O aumento da concentração do dióxido de carbono (CO2) na atmosfera vem causando o aquecimento global e a acidificação dos oceanos (AO), os quais cada vez mais são reconhecidos como importantes condutores de mudanças em sistemas biológicos. A AO tem o potencial de alterar de inúmeras maneiras a dinâmica biogeoquímica do carbono orgânico no oceano, levando a uma mudança na qualidade da matéria orgânica (MO) disponível para os organismos marinhos. Até agora, sabe-se muito pouco sobre como os sedimentos, os organismos que nele vivem e os processos que nele ocorrem vão reagir a mudanças na acidez da água do mar. Na costa brasileira, em especial, o estudo sobre os efeitos das mudanças climáticas nos processos bênticos ainda é incipiente. O presente estudo propôs uma investigação experimental com o intuito de seguir a incorporação do carbono orgânico e seu destino através da comunidade bêntica marinha após a chegada de alimento fresco, em condições atuais e de baixo pH. Nossos resultados indicaram que quando há chegada de MO fresca, a comunidade bêntica presente nos primeiros centímetros do sedimento responde de maneira rápida, incorporando esse material. Na biomassa bacteriana, após 2 dias de experimento, altos valores de incorporação (7283,04 μg13C.m-2) foram detectados. Entre os grupos da macrofauna, poliquetas apresentaram a maior incorporação do traçador e, em 4 dias de experimento, os principais agentes na incorporação do traçador foram Prionospio steenstrupi (51291,9 μg13C.m-2, 0-4 cm), Leodice rubra (20971,5 μg13C.m-2, 0-4 cm) e Poecilochaetus perequensis (6171,8 e 7263,2 μg13C.m-2, em 0-4 e 4-10 cm, respectivamente), além do molusco bivalve Eurytellina nitens (10600,4 μg13C.m-2, 0-4 cm). Quando submetidos a condições de AO, o poliqueta Leitoscoloplos sp. (2,02 μg13C.m-2) e o antozoário Edwarsia sp. (0,16 μg13C.m-2) se destacaram na incorporação do traçador em baixo pH (7,3). Em contrapartida, o molusco Dosinia concentrica (2,77 μg13C.m-2) e o poliqueta Poecilochaetus perequenses (2,68 μg13C.m-2) foram importantes agentes do processamento do carbono orgânico marcado nos primeiros centímetros do sedimento no controle (pH 8,1). Nas comunidades bacterianas, não houve diferenças de incorporação na biomassa entre o controle e o tratamento (6298,7 e 6562,2 μg13C.m-2, respectivamente). Assim, nosso estudo mostrou que eventos episódicos de chegada de alimento fresco vindos de processos que intensificam a produção primária adjacente (i.e., intrusão da ACAS e ressuspensão de sedimentos) nessa região meso-oligotrófica parecem ser essenciais não somente para a manutenção e sobrevivência da comunidade bêntica, mas também para a ciclagem de carbono nesses ambientes relativamente pobres em alimentos. Além disso, em condições de mudanças climáticas, a incorporação e o fluxo do carbono orgânico de parte da macrofauna bêntica pode ser potencialmente afetada pela AO. / Increasing carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere is causing global warming and ocean acidification (OA) which are increasingly recognized as important drivers of changes in biological systems. The OA has the potential to change in various ways the biogeochemical dynamics of organic carbon in the ocean, leading to a change in the quality of the organic matter (OM) available to marine organisms. So far, very little is known about how the sediments, the organisms that live in it and the processes that occur in it will respond to changes in the acidity of seawater. In the Brazilian coast, in particular, the study on the effects of climate change on benthic processes is still incipient. The present study was an experimental investigation in order to follow the incorporation of organic carbon and its destination over the marine benthic community after the arrival of fresh food, in current conditions and low pH. Our results indicated that when there is arrival of fresh OM, benthic community present in the first few centimeters of sediment responds quickly incorporating this material. In bacterial biomass, after 2 days of experiment, high incorporation values (7283.04 μg13C.m-2) were detected. Among the macrofaunal groups, polychaetes had the highest incorporation of the tracer, and after 4 days of experiment, the key players in the incorporation of the tracer were Prionospio steenstrupi (51291.9 μg13C.m-2, 0-4 cm), Leodice rubra (20971.5 μg13C.m-2, 0-4 cm) and Poecilochaetus perequensis (6171.8 and 7263.2 μg13C.m-2, 0-4 and 4-10 cm, respectively), besides the mollusk bivalve Eurytellina nitens (10600.4 μg13C.m-2, 0-4 cm). Under conditions of OA, the polychaete Leitoscoloplos sp. (2.02 μg13C.m-2) and anthozoa Edwarsia sp. (0.16 μg13C.m-2) stood out in the incorporation of the tracer at low pH (7.3). In contrast, the mollusk Dosinia concentrica (2.77 μg13C.m-2) and the polychaete Poecilochaetus perequenses (2.68 μg13C.m-2) were important agents of processing organic carbon in the first centimeters of sediment in control (pH 8.1). Our results showed that episodic events of fresh food arrival, coming from processes that enhance the primary production (i.e., intrusion of SACW and resuspension of sediment) in this meso-oligotrophic region, appears to be essential not only for the maintenance and survival of benthic community, but also to carbon cycling in these relatively food poor environments. Furthermore, in conditions of climate change, the incorporation and the flow of the organic carbon by part of benthic macrofaunal can be potentially affected by OA.

A acidificação dos oceanos, resultado do aumento das emissões de gás carbônico (CO2), por atividades antrópicas, vem causando uma mudança no equilíbrio químico do sistema carbonato e uma consequente diminuição do pH nos oceanos mundiais. Cerca de 30% das emissões antropogênicas de CO2 é absorvida pelo oceano, o que já reduziu o PH em 0,1 unidade em águas superficiais e são esperadas ainda maiores reduções. A escala de mudanças \"toleráveis\" de pH ainda é incerta para muitos organismos e pouco conhecida para muitos processos biológicos, particularmente no sedimento. Este trabalho teve como objetivo quantificar tanto as taxas atuais de remineralização da matéria orgânica e fluxos de nutrientes na interface água-sedimento, como as alterações nessas taxas em resposta a diferentes cenários de acidificação do oceano, usando câmaras de incubação bêntica tanto in situ como em laboratório. Os experimentos in situ e coleta de material para montagem dos experimentos em laboratório foram realizados através de mergulho autônomo, na área rasa de Ubatuba-SP (6-8 m de profundidade). As incubações mostraram alto consumo de O2, variando entre -17 mmol m-2 d-1 em Julho de 2012 e -112 mmol m-2 d-1 em Abril e Junho de 2013. Houve uma dominância da nitrificação, com fluxos entre 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (sem variação temporal). As incubações também mostraram fluxos positivos de amônio, sendo os mais altos (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) observados em Março, Abril e Junho de 2013. No geral, os processos de heterotrofia líquida prevaleceram sobre os processos autotróficos na região de estudo. Esses resultados indicam que os processos que ocorrem nos sedimentos costeiros de Ubatuba são: (1) remineralização aeróbica bêntica, (2) processos de nitrificação maiores que denitrificação e (3) provável excreção de organismos bênticos. O experimento de acidificação in situ indicou um aumento nos fluxos de O2 (de 0.02 para 45 mmol m-2 d-1). Os experimentos com acidificação mostraram efeitos similares: aumento do consumo médio de O2 e liberação de CO2, principalmente na areia. Houve diminuição nos processos de nitrificação em resposta à diminuição do pH. O estudo forneceu resultados importantes e inéditos sobre os processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros da região de Ubatuba (SP), assim como os efeitos da acidificação dos oceanos nos processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros. / Ocean acidification, a result of an increase in carbon dioxide (CO2) anthropic emissions, has caused a change in the chemical balance of the carbonate system and a consequent pH decrease in the world\'s oceans. Approximately 30% of anthropogenic CO2 is absorbed by the ocean, which has already reduced the pH by ∼0.1 units in surface waters (with further reductions expected). The scale of \"tolerable\" pH changes is still uncertain for many organisms and little-known for biological processes, particulary for the sediment. This work aimed to quantify both the current rates of organic matter remineralization and nutrient fluxes at the sediment-water interface and the changes in those rates in response to different ocean acidification scenarios, using benthic incubation chambers both in situ and in the laboratory. The in situ studies and sample collections for laboratory experiments were performed via SCUBA in a shallow area near Ubatuba-SP (6-8 m deep). Incubation experiments showed high oxygen (O2) consumption, ranging from -17 mmol m-2 d-1 in July 2012 to -112 µmol m-2 d-1 in April and June 2013. They also exhibited a dominance of nitrification, with fluxes between 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (with no temporal variation). Incubations also exhibited a release of ammonium, with the highest fluxes (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) in March, April and June 2013. In general, net heterothrophic processes prevailed over autotrophic processes for the study region. The interstitial water parameters (ammonium, phosphate, dissolved iron and total sulfides) exhibited no significant difference between the two kinds of sediment analyzed, silt (station 1) and sand (station 2). These results suggested that the processes occurring in the coastal sediments of Ubatuba are: (1) benthic remineralization mediated by bacterial biota, (2) nitrification prevailed over denitrification and (3) probably excretion by benthic organisms. The experiment in situ indicated an increase in the fluxes of O2 (from -70 to -108 µmol m-2 d-1) and CO2 (from 0.02 to 45 µmol m-2 d-1). The acidification experiments showed a similar effect: a higher O2 average consumption and CO2 release, mostly in the sandy sediment. A decrease in nitrification processes occurred in response to decreased pH. This work has provided a baseline for the biogeochemical processes in coastal sediments in Ubatuba (SP), as well as demonstrated the effects of ocean acidification on biogeochemical processes in coastal sediments.

Sedimentos de regiões costeiras são caracterizados por altas concentrações de matéria de orgânica. As bactérias desempenham um fator chave na decomposição da matéria orgânica e na reciclagem de nutrientes inorgânicos essenciais. Além de representar um dos mais importantes recursos alimentares para a meio- e macrofauna. O presente estudo teve por objetivo avaliar a abundância e biomassa da comunidade bacteriana bêntica de duas enseadas na região costeira de Ubatuba (SP), relacionando-as ao aporte de matéria orgânica de diferentes fontes (marinha, terrestre e antrópica) e à estrutura da comunidade bêntica. Foram realizadas seis coletas bimensais em quatro estações por enseada ao longo de um transecto costa-oceano. O sedimento de cada testemunho foi fatiado a bordo em três camadas (0-2, 2-5 e 5-10 cm). A análise bacteriana foi conduzida através de contagem direta em microscópio de epifluorescência e a atividade através da freqüência de células em divisão. A análise dos parâmetros sedimentares como granulometria, qualidade e quantidade de matéria orgânica, bem como dados de macro e meiofauna foram obtidos através do Projeto DIAGEN, do qual o presente estudo faz parte. Os resultados de densidade e biomassa bacteriana mostraram valores sempre maiores na enseada de Ubatuba em relação à Fortaleza, acompanhado por teores mais elevados de matéria orgânica total, clorofila-a, feopigmentos e biomassa microbiana. O padrão de deposição das enseadas provavelmente teve papel decisivo nos altos valores de biomassa e densidade bacteriana nas regiões centrais e rasas das enseadas. Densidades e biomassas bacterianas mais elevadas foram encontradas no inverno (junho de 2005), não sendo observadas relações direta com os valores de matéria orgânica total ou clorofila-a. O estudo mostrou uma alta atividade bacteriana na camada superficial do sedimento, em especial no outono, com valores sempre maiores na enseada de Fortaleza, contrastando com os valores de densidade e biomassa. / Coastal sediments are characterized by high organic matter contents. Bacteria play a key role in organic matter decomposition and are essential in the nutrient recycling process. Moreover, represent an important food source for meio- and macrofaunal organisms. The present study aimed to evaluate the abundance and biomass of the benthic bacterial community in two bays of the coastal region of Ubatuba (SP). Bacterial abundance and biomass were compared with the distribution and abundance of different organic matter sources (marine, terrestrial and anthropogenic) and with the structure of the benthic community. We collected samples every two months for a period of one year in four stations on each bay along a coast-ocean transect. Tube cores were used to collect sediment samples, which were sliced on board in three layers (0-2, 2-5 and 5-10 cm). Bacterial abundance and biomass were counted and measured under epifluorescence microscopy and bacterial activity was estimated by the frequency of dividing cells. Information on sediment grain size distribution, quality and quantity of organic matter, as well as macro- and meiofauna were available from Project DIAGEN, from which this study is part. Bacterial density and biomass were always higher in Ubatuba bay, which appeared to be related to larger amounts of total organic matter, chlorophyll-a, pheopigments and microbial biomass. The differential deposition pattern observed in both bays was probably important determining the higher values of bacterial biomass and density found in the central and shallow portions of the bays. Despite higher bacterial density and biomass were found during the winter (June 2004) in most stations, this seemed not to be related to total organic matter or chlorophyll-a. Bacterial activity was high in surficial sediments, especially during autumn, with consistently larger values in Fortaleza bay.

O presente estudo visou investigar os efeitos da ressuspensão do sedimento e enriquecimento orgânico por diferentes microalgas na estrutura das comunidades microbianas do sedimento. Para tanto dois experimentos laboratoriais separados foram realizados (Nov-Dez/2009 e Abr-Maio/2011) com o intuito de simular as condições de ressuspensão e pulsos de produtividade primária observadas em campo e assim observar como a comunidade microbiana do sedimento é influenciada por esses eventos. Ambos os experimentos foram mantidos por um total de 30 dias após o tratamento, durante os quais amostras para análises sedimentares, densidade de procariotos e composição da comunidade bacteriana foram tomadas em seis períodos diferentes. A camada superficial do sedimento foi estudada mais detalhadamente e mostrou que tanto a chegada de material algal quanto a ressuspensão são responsáveis por mudanças significativas na densidade, metabolismo e composição da comunidade bacteriana do sedimento. Ainda, a chegada de diferentes tipos de algas ao sedimento (fitoflagelados e diatomáceas) levou a diferentes repostas tanto na densidade quanto na diversidade dos micro-organismos sedimentares. A estrutura vertical dos micro-organismos na coluna sedimentar também foi estudada. A chegada de material algal no sedimento não levou a grandes mudanças na estrutura da comunidade mais profundas da coluna sedimentar. A estabilidade criada pelo ambiente experimental parece ter levado a um aumento tanto da densidade quanto da diversidade microbiana na camada intermediária do sedimento, em ambos os tratamentos e no controle. Já a ressuspensão parece influenciar de forma mais efetiva a distribuição dos micro-organismos na coluna sedimentar, devido a mistura da coluna sedimentar e mudanças nas condições redox das camadas sedimentares. Concluindo, tanto a chegada de alimento no sedimento, como eventos de ressuspensão são responsáveis por mudanças significativas na comunidade microbiana dos sedimentos costeiros. / The present study aimed to investigate the effects of sediment resuspension and organic enrichment by different microalgae on the sedimentary microbial community structure. We run two separate laboratory experiments (Nov-Dec/2009 and Apr-May/2011) to simulate resuspension conditions and pulses of primary productivity observed in the field, and analyze how these events affect the microbial community. Both experiments were maintained for a total of 30 days following treatment when samples were taken for sedimentary analysis, prokaryotic density and bacterial community analyses at six different sampling times. The sediment surface layer was studied in more detail, and showed that both the input of algal material and resuspension are responsible for significant changes in density, metabolism and bacterial community composition. Also, the arrival of different types of algae to the sediment (phytoflagellates and diatoms) led to different responses in both density and diversity of sedimentary microorganisms. The vertical structure of microorganisms in the sediment column was also studied. The arrival of algal material in the sediment did not show important changes in community structure of the deeper sedimentary layers. The stability created by the experimental environment seems to increase both the density and diversity of microbes in the middle layer of sediment in both treatments and control. On the other hand resuspension seems to influence more effectively the distribution of microorganisms in the sedimentary column due to sediment mixing and changes in redox conditions of different layers. In conclusion, both the arrival of food on the sediment and resuspension events is responsible for important changes in the coastal sediment microbial communities.

A acidificação dos oceanos, resultado do aumento das emissões de gás carbônico (CO2), por atividades antrópicas, vem causando uma mudança no equilíbrio químico do sistema carbonato e uma consequente diminuição do pH nos oceanos mundiais. Cerca de 30% das emissões antropogênicas de CO2 é absorvida pelo oceano, o que já reduziu o PH em 0,1 unidade em águas superficiais e são esperadas ainda maiores reduções. A escala de mudanças \"toleráveis\" de pH ainda é incerta para muitos organismos e pouco conhecida para muitos processos biológicos, particularmente no sedimento. Este trabalho teve como objetivo quantificar tanto as taxas atuais de remineralização da matéria orgânica e fluxos de nutrientes na interface água-sedimento, como as alterações nessas taxas em resposta a diferentes cenários de acidificação do oceano, usando câmaras de incubação bêntica tanto in situ como em laboratório. Os experimentos in situ e coleta de material para montagem dos experimentos em laboratório foram realizados através de mergulho autônomo, na área rasa de Ubatuba-SP (6-8 m de profundidade). As incubações mostraram alto consumo de O2, variando entre -17 mmol m-2 d-1 em Julho de 2012 e -112 mmol m-2 d-1 em Abril e Junho de 2013. Houve uma dominância da nitrificação, com fluxos entre 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (sem variação temporal). As incubações também mostraram fluxos positivos de amônio, sendo os mais altos (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) observados em Março, Abril e Junho de 2013. No geral, os processos de heterotrofia líquida prevaleceram sobre os processos autotróficos na região de estudo. Esses resultados indicam que os processos que ocorrem nos sedimentos costeiros de Ubatuba são: (1) remineralização aeróbica bêntica, (2) processos de nitrificação maiores que denitrificação e (3) provável excreção de organismos bênticos. O experimento de acidificação in situ indicou um aumento nos fluxos de O2 (de 0.02 para 45 mmol m-2 d-1). Os experimentos com acidificação mostraram efeitos similares: aumento do consumo médio de O2 e liberação de CO2, principalmente na areia. Houve diminuição nos processos de nitrificação em resposta à diminuição do pH. O estudo forneceu resultados importantes e inéditos sobre os processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros da região de Ubatuba (SP), assim como os efeitos da acidificação dos oceanos nos processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros. / Ocean acidification, a result of an increase in carbon dioxide (CO2) anthropic emissions, has caused a change in the chemical balance of the carbonate system and a consequent pH decrease in the world\'s oceans. Approximately 30% of anthropogenic CO2 is absorbed by the ocean, which has already reduced the pH by ∼0.1 units in surface waters (with further reductions expected). The scale of \"tolerable\" pH changes is still uncertain for many organisms and little-known for biological processes, particulary for the sediment. This work aimed to quantify both the current rates of organic matter remineralization and nutrient fluxes at the sediment-water interface and the changes in those rates in response to different ocean acidification scenarios, using benthic incubation chambers both in situ and in the laboratory. The in situ studies and sample collections for laboratory experiments were performed via SCUBA in a shallow area near Ubatuba-SP (6-8 m deep). Incubation experiments showed high oxygen (O2) consumption, ranging from -17 mmol m-2 d-1 in July 2012 to -112 µmol m-2 d-1 in April and June 2013. They also exhibited a dominance of nitrification, with fluxes between 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (with no temporal variation). Incubations also exhibited a release of ammonium, with the highest fluxes (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) in March, April and June 2013. In general, net heterothrophic processes prevailed over autotrophic processes for the study region. The interstitial water parameters (ammonium, phosphate, dissolved iron and total sulfides) exhibited no significant difference between the two kinds of sediment analyzed, silt (station 1) and sand (station 2). These results suggested that the processes occurring in the coastal sediments of Ubatuba are: (1) benthic remineralization mediated by bacterial biota, (2) nitrification prevailed over denitrification and (3) probably excretion by benthic organisms. The experiment in situ indicated an increase in the fluxes of O2 (from -70 to -108 µmol m-2 d-1) and CO2 (from 0.02 to 45 µmol m-2 d-1). The acidification experiments showed a similar effect: a higher O2 average consumption and CO2 release, mostly in the sandy sediment. A decrease in nitrification processes occurred in response to decreased pH. This work has provided a baseline for the biogeochemical processes in coastal sediments in Ubatuba (SP), as well as demonstrated the effects of ocean acidification on biogeochemical processes in coastal sediments.

O aumento da concentração do dióxido de carbono (CO2) na atmosfera vem causando o aquecimento global e a acidificação dos oceanos (AO), os quais cada vez mais são reconhecidos como importantes condutores de mudanças em sistemas biológicos. A AO tem o potencial de alterar de inúmeras maneiras a dinâmica biogeoquímica do carbono orgânico no oceano, levando a uma mudança na qualidade da matéria orgânica (MO) disponível para os organismos marinhos. Até agora, sabe-se muito pouco sobre como os sedimentos, os organismos que nele vivem e os processos que nele ocorrem vão reagir a mudanças na acidez da água do mar. Na costa brasileira, em especial, o estudo sobre os efeitos das mudanças climáticas nos processos bênticos ainda é incipiente. O presente estudo propôs uma investigação experimental com o intuito de seguir a incorporação do carbono orgânico e seu destino através da comunidade bêntica marinha após a chegada de alimento fresco, em condições atuais e de baixo pH. Nossos resultados indicaram que quando há chegada de MO fresca, a comunidade bêntica presente nos primeiros centímetros do sedimento responde de maneira rápida, incorporando esse material. Na biomassa bacteriana, após 2 dias de experimento, altos valores de incorporação (7283,04 μg13C.m-2) foram detectados. Entre os grupos da macrofauna, poliquetas apresentaram a maior incorporação do traçador e, em 4 dias de experimento, os principais agentes na incorporação do traçador foram Prionospio steenstrupi (51291,9 μg13C.m-2, 0-4 cm), Leodice rubra (20971,5 μg13C.m-2, 0-4 cm) e Poecilochaetus perequensis (6171,8 e 7263,2 μg13C.m-2, em 0-4 e 4-10 cm, respectivamente), além do molusco bivalve Eurytellina nitens (10600,4 μg13C.m-2, 0-4 cm). Quando submetidos a condições de AO, o poliqueta Leitoscoloplos sp. (2,02 μg13C.m-2) e o antozoário Edwarsia sp. (0,16 μg13C.m-2) se destacaram na incorporação do traçador em baixo pH (7,3). Em contrapartida, o molusco Dosinia concentrica (2,77 μg13C.m-2) e o poliqueta Poecilochaetus perequenses (2,68 μg13C.m-2) foram importantes agentes do processamento do carbono orgânico marcado nos primeiros centímetros do sedimento no controle (pH 8,1). Nas comunidades bacterianas, não houve diferenças de incorporação na biomassa entre o controle e o tratamento (6298,7 e 6562,2 μg13C.m-2, respectivamente). Assim, nosso estudo mostrou que eventos episódicos de chegada de alimento fresco vindos de processos que intensificam a produção primária adjacente (i.e., intrusão da ACAS e ressuspensão de sedimentos) nessa região meso-oligotrófica parecem ser essenciais não somente para a manutenção e sobrevivência da comunidade bêntica, mas também para a ciclagem de carbono nesses ambientes relativamente pobres em alimentos. Além disso, em condições de mudanças climáticas, a incorporação e o fluxo do carbono orgânico de parte da macrofauna bêntica pode ser potencialmente afetada pela AO. / Increasing carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere is causing global warming and ocean acidification (OA) which are increasingly recognized as important drivers of changes in biological systems. The OA has the potential to change in various ways the biogeochemical dynamics of organic carbon in the ocean, leading to a change in the quality of the organic matter (OM) available to marine organisms. So far, very little is known about how the sediments, the organisms that live in it and the processes that occur in it will respond to changes in the acidity of seawater. In the Brazilian coast, in particular, the study on the effects of climate change on benthic processes is still incipient. The present study was an experimental investigation in order to follow the incorporation of organic carbon and its destination over the marine benthic community after the arrival of fresh food, in current conditions and low pH. Our results indicated that when there is arrival of fresh OM, benthic community present in the first few centimeters of sediment responds quickly incorporating this material. In bacterial biomass, after 2 days of experiment, high incorporation values (7283.04 μg13C.m-2) were detected. Among the macrofaunal groups, polychaetes had the highest incorporation of the tracer, and after 4 days of experiment, the key players in the incorporation of the tracer were Prionospio steenstrupi (51291.9 μg13C.m-2, 0-4 cm), Leodice rubra (20971.5 μg13C.m-2, 0-4 cm) and Poecilochaetus perequensis (6171.8 and 7263.2 μg13C.m-2, 0-4 and 4-10 cm, respectively), besides the mollusk bivalve Eurytellina nitens (10600.4 μg13C.m-2, 0-4 cm). Under conditions of OA, the polychaete Leitoscoloplos sp. (2.02 μg13C.m-2) and anthozoa Edwarsia sp. (0.16 μg13C.m-2) stood out in the incorporation of the tracer at low pH (7.3). In contrast, the mollusk Dosinia concentrica (2.77 μg13C.m-2) and the polychaete Poecilochaetus perequenses (2.68 μg13C.m-2) were important agents of processing organic carbon in the first centimeters of sediment in control (pH 8.1). Our results showed that episodic events of fresh food arrival, coming from processes that enhance the primary production (i.e., intrusion of SACW and resuspension of sediment) in this meso-oligotrophic region, appears to be essential not only for the maintenance and survival of benthic community, but also to carbon cycling in these relatively food poor environments. Furthermore, in conditions of climate change, the incorporation and the flow of the organic carbon by part of benthic macrofaunal can be potentially affected by OA.

Thesis (Ph. D.)--Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2007. / Includes bibliographical references. / This thesis employs compound-specific stable carbon and radiocarbon isotopic analysis of organic biomarkers to (a) resolve petrogenic from pre-aged vascular plant organic carbon (OC) in continental margin sediments, (b) investigate the underlying mechanisms controlling the anomalously old ages that are often observed for the terrestrial component of sedimentary OC, and (c) address the associated consequences for biomarker-based climate reconstructions. In Chapters 2 and 3, coupled molecular isotope mass balances demonstrate that the amount of petrogenic OC residing on the Beaufort Shelf (Arctic Ocean) and the Eel River Margin (coastal California) has been previously overestimated due to the presence of significantly 'pre-aged' terrestrial OC. However, even though the contribution of organic matter emanating from sedimentary rocks may be smaller, these results reinforce the emerging notion that it is not completely oxidized during weathering and subsequent seaward transport. In Chapter 4, comparison of the down-core radiocarbon profiles for certain vascular plant biomarkers extracted from Cariaco Basin (Caribbean Sea) and Saanich Inlet (coastal British Columbia) sediments with the radiocarbon evolution of atmospheric carbon dioxide reveals that the vast majority of the terrestrial OC experiences multi-millennial residence times on land prior to entering the sea. Most of the remaining inventory is deposited in sediments within one or two decades, providing direct evidence that very little terrestrial organic matter is rapidly transferred to the marine environment. / (cont.) With this in mind, the striking modulation in the signal amplitude of a biomarker-based tropical paleoaridity record presented in Chapter 5 was instead used to evaluate the role of low versus high latitude forcing in abrupt paleoclimate oscillations during the last full glacial cycle. Seasonal variations in the position of the Intertropical Convergence Zone were interpreted to be a response to both high latitude adjustments in meridional overturning circulation and precessionally-driven modifications in local insolation. Finally, Chapter 6 addresses the broader implications of multi-millennial terrestrial residence times for paleoclimate records based on vascular plant biomarkers. / by Nicholas J. Drenzek. / Ph.D.

Cross-shore bathymetric evolution in the nearshore zone often leads to threatening consequences such as beach erosion and shoreline retreat that concern the coastal community. A new, comprehensive cross-shore morphodynamic model was developed that can be used to describe and predict these phenomena. The study included both physical and numerical models that were designed to focus on the influence of sediment size characteristics on the cross-shore sediment transport process. For a profile equilibrium timescale, three types of beach profiles with different sediment mixtures were simulated in a small-scale, random-wave flume laboratory using erosive, storm, and accretive wave conditions. Dynamic relationships between the sediment grain sorting and beach profile changes were found to be evident as size-graded sediment fractions tended to relocate to different energetic zones along the cross-shore profiles. Existing phase-averaged wave and circulation models were utilized together with several new intra-wave modules for predicting important hydrodynamic parameters that were validated using the experimental data. A novel, multi-size sediment transport model was formulated to compute individual transport rates of size-graded sediment fractions while accounting for their interaction and non-linear size dependencies. The model was coupled with a new grain sorting model that resolves cross-shore grain sorting and vertical grain lamination. Compared to a traditional modeling approach, the new comprehensive model proved to offer superior modeling accuracy for both profile evolution and sediment grain size change. The use of the model is most advantageous for a condition with intensive grain sorting, a common scenario on a natural beach profile. Equilibrium beach profile is also better simulated by the model as size-graded fractions are predicted to relocate to different zones where they could withstand local hydrodynamics. Other new components that also help improve the modeling capability include the terms for wave-breaking and bed-slope effects, wave-crest sediment flux, and acceleration-induced bottom-shear stress. Besides superior profile modeling accuracy, sediment size characteristics and their spatial and temporal variations are also a useful set of information provided by the new model.