarida e os descritores ecolÃgicos: riqueza (S) e diversidade de Shannon-Weaner (Hâ). Os resultados mostraram toxicidade nos sedimentos das trÃs Ãreas estudadas, tanto sobre os anfÃpodos quanto sobre o desenvolvimento larval dos ouriÃos do mar. Os Ãndices de densidade de organismos, riqueza e diversidade foram considerados baixos, indicando que as comunidades bentÃnicas encontram-se sob stress. A integraÃÃo dos resultados apontou que tanto fatores naturais, como o hidrodinamismo, a presenÃa de diferentes massas dâÃgua e a composiÃÃo do sedimento, quanto a toxicidade, a qual à a expressÃo integrada da contaminaÃÃo, exercem influÃncia na composiÃÃo da fauna bentÃnica. Os resultados mostram que os mÃtodos aplicados podem ser usados como uma importante ferramenta para subsidiar a avaliaÃÃo da qualidade de sedimentos, sobretudo em Ãreas sujeitas à dragagem. / Ports are important for the world economy; however, the activities related to them are considered very harmful the coastal systems, in special due to the contaminant inputs to the aquatic environment. Sediments constitute the main fate for the contaminants, and when contaminated, they may become a secondary source of contamination to the environment, threatening the health of ecosystems and affecting some economic activities, as fishing and dredging and disposal of dredged material. The objective of this study was to evaluate the quality of sediments from 3 port areas influenced by ports, by the ecotoxicological and ecological perspectives. Three Brazilian ports were selected: Ports of Mucuripe PecÃm, both on the coast of Cearà State (Northeast of Brazil) and the Port of Santos, on the coast of SÃo Paulo State (Southeast of Brazil). Sediments were characterized as to grain size distribution, content of carbonates, organic matter, total organic carbon, nitrogen and total phosphorus. The ecotoxicity assays employed the amphipod Tiburonella viscana (for wholes sediment) and embryos of the sea urchin Lytechinus variegates, for sedimentwater interface and the liquid phases extracted from the sediments (porewater and elutriates). The benthic community was evaluated for taxonomic composition and for some ecological descriptors, as total density (D - number of organisms), density of polychaetes, and the density of peracarida, richness (S) and Shannon-Weaner diversity (Hâ). Toxicity was found in sediments of the three areas, as to the amphipods as to L. variegatus larval development. The density, richness, abundance and diversity indices were considered low, indicating that the benthic communities are under stress. The integrative analysis indicated that as the natural factors, such as hydrodynamic, different water masses, and sediment composition, as the toxicity of the sediments, which is the ultimate integrated expression of the contamination, influenced on the benthic fauna composition. The results showed that the applied methods may be used as a tool to subsidize the sediment quality assessment and the management of dredged materials.

This thesis focuses on the investigation of reef communities of the Saint Peter and Saint Paul´s Archipelago (SPSPA) across an euphotic/mesophotic depth gradient. Sampling was performed on shallow and mesophotic areas (0 to 90 m depth) using SCUBA and a Remotely Operated Vehicle (ROV). The present work is composed of four chapters: Chapter 1 deals with the quantitative assessment of reef fish communities, which were divided in three distinct communities associated with different depth strata. Clear shifts in habitat use and in size-frequency distributions were recorded for some species. Abundance of black-corals and depth were the most important factors affecting the structure of fish communities, with a clear association of fish with branching black-corals in the mesophotic zone. Chapter 2 presents the first detailed qualitative assessment of benthic communities of the SPSPA. The influence of biotic and abiotic variables shaping the structure of the benthic communities was evaluated. A total of 77 benthic taxa belonging to six major functional groups were recorded. Macroalgae was the richest group (41 infrageneric taxa), with 17 new records for the SPSPA. Turf algae were the most abundant group on both shallow and mesophotic reefs. Two distinct communities were detected: a shallow one composed primarily by the zoanthid Palythoa caribaeorum (Duchassaing and Michelotti, 1861), the fleshy alga Caulerpa racemosa (Forsskål) J. Agardh, crustose coralline algae (CCA) and Bryopsis spp., and another deeper community dominated by CCA, bryozoans and scleractinian corals. Abiotic variables were the most important predictors of benthic community structure. Chapter 3 brings information on abundance, distribution size and associated fauna (epibionts) of black-corals. Although two species of black-corals, Tanacetipathes hirta (Gray, 1857) and T. thamnea (Warner, 1981), are known to occur in the SPSPA, they are undistinguishable underwater. Epibiosis, mainly by zoanthids and entanglement by fishing monofilament were important factors negatively affecting the health of black-coral colonies. Black-corals were intensively used as refuge by reef fish, especially by the endemic oblique butterflyfish Prognathodes obliquus (Chaetodontidae). A single black-coral colony repeatedly visited and monitored for ten years showed a decrease in vitality since the first observation, mainly related to fouling by algal detritus and entanglement by fishing monofilaments. Chapter 4 discusses the ecology (abundance, distribution and habitat preferences) of the fireworm Hermodice carunculata, a major predator on mesophotic zone of SPSPA. A total of 278 individuals of bearded fireworm were observed, with significant difference in abundance between euphotic and mesophotic zones. A direct association of H. carunculata with black-corals (Tanacetipathes spp.), the scleractinian Madracis decactis and depth was found. A final session with concluding remarks wraps up information on the ecology of Mesophotic Reef Ecosystems highlighting their possible importance for the stability and persistence of reef fish and benthic communities of the SPSPA, which are under threat of overfishing and climate change, thus requiring urgent protective measures. / O tema central desta tese é estudar a ecologia de comunidades recifais ao longo do gradiente de profundidade no Arquipélago São Pedro e São Paulo (ASPSP), com ênfase nos Ecossistemas Recifais Mesofóticos (ERMs). As amostragens foram realizadas da superfície até a zona mesofótica (0 a 90 m de profundidade), utilizando SCUBA e Veículos Submersíveis de Operação Remota (VSORs). Esta tese é composta por quatro capítulos. No Capítulo 1 foi realizado uma avaliação quantitativa das comunidades de peixes, as quais formaram três comunidades distintas associadas aos diferentes estratos de profundidade e ao uso de diferentes hábitats de acordo com mudanças ontogenéticas (tamanho do corpo). Corais-negros e profundidade foram os fatores mais importantes na estruturação das comunidades de peixes, com uso intenso dos corais-negros por peixes na zona mesofótica. O Capítulo 2 apresenta a primeira avaliação qualitativa das comunidades bentônicas do ASPSP, além de uma avaliação da influência de variáveis bióticas e abióticas na estruturação das comunidades. Foram registrados 77 táxons bentônicos pertencentes a seis grupos. Macroalgas foi o grupo mais rico (41 táxons), com 17 novos registros para o ASPSP. Algas formadoras de tufos (turf) constituíram o grupo mais abundante em ambos os ambientes, eufótico e mesofótico. Foram observadas duas comunidades distintas: uma superficial composta principalmente pelo zoantídeo Palythoa caribaeorum, a pela alga Caulerpa racemosa carnuda, algas calcárias incrustantes (CCA) e Bryopsis spp, e outra mais profunda dominada por CCA, briozoários e corais escleractíneos. As variáveis abióticas, particularmente profundidade e luz, foram mais importantes na estrutura da comunidade bentônica. O Capítulo 3 traz informações sobre a abundância, distribuição, tamanho e vitalidade de corais-negros. Duas espécies de corais-negros, Tanacetipathes hirta (Gray, 1857) e T. thamnea (Warner, 1981), foram identificadas. Epibiose por zoantídeos e estrangulamento por monofilamentos afetaram negativamente as colônias de coral negro, uma delas monitorada durante dez anos. Esta última apresentou uma diminuição da vitalidade devido principalmente à presença de algas e estrangulamento por monofilamento. Corais-negros formam um grupo-chave na zona mesofótica do ASPSP, sendo intensamente utilizados como hábitat por diversos peixes recifais, principalmente espécies endêmicas (e.g., o peixe-borboleta Prognathodes obliquus). O Capítulo 4 aborda a ecologia do principal predador de invertebrados bentônicos na zona mesofótica do ASPSP, o verme-de-fogo Hermodice carunculata, descrevendo sua abundância e distribuição batimétrica e discutindo seu potencial em impactar as comunidades bentônicas, especialmente os corais escleractínios e os corais-negros na zona mesofótica do ASPSP. Observou-se um total de 278 indivíduos, com diferença significativa na abundância entre as zonas eufótica e mesofótica. Foi encontrada uma associação direta entre H. carunculata e 1) corais-negros (Tanacetipathes spp), 2) o coral escleractíneo Madracis decactis e 3) profundidade. Sugere-se aqui que os ecossistemas mesofóticos são essenciais para a estabilidade para as comunidades recifais eufóticas do ASPSP, tornando urgente a necessidade de novos estudos, principalmente com foco no potencial impacto da pesca e mudanças climáticas.

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Nesta região, a presença da Zona Mínima do Oxigênio (ZMO), inibe a bioturbação favorecendo a preservação de registros sedimentares de alta resolução e proporcionando enorme potencial para estudos paleoceanográficos e paleoclimáticos em escalas centenarias a interanuais, principalmente para períodos curtos de variabilidade climática. Estas variabilidades vêm sendo amplamente estudadas, principalmente por corresponder a importantes eventos climáticos recentes, tais como Anomalia Climática Medieval (ACM- 900 a 1350 A.D.) e Pequena Idade do Gelo (PIG- 1500 a 1800 A.D), o qual foi associados a mudanças nas atividades solar e vulcânica. Neste trabalho, a paleoecologia a geoquímica inorgânica e isotópica de foraminíferos bentônicos foram utilizados como proxies para avaliar fases de variabilidades na ventilação (oxigenação) e condições redox na interface sedimento/água da ZMO Peruana durante os últimos 1000 anos. Foram analisados sedimentos laminados de um box core e um gravity-core coletados na Plataforma Central Peruana (Pisco- ~ 14°S, 300m de profundidade). Os resultados paleoecológicos mostraram alterações na assembléia de foraminíferos sugerindo que para o período da ACM, a ZMO peruana apresentou maiores condições de postoxia (anoxia sem presença de sulfetos-H2S) e um deslocamento vertical para profundidades mais rasas, evidenciados principalmente pela presença das espécies Globobulimina auriculata e Cancris inflatus. Posteriormente, durante o período da PIG, os resultados mostraram uma maior oxigenação das águas de fundo, evidenciadas pela dissolução do carbonato e alta ocorrência de bioerosão. Finalmente, após a PIG, para o Período Moderno (PM ~1820 até o recente), o aumento da abundância de espécies indicadoras de anoxia e sulfetos, tais como Nonionella stela e Virgulinella fragilis, sugerem intensificação e expansão da ZMO para o recente. As análises geoquímicas nas testas de foraminíferos foram realizadas nas testas de Bolivina seminuda, somente para os períodos da PIG e PM. Os resultados das análises de laser ablation e isótopos de δ13C demonstraram ocorrência de calcificação secundária por carbonato inorgânico nas testas dos foraminíferos as quais evidenciaram mudanças biogeoquímicas nas águas intersticiais do fundo oceânico, principalmente após a PIG caracterizando também um aumento da anoxia de fundo. Os resultados de δ18O realizado para espécie B. seminuda não foram satisfatórios para o período de PIG devido a dissolução do carbonato e, para o período moderno, evidenciou uma diminuição da temperatura principalmente para os últimos 50 anos. As mudanças ocorridas na intensidade da ZMO peruana durante ACM e PIG foram relacionadas com as variabilidades zonais das temperaturas de superfície oceânicas (TSMs) do Pacífico Equatorial, além do gradiente de variabilidade norte sul da ZCIT (como?). Para o Período Moderno, além dos fatores de gradiente zonais das TSMs, sugere-se que as mudanças climáticas e fatores locais estejam influenciando e intensificando a ZMO na região estudada tornando-a extremamente anóxica e mais produtiva para o período pós pig / The central Peruvian margin, in the eastern Pacific, is characterized by intense upwelling and presence of an intense Oxygen Minimum Zone (OMZ), which favor a high sedimentation rates and deposition of laminated sediments without bioturbation respectively. These characteristics allow preservation of high-resolution sedimentary marine records with great potential to paleoclimatic and paleoceanographic reconstructions from the centennial to interannual time scale. These variabilities have been widely studied, mainly due to important recent paleoclimatic events such as Medieval Climate Anomaly (MCA, AD 900-1350) and the Little Ice Age (LIA-1500-1800 AD), which were associated with changes in solar and volcanic activities. In this work, the study of paleoecology and geochemistry of benthic foraminifera were used as proxy to access phases of greater or less oxygenation and redox conditions at the sediment/water interface in the Peruvian ZMO during the last 1000 years. Laminated sediments of a box core (B-14) and gravity-core (G10) retrieved in the Central Peruvian Shelf (Pisco-14°S, 300m depth) were sub-sampled and analyzed. The paleoecological reconstructions showed changes in the benthic foraminiferal assemblage suggesting, during the MCA, higher postoxic conditions (anoxia without the presence of sulfides, H2S) and a vertical offset to shallower depths evidenced mainly by the presence of Globobulimina auriculata and Cancris inflatsu species. A decrease in OMZ intensity was identified during the LIA which based on carbonate dissolution and high bioerosion occurrence. Finally, after the LIA, to the Modern Period (MP ~1820 to the recent), the increase of abundances of anoxia and sulfides proxy species such as Nonionella stella and Virgulinella fragilis, which were correlated with the intensification and expansion of OMZ toward the recent. The geochemical analyses at foraminiferal tests were done on Bolivina seminuda tests only for the LIA and MP. The results of the laser ablation and δ13C isotope analysis showed inorganic carbonate secondary calcification on the foraminiferal tests, which was correlated to biogeochemical changes in the interstitial waters of the ocean floor, especially after the LIA featuring also a rise in bottom anoxia. The results of δ18O performed on Bolivina seminuda for the LIA period were not satisfactory due to carbonate dissolution; for the Modern Period, on the other hand, there was a decrease of the temperature especially for the last 50 years. The variability on the intensity of Peruvian OMZ during the MCA and LIA were correlated to zonal variability of sea surface temperatures (SSTs) in the equatorial Pacific, besides the north-south gradient variability of the ITCZ. To the Modern Period, besides the oceanic gradient factors of SST, it is suggested that climate change and local factors could be intensifying the OMZ in the study region making it extremely anoxic toward recent.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-03-23T15:36:10Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_GabrielleRdeFaria.pdf: 3984828 bytes, checksum: 77d74dfca204f83f78b8f8971584106c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-23T15:36:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_GabrielleRdeFaria.pdf: 3984828 bytes, checksum: 77d74dfca204f83f78b8f8971584106c (MD5) / PETROBRAS/CENPES / CNPQ / FAPERJ / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências-Geoquímica. Niterói, RJ / A influência de diferentes regimes de produtividade primária afetam a distribuição e composição da fauna bentônica. O sistema de ressurgência de Cabo Frio caracteriza-se por ser uma região de alta produtividade sob a influência da Corrente do Brasil e, também, uma zona de ressurgência costeira na qual a Água Central do Atlântico Sul aflora na superfície. Com o intuito de melhor compreender as variações da produtividade e das massas d’água que permeiam o fundo da plataforma continental, três box-cores foram coletados em transeção batimétrica na plataforma continental de Cabo Frio. Os testemunhos foram analisados quanto à composição da fauna de foraminíferos bentônicos e a composição isotópica de suas carapaças. Foram analisadas 55 amostras e identificados 227 táxons de foraminíferos bentônicos, mas apenas 18 deles apresentaram frequências relativas que contribuíram para o entendimento da dinâmica oceanográfica da região e condições de produtividade.Houve dominância de Globocassidulina subglobosa, espécie considerada indicadora de áreas com pulsos de fitodetritos. Uma análise de similaridade separou as amostras em diferentes grupos quanto à sua localização, indicando a influência de diferentes fatores no gradiente cross-shelf. O perfil BCCF10-15 apresentou o maior fluxo de foraminíferos bentônicos e o perfil BCCF10-01 apresentou a maior diversidade e maior variação das assembleias de foraminíferos ao longo do tempo. BCCF10-09, localizado na plataforma média, apresentou pouca variação das assembleias e os índices mostram um ambiente estável. Os valores de δ13C de Uvigerina peregrina indicaram um ambiente com matéria orgânica mais degradada no centro da plataforma. A composição média de δ13C de Cibicides spp. é, em média, 0,25‰empobrecido em relação aos valores de δ13CDIC, tais valores e a elevada frequência de espécies fitodetríticas apontam a formação de uma camada fitodetrítica no fundo da plataforma continental de Cabo Frio. A paleotemperatura calculada a partir dos isótopos de oxigênio aponta a permanência da ACAS no fundo da plataforma ao longo dos últimos 180 anos. / The influence of different primary productivity patterns affects the distribution and composition of benthic fauna. The upwelling system of Cabo Frio is characterized as a region of high productivity under the influence of the Brazil Current, and also a zone of coastal upwelling in which the South Atlantic Central Water (SACW) arises the surface. In order to better understand the changes in productivity and water masses that permeate the bottom of the continental shelf, three box-cores were collected according to a bathymetric transect on the continental shelf of Cabo Frio. Cores were analyzed for assemblage composition of benthic foraminifera and isotopic composition of their shells. 55 samples were analyzed and 227 taxa of benthic foraminifera were identified, but only 18 of them showed relative frequencies that contributed to the understanding of both oceanographic dynamics and productivity conditions of the area. There was dominance of Globocassidulina subglobosa, which is considered an indicator of areas with pulses of phytodetritus. A similarity analysis separated samples into different groups according to their location, indicating the influence of different factors on the continental shelf. Profile BCCF10-15 showed the highest flux of benthic foraminifera and profile BCCF10-01 showed the major diversity and variation of foraminifera assemblies over time. Profile BCCF10-09, located at mid shelf, showed little variation of the assemblies and the indexes indicated a stable environment. The δ13C values of Uvigerina peregrina indicated more degraded organic matter in the center of the shelf. The mean composition of Cibicides spp. δ13C is, on average, 0.25 ‰ depleted related to the values ofδ13CDIC. Such values associated with high frequency of phytodetritus speciesindicated the formation of a phytodetritus layer at the bottom of the continental shelf of Cabo Frio. The paleotemperature calculated from oxygen isotopes pointed the permanence of SACW at the shelf bottom over the last few centuries.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-02-01T17:18:28Z No. of bitstreams: 1 Tese_BrunaDias.pdf: 9133014 bytes, checksum: 3e905525d44d037964ce3160861c58e4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-01T17:18:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_BrunaDias.pdf: 9133014 bytes, checksum: 3e905525d44d037964ce3160861c58e4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal Nível Superior / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica / O Sistema de Ressurgência de Cabo Frio (SRCF) é uma região de destaque na costa brasileira devido a alta produtividade primária oriunda do processo de ressurgência costeira e intrusão da água de fundo na zona fótica nas plataformas continentais média e externa. Estes processos estão diretamente relacionados à intensidade dos ventos e a dinâmica da Corrente do Brasil (CB) na margem brasileira, alterando a composição de material orgânico nos sedimentos. Deste modo, a paleoecologia e isótopos estáveis de foraminíferos bentônicos, sedimentologia e geoquímica dos sedimentos da plataforma externa (testemunho KCF10-01B) e média (testemunho KCF10-09A) de Cabo Frio foram analisados a fim de reconstruir a dinâmica paleoceanográfica das águas de fundo do SRCF durante o Holoceno. Tanto a plataforma externa quanto a média apresentaram a dominância da espécie indicadora de fitodetritos Globocassidulina subglobosa, espécie responsável pela variabilidade representada pelo índice de produtividade Benthic Foraminifera Accumulation Rate (BFAR). Na plataforma externa, uma tendência de aumento dos índices de produtividade e fluxo de espécies de foraminíferos indicadores de produtividade é observada ao longo do tempo, contrapondo a tendência de diminuição dos índices indicadores de oxigenação de fundo Benthic Foraminifera Oxygenation Index (BFOI) e razão imperfurados/perfurados (IM/PE). Proxies geoquímicos, sedimentológicos, assembleias de foraminíferos bentônicos e índice BFAR mostraram alta velocidade das correntes de fundo e um maior aporte continental entre 11,4ka e 7,0ka AP como resposta ao baixo nível relativo do mar. Após 7,0ka AP é observado um aumento da produtividade primária indicada pelos índices de paleoprodutividade e pelo maior aporte de material orgânico fitoplanctônico indicado pelos proxies geoquímicos δ13C e razão C/N, indicando eventos mais frequentes de intrusão da Água Central do Atlântico Sul (ACAS) na zona fótica. Já na plataforma média, as assembleias de foraminíferos responderam não só à produtividade, mas também à baixa oxigenação das águas de fundo e à dominância da espécie G. subglobosa sob as demais espécies, alterando o sinal dos índices BFAR, BFOI e reduzindo a diversidade de espécies. Uma tendência de maior aporte fitodetrítico é observado após 3,0ka AP pelo índice Infaunal Calcareous Benthic Foraminifera (ICBF) e pelos indicadores geoquímicos nas plataformas externa e média. Ao contrário das suposições feitas em trabalhos anteriormente publicados, os resultados isotópicos desta tese mostraram a presença constante da ACAS no fundo da plataforma durante todo o Holoceno, sendo possível confirmar que o processo de aumento da produtividade primária está relacionado à intrusão da ACAS na zona fótica na região da plataforma média e externa de Cabo Frio. A variabilidade do índice de paleoprodutividade BFAR apresentou uma periodicidade milenar e o δ18O em Cibicides kullenbergi uma periodicidade centenária da série de dados dos últimos 6 mil anos, indicando que produtividade primária depositada no fundo da plataforma externa é diretamente relacionado à dinâmica da Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), uma vez que a ACAS é empilhada na zona fótica pela intensificação da CB, que distribuiu o calor acumulado da Corrente Sul Equatorial (CSE) para regiões mais ao sul. Mudanças abruptas no índice BFAR e δ18O são coincidentes com os eventos climáticos Bond de degelo das calotas polares no Atlântico Norte. Destacam-se os eventos abruptos de produtividade em 8,3ka AP (evento Bond 5) e entre 6–5ka AP (evento Bond 4) indicado pelos proxies BFAR, δ18O e δ13C em C. kullenbergi, eventos que confirmam a relação da variabilidade da produtividade e da dinâmica paleoceanográfica das correntes da plataforma externa de Cabo Frio com os processos paleoclimáticos globais. / Cabo Frio Upwelling System is a distinguished region in the Brazilian coast due to high primary productivity coming from coastal upwelling and bottom waters intrusion to the photic zone in the middle and outer continental shelves. These processes are directly related to the wind stress and Brazil Current (BC) dynamics, changing the sedimentary organic matter composition. Thus the paleoecology, benthic foraminifera stable isotopes, sedimentology and geochemistry of the outer (KCF10-01B core) and middle continental shelf (KCF10-09A core) from Cabo Frio were analyzed in order to reconstruct the bottom waters dynamics during the Holocene. Both outer and middle shelves showed a dominance of a phytodetritus specie indicator Globocassidulina subglobosa that is responsible for the BFAR index variability. High bottom waters velocity and continental organic matter contribution are seen between 11.4kyr and 7.0kyr BP in response to the low sea level. After 7.0kyr AP an increase in the primary productivity is noticed by the paleoproductivity indexes and geochemical proxies δ13C and C/N ratio, indicating frequent events of South Atlantic Central Water (SACW) intrusion to photic zone. Foraminiferal assemblages and paleoecological indexes in the middle shelf were affected to the low oxygen contends and the G. subglobosa dominance, affecting the Benthic Foraminifera Accumulation Rate (BFAR), Benthic Foraminifera Oxygenation Index (BFOI) and reducing the diversity indexes. Infaunal Calcareous Benthic Foraminifera index (ICBF) showed towards trend of productivity increase after 3,0kyr BP in the outer and middle shelves. Unlike the previously assumptions made in some papers, the stable isotopes results revealed a constant presence of SACW on the bottom throughout the Holocene, also confirming the primary productivity by SACW intrusion to the photic zone in the middle and outer shelves of Cabo Frio upwelling system. The BFAR index indicate a millennial-scale variability and δ18O of Cibicides kullenbergi a centennial frequency in the last 6kyr, point out a relation between SACW and BC with the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), since the BC distributes the accumulated heat of South Equatorial Current (SEC) to southern regions. Abrupt changes in BFAR, δ18O and δ13C coincide with the North Atlantic ice rafting paleoclimate Bond events, specially the 8.3kyr productivity increase (related to Bond 5 event) and the variability between 6.0 kyr and 5.0kyr BP (Bond 4 event). Together with the periodic variabilities, these events may confirm the relationship between the productivity variability and currents dynamics with the global paleoclimate processes.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-03-13T16:24:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de mestrado final.pdf: 3039192 bytes, checksum: f4452cf9ae4070e6565d254398760edd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T16:24:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de mestrado final.pdf: 3039192 bytes, checksum: f4452cf9ae4070e6565d254398760edd (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica, Niterói, RJ / O Complexo Recifal dos Abrolhos, Bahia, Brasil é o ecossistema recifal mais importante do Atlântico Sul, devido a sua alta biodiversidade e importância na produção de sedimento biogênico e carbonático. Este trabalho objetivou o estudo da deposição sedimentar e paleoecológica deste sistema, ao longo do Quaternário superior com base na quantificação dos padrões de distribuição da fauna de foraminíferos bentônicos e de características físicas e geoquímicas. A análise de um testemunho sedimentar de dois metros de comprimento denominado AB05-1 coletado na plataforma carbonática a leste do Arquipélago dos Abrolhos, em coluna d’água de vinte e três metros de profundidade sugere que: mudanças nos padrões de sedimento e matéria orgânica, podem ter modificado a comunidade de foraminíferos bentônicos sendo resultado de mudanças climáticas e oceanográficas em diferentes escalas espaciais e temporais ao longo dos últimos cinco mil anos A.P. O testemunho foi sub-amostrado transversalmente totalizando noventa amostras e quatro foram escolhidas para datação pelo método do 14C (AMS). Foram realizadas análises granulométricas, mineralógicas, carbono orgânico total (COT), nitrogênio total, razão C/N, além dos isótopos de 13C e 15N. Para as análises paleoecológicas, os foraminíferos foram lavados em peneira 0,063mm, triados, identificados em nível genérico e separados em grupos tróficos. O sedimento da base do testemunho foi datado por radiocarbono em 5.230 anos cal. A.P. O tamanho dos grãos mostrou uma granodecrescência ascendente, sugerindo uma diminuição da hidrodinâmica para o recente, ou deposição aumento da sedimentar. Os resultados de matéria orgânica sugerem um aumento do teor de carbono orgânico total para o recente e mais ainda de nitrogênio total, conseqüentemente a razão C/N diminuiu, sugerindo um aumento da produção fitoplanctônica e/ou aumento da produtividade da estrutura recifal dos chapeirões adjacentes. Os valores para o δ13C variaram entre -21 e -18‰ ao longo de todo o testemunho, sugerindo que não houve aporte terrígeno ao longo do tempo. Os foraminíferos com endossimbiontes (Peneroplis e Archaias) diminuíram ao longo do tempo e gêneros heterotróficos (Miliolinella e Cornuspira) e tolerantes ao estresse (Bolivina, Elphidium e Ammonia) aumentaram da base para o topo, o que pode estar relacionado às mudanças observadas na granulometria e no aporte de matéria orgânica. Tais mudanças podem estar relacionadas a alterações em escala regional, como mudanças nos padrões de vento e do clima e oscilações do nível relativo do mar ao longo dos anos, ou como resposta de um fator local levado pela evolução da estrutura recifal do arco externo ao longo do Quaternário recente desde os últimos cinco mil anos A.P. A utilização de parâmetros faunísticos juntamente com estudos físicos e geoquímicos no sedimento apresentou boa resolução no entendimento da evolução paleoecológica da plataforma carbonática do Arquipélago dos Abrolhos. / The Complex Reef of Abrolhos , located in the State of Bahia, Brazil, is the most important coral reef ecosystem of the South Atlantic due to its great biodiversity and importance for carbonate and biogenic sediment production. The purpose of this work was the study of palaeoecological and sedimentary evolution of this system along the late Quaternary by the use of standard benthic foraminiferal methods besides physical and geochemical analysis. This analysis was conducted on a two-meter-long core (AB05-1), which was collected at a twenty-three-meters water depth at a carbonate platform to the east of the Abrolhos Archipelago. It was suggested that some changes in the sedimentological and organic matter inputs might have caused changes on the benthic foraminiferal community, as a result of climate and oceanographic variations at different spatial and time scales within the last five thousand years. The core was transversally sectioned and sub-samples at each two-centimeter was retrieved totalizing ninety samples, from which four were sampled to be dated by the 14C method. Moreover, some granulometric, mineralogic, Total Organic Carbon (TOC), total nitrogen, C/N ratio, besides 13C and 15N isotopes analyses were conducted to the paleoecological analyses. The foraminifera were washed, through a 0,063mm mesh sieve , picked up, identified and separated in trophic groups. After the radiocarbon dating the sediment at the base of the core was found to be 5.230 years (cal. B.P.). The grain size decresed toward the top of the core, what suggested lower hydrodynamic conditions to the recent. The organic matter results suggested an increase of TOC and further increase of total Nitrogen, which consequently diminishes the C/N ratio and suggested an increase of phytoplankton and/or increase of coral reefs productivity from the nearby goblet shape structures of the “chapeirões”. The δ13C values ranged from -21‰ to -18‰ in all parts of the studied core, suggesting the non-existence of continental land influence on this system along the studied period. Simbiont-bearing foraminifera (Peneroplis and Archaias) diminished toward the top of the core, and heterotrophic genera (Miliolinella and Cornuspira) as well as stress tolerant genera (Bolivina, Elphidium and Ammonia) increased. This could be related to changes observed in grain size and organic matter, what can be linked to regional alterations, such as changes in wind, and climate patterns, and sea-level oscillation along the years. However, it could have been the result of a local factor caused by the evolution of the coral reef structure during the late Quaternary along the last five thousand years. In conclusion, the use of faunistic parameters with geochemical and physical studies on the sediment showed a good resolution on the paleoecological evolution of the carbonate platform on the Abrolhos Archipelago.

Chapter 2: This chapter introduces the five study sites (Ras Al‐Qasabah; Al Wajh; Yanbu; Farasan Banks; and Western Farasan Islands) along with the fieldwork and detailed benthic mapping and bathymetry mapping conducted in the Saudi Arabian Red Sea. In the Western Farasan Islands two candidate mapping technologies were compared. Firstly, the QuickBird multispectral satellite sensor and secondly the CASI‐550 airborne hyperspectral sensor. In processing the CASI imagery, it was necessary to customize processing to correct for an unusual across‐track artifact caused by lens condensation. On the basis of cost, logistical constraints, spectral reliability, and project needs, multispectral imagery was found to be the most appropriate technology for regional‐scale mapping. Over 20,000 sq. km of high quality QuickBird imagery were amassed across the five study sites. This represents approximately half the shallow water (<20 m) environment of the Saudi Arabian Red Sea. The work presented in this chapter provides a blueprint for processing such large image data sets. Maps with a minimum mapping unit (MMU) of 7.5 sq. m, and a thematic resolution of fifteen habitat classes were produced at an overall accuracy (Tau statistic) of 70%. The five study sites were found to differ substantially in terms of the type, quantity and spatial arrangement of habitats present. The study illustrates the power of remote sensing for delivering regional‐scale audits of coral reef environments. Chapter 3: Coral reefs and their associated accumulations of carbonate sediment adopt particularly complex planform geometries atop the coastal shelf of the Saudi Arabian Red Sea. By assembling 95,000 sq. km of remote sensing data into a GIS, this study aims to relate the morphology of these shallow‐water depositional environments to processes that sculpt the coastal zone. A typology is developed that sorts carbonate systems into end‐members on the basis of their morphology and relationship to the coastline. The resulting GIS was interrogated for spatial patterns in the distribution and abundance of the end‐members. While several depositional morphologies are present throughout the length of the Saudi Arabian Red Sea, the occurrence of others is restricted to narrow regions of latitude. Such differences in distribution can be explained in process‐terms by the rift tectonics of the Red Sea basin, spatial variability in the presence of sub‐seafloor evaporites, and the input of siliciclastic detritus onto the coastal shelf via wadis. This chapter provides a foundation for understanding the morphological diversity of shallow‐water carbonate systems in both the modern ocean and rock record. Chapter 4: In this chapter a framework is proposed for spatially estimating a proxy for coral reef resilience using remote sensing. Data spanning over 20,000 sq. km of coral reef habitat were obtained using the commercial QuickBird satellite, and freely available imagery (NASA, Google Earth). Principles of coral reef ecology, field observation, and remote observations, were combined to devise mapped indices. These indices capture important and accessible components of coral reef resilience. Indices are divided between factors known to stress corals, and factors incorporating properties of the reef landscape that resist stress or promote coral growth. The first‐basis for a remote sensed resilience index (RSRI), an estimate of expected reef resilience, is proposed. Developed for the Red Sea, the framework of the analysis is flexible and with minimal adaptation, could be extended to other reef regions. The chapter illustrates how remote sensing can be used to deliver more than simply habitat maps of coral reefs. Chapter 5: In this chapter, a fundamental measure of coral reef health, coral cover, is assessed in relation to two physical parameters, water depth and wave height. Light availability declines rapidly with depth, which influences the photosynthetic productivity of coral. Where waves break, they produce a severe increase in marine turbulence, and generate currents that may extend beyond the surf zone. The study is focused on the Farasan Banks where some 4000 sq. km of reef habitat are spread across 12,000 sq. km of the Saudi Arabian coastal shelf. The size of the system creates logistical challenge for standard field‐based monitoring methodologies, such as SCUBA surveys. Here, rapid video assessments were employed to deliver measures of coral health across eight percentage cover classes at 472 locations. Whilst water depth can be reliably derived from satellite, assessing wave height is problematic since the parameter is both spatially and temporally variable. Using daily, satellite derived meteorology, a spatially explicit wave model was developed spanning the nine year period from 1999 to 2008. For the majority of the video sites in the Farasan Banks, coral cover was found to be <11%. This statistic hides the counter trend, however that there are robust patterns in higher coral abundance that can be characterized by water depth and wave height. In the inshore, wave height had little bearing on coral cover, instead video sites with a high coral cover were found with a greater probability in shallow (<9m, reef environments. In the offshore, wave exposure exercises stronger control on coral cover than in the inshore, such that video sites with a coral cover greater than 50% were exclusively found in areas where significant wave height exceeds 2 m. The water depth at which the highest coral cover occurs is also deeper offshore than inshore. Once quantified, the conservative behavior of coral cover with respect to water depth and hydrodynamic exposure offers relevant insight to the management of coral reef environments at regional extent. Chapter 6: Carbonate sequence stratigraphy is founded on the principle that changes in relative sea level are recorded in the rock record by the accumulation of sediment with relative‐water‐depth dependent attributes. While at the scale of a shelf‐to‐basin transect, facies clearly stratify by water depth, the relationship blurs for depths <40 m, the most vigorous zone of carbonate production, where the intrinsic processes of storm and wave reworking influence the seabed through submarine erosion and sediment redistribution. Remote sensing imagery, field observations, and hydrodynamic models for two reef‐rimmed shore‐attached carbonate platforms in the Red Sea show neither water depth nor energy regime to be reliable indicators of facies type when considered in isolation. Considered simultaneously, however, the predictive power of the two variables rises significantly. The results demonstrate it to be an oversimplification to assume a direct link between palaeo‐water depth and depositional lithofacies diversity, while highlighting the importance of hydrodynamics in directing the accumulation of carbonate sediments in the shallow photic zone. While the size distributions of facies in the two focus areas, Al Wajh and Ras Al‐Qasabah, follow power laws, no direct relationship between the lateral continuity of the facies belts and water depth or wave height are reported. The work is relevant for the interpretation of meter‐scale subtidal carbonate cycles throughout the geologic record.

Abstract Understanding of natural and human induced changes to freshwater biodiversity patterns is critical for efficiently conserving and managing these highly impacted ecosystems. In this doctoral thesis, I study the natural spatial and temporal variability of littoral macroinvertebrate communities, as well as aquatic biodiversity responses (of bryophytes, macroinvertebrates and diatoms) to human impact on forested headwater streams. I also study the temporal variability of natural and human-impacted stream communities. I show that littoral macroinvertebrate communities are most variable between individual samples and to some extent between littorals, and that the diversity patterns of rare and common littoral macroinvertebrates vary at different spatial scales. Temporal (interannual) variability is of minor importance, particularly for the core species of the community. For rare species, however, the temporal component was generally more important than spatial turnover. For headwater streams, I show that most taxonomic groups responded negatively to human impact on the adjacent riparian forest. Nevertheless, pristine riparian forest is not a sufficient surrogate for stream biodiversity as also streams with relatively disturbed riparian forests supported diverse benthic communities. A rapid classification method based on the physical structure of the stream channel and its riparian forest is able to identify the reference-state communities, as well as the most severely altered communities, but a reliable identification of the intermediately-disturbed sites would need more precise information about the key stressors of stream communities. I found that fine sediments originating from forest drainage were the main factor causing reduction of stream biodiversity. I also found that forestry impacted streams varied temporally more than pristine streams, emphasizing the importance of interannual sampling of impacted streams for a reliable status assessment. / Tiivistelmä Luonnollisen ja ihmisen aiheuttaman biodiversiteettivaihtelun ymmärtäminen hoito- ja suojelutoimissa on tärkeää pienvesien monimuotoisuuden turvaamiseksi. Tarkastelen väitöskirjassani järvien rantavyöhykkeen pohjaeläinten ajallista ja paikallista vaihtelua sekä latvapurojen eliöyhteisöjen (pohjaeläimet, sammalet, piilevät) vasteita ihmisen aiheuttamaan fysikaaliseen muutokseen rantametsässä ja purouomassa. Tarkastelen myös ajallisen vaihtelun eroja luonnontilaisten ja ihmisvaikutteisten latvapurojen eliöyhteisöjen välillä. Osoitan, että järven rantavyöhykkeen pohjaeläinyhteisöt vaihtelevat eniten yksittäisten näytteiden välillä ja pienessä määrin eri rantojen välillä, mutta ajallinen vaihtelu ei heikennä tulosten luotettavuutta muiden kuin harvinaisten lajien osalta yhteen vuoteen rajoittuvassa näytteenotossa. Purotutkimuksissa osoitan, että useiden vesieliöryhmien lajirunsaus muuttuu ihmisen aiheuttaman rantametsän muutoksen seurauksena, mutta luonnontilaista rantametsää ei silti voida pitää yksiselitteisesti myös puron suojelutason mittarina, koska se ei välttämättä turvaa eliöiden lajistollista eheyttä suhteessa alkuperäiseen alueelliseen lajistoon. Rantametsän ja uoman fysikaalisiin rakennepiirteisiin perustuvaa nopeaa luokittelumenetelmää voidaan käyttää eliöyhteisöltään monimuotoisimpien ja metsätalouden voimakkaimmin rasittamien purojen tunnistamisessa. Eliöyhteisöltään lievemmin muutettujen purojen luotettavaan erotteluun luokittelun pitäisi kuitenkin sisältää tarkempaa tietoa metsäojitusten aiheuttamasta liettymisestä, joka on tulosteni perusteella haitallisin metsätaloudesta johtuva puroyhteisöjä rasittava tekijä. Havaitsin myös metsätalouden rasittamien purojen tilanarvioinnin toistettavuuden olevan luonnontilaisia puroja heikompaa, joten metsätalouden rasittamien purojen pidempiaikainen seuraaminen tuntuu välttämättömältä luotettavien tilanarvioiden tuottamiseksi.