Contains copies of 43 author's publications and introductory statement / Includes bibliographies / 44 pts : / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (D. Sc.)--University of Adelaide, 1986

As atividades humanas nos últimos dois séculos vêm provocando um aumento na concentração de dióxido de carbono (CO2) atmosférico. Um dos efeitos desse aumento é um incremento na produtividade primária de algumas espécies vegetais terrestres, que dessa maneira atuam como sequestradoras de carbono. Nos oceanos, o CO2 é armazenado principalmente na forma de carbonato de cálcio (CaCO3), e o aumento na sua concentração leva a uma acidificação da água do mar e a uma menor disponibilidade de íons carbonato. Os animais que precipitam CaCO3 não serviriam como sequestradores de carbono porque o processo de calcificação produz CO2. Porém, a maioria das medidas de balanço de CO2 em comunidades calcárias marinhas negligenciam as formações de algas. Nas algas calcárias o CO2 produzido pela calcificação é aproveitado pela fotossíntese. Além disso, aumentos na concentração de CO2 podem levar a aumentos na taxa de crescimento, embora essas taxas possam ser afetadas por uma queda na disponibilidade de íons carbonato. O objetivo deste trabalho foi verificar se o aumento na concentração de CO2, e a acidificação da água do mar por ela causada, afetam o crescimento de algas calcárias. Tendo em vista a ausência de referências sobre trabalhos desse tipo com algas calcárias e considerando que as coralináceas não-articuladas, grupo de algas com maior calcificação, são difíceis de trabalhar em laboratório, a primeira etapa do projeto foi dedicada ao estabelecimento de cultivos e de metodologias de trabalho. Foram analisadas algas calcárias de diversos grupos, sendo escolhidas as coralináceas não-articuladas pois sua calcificação, além de constante em relação ao crescimento, é bastante alta, o que compensa seu lento crescimento. Para os experimentos de injeção de CO2 estabeleceu-se o uso de frascos de 50 mL com 35 mL de meio artificial MCM, irradiância de 42 μmol.m-2.s-1, temperatura de 25°C e período de incubação de uma semana. Os experimentos de enriquecimento com CO2 foram feitos com nódulos de Lithophyllum sp. incubados após borbulhamento com diferentes volumes desse gás. Para isolar o efeito da acidificação foram feitas injeções de CO2 em meio com e sem adição de CaCO3 como tampão. Também foram feitas incubações em meio acidificado com HCl de modo a verificar o efeito da acidificação independente de um aumento de CO2. O crescimento foi estimado pela calcificação, medida através da técnica de anomalia de alcalinidade. Para os grupos experimentais em meio tamponado, a injeção de quantidades cada vez maiores de CO2 levou a um aumento proporcional nas taxas de crescimentos para volumes até 0,2 L, acima dos quais essas taxas permanecem as mesmas independente do aumento de CO2; esse limite é provavelmente devido à saturação do meio e não da alga, uma vez que o borbulhamento foi feito apenas no início do período de incubação. Nos grupos sem tamponamento, pequenos volumes de CO2 (0,06 L) provocam um aumento na taxa de calcificação; volumes um pouco maiores (0,2 L) provocam queda na taxa de crescimento; acima desse valor ocorre a morte das algas após algumas semanas. Os resultados das injeções em meio sem adição de tampão são consistentes com os valores obtidos com a acidificação do meio sem enriquecimento com CO2. Lithophyllum sp. não apresenta variação na taxa de crescimento entre pH 8,0 e 7,5. Em pH 7,0 ocorre queda da taxa de crescimento e morte em pH abaixo de 6,5. Os resultados, embora não sejam conclusivos devido à limitações metodológicas, indicam que Lithophyllum sp., e provavelmente as demais algas coralináceas, podem sequestrar carbono dentro de certos valores de pH. Devido à utilização de meio de cultura artificial rico em carbonatos, o limite obtido de pH 7,0 para crescimento deve ser maior em ambiente natural. Este estudo mostrou ser necessária a realização de trabalhos mais extensos, para os quais as técnicas e procedimentos aqui descritos trabalho podem ser utilizados. / Human activities over the last two centuries provoked an increase in the concentration of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere. One of the effects of this increase is an increment in the primary production of some terrestrial plants which in this way act carbon sinks. In the oceans the CO2 is stored mainly as calcium carbonate (CaCO3). An increase in the concentration of CO2 leads to seawater acidification and to a decrease in carbonate ions availability. Calcareous organisms, in principle, does not act as carbon sinks because the calcification process produces CO2. However, the majority of CO2 measurements in marine communities neglect the calcareous seaweed formations. In calcareous seaweeds the CO2 produced during the calcification process is utilized by photosynthesis. Moreover, increases in the CO2 concentration can lead to an increase in growth rates, although these rates can be negatively affected by a decrease in the availability of carbonate ions. The objective of this work is to test if an increase in the CO2 concentration, and seawater acidification, affects the growth rate of marine calcareous seaweeds. Information on seaweed calcification is scarce, specially on the non-articulated coralline algae, which are the main group of calcareous seaweeds. This group is difficult to work with in laboratory, and therefore the first stage of the project was dedicated to establish seaweed cultures and work methodologies. We tested different calcareous seaweeds including non Corallinaceae, articulated and non articulated coralline algae. Calcification presents a constant relation with growth and is higher on non articulated corallines, what compensates their slow growth. For the experiments of CO2 injection we utilizes vials of 50 mL with 35 mL of MCM artificial medium, irradiance of 42 μmol.m-2·s-1, temperature of 25°C and one week incubation time. The experiments of CO2 enrichment were made with nodules of Lithophyllum sp. incubated after bubbling different volumes of CO2. To isolate the acidification effect from the effect of CO2, injections were made in media with, and without, addition of CaCO3 as buffer. Incubations in medium acidified with HCl were also performed to verify the effect of acidification independent of CO2 increment. The growth was estimated by calcification, measured trough the alkalinity anomaly technique. For the buffered medium, injections of gradually higher volumes of CO2 led to a proportional increase in growth rates until the limit of 0.2 L; above this limit the growth rates remained the same, regardless the increase of CO2. This limit is probably due to saturation of the medium and not of the seaweed, once the bubbling was limited only to the beginning of the incubation time. In the groups without buffering, small volumes of CO2 (0.06 L) resulted in an increase in the growth rate. Volumes slightly higher (0.2 L) resulted in a decrease in the growth rate. In higher volumes seaweed began to die. These results are consistent with those obtained by acidifying with HCl. Lithophyllum sp. presented no variation in growth rate between pH 8.0 and 7.5. A decrease in growth rates occurred at pH 7.0, and death occurred at pH below 6.5. The results are not conclusive due to methodological limitations, but indicate that Lithophyllum sp., and probably other coralline algae, can act as carbon sinks under certain pH values. Due to the utilization of a carbonate rich artificial culture medium the observed pH 7.0 limit for growth must be higher in natural environment. More extensive work is necessary to understand the role of these seaweeds on the global atmospheric CO2 increase, for which the techniques and procedures described in this work can be utilized.

As atividades humanas nos últimos dois séculos vêm provocando um aumento na concentração de dióxido de carbono (CO2) atmosférico. Um dos efeitos desse aumento é um incremento na produtividade primária de algumas espécies vegetais terrestres, que dessa maneira atuam como sequestradoras de carbono. Nos oceanos, o CO2 é armazenado principalmente na forma de carbonato de cálcio (CaCO3), e o aumento na sua concentração leva a uma acidificação da água do mar e a uma menor disponibilidade de íons carbonato. Os animais que precipitam CaCO3 não serviriam como sequestradores de carbono porque o processo de calcificação produz CO2. Porém, a maioria das medidas de balanço de CO2 em comunidades calcárias marinhas negligenciam as formações de algas. Nas algas calcárias o CO2 produzido pela calcificação é aproveitado pela fotossíntese. Além disso, aumentos na concentração de CO2 podem levar a aumentos na taxa de crescimento, embora essas taxas possam ser afetadas por uma queda na disponibilidade de íons carbonato. O objetivo deste trabalho foi verificar se o aumento na concentração de CO2, e a acidificação da água do mar por ela causada, afetam o crescimento de algas calcárias. Tendo em vista a ausência de referências sobre trabalhos desse tipo com algas calcárias e considerando que as coralináceas não-articuladas, grupo de algas com maior calcificação, são difíceis de trabalhar em laboratório, a primeira etapa do projeto foi dedicada ao estabelecimento de cultivos e de metodologias de trabalho. Foram analisadas algas calcárias de diversos grupos, sendo escolhidas as coralináceas não-articuladas pois sua calcificação, além de constante em relação ao crescimento, é bastante alta, o que compensa seu lento crescimento. Para os experimentos de injeção de CO2 estabeleceu-se o uso de frascos de 50 mL com 35 mL de meio artificial MCM, irradiância de 42 μmol.m-2.s-1, temperatura de 25°C e período de incubação de uma semana. Os experimentos de enriquecimento com CO2 foram feitos com nódulos de Lithophyllum sp. incubados após borbulhamento com diferentes volumes desse gás. Para isolar o efeito da acidificação foram feitas injeções de CO2 em meio com e sem adição de CaCO3 como tampão. Também foram feitas incubações em meio acidificado com HCl de modo a verificar o efeito da acidificação independente de um aumento de CO2. O crescimento foi estimado pela calcificação, medida através da técnica de anomalia de alcalinidade. Para os grupos experimentais em meio tamponado, a injeção de quantidades cada vez maiores de CO2 levou a um aumento proporcional nas taxas de crescimentos para volumes até 0,2 L, acima dos quais essas taxas permanecem as mesmas independente do aumento de CO2; esse limite é provavelmente devido à saturação do meio e não da alga, uma vez que o borbulhamento foi feito apenas no início do período de incubação. Nos grupos sem tamponamento, pequenos volumes de CO2 (0,06 L) provocam um aumento na taxa de calcificação; volumes um pouco maiores (0,2 L) provocam queda na taxa de crescimento; acima desse valor ocorre a morte das algas após algumas semanas. Os resultados das injeções em meio sem adição de tampão são consistentes com os valores obtidos com a acidificação do meio sem enriquecimento com CO2. Lithophyllum sp. não apresenta variação na taxa de crescimento entre pH 8,0 e 7,5. Em pH 7,0 ocorre queda da taxa de crescimento e morte em pH abaixo de 6,5. Os resultados, embora não sejam conclusivos devido à limitações metodológicas, indicam que Lithophyllum sp., e provavelmente as demais algas coralináceas, podem sequestrar carbono dentro de certos valores de pH. Devido à utilização de meio de cultura artificial rico em carbonatos, o limite obtido de pH 7,0 para crescimento deve ser maior em ambiente natural. Este estudo mostrou ser necessária a realização de trabalhos mais extensos, para os quais as técnicas e procedimentos aqui descritos trabalho podem ser utilizados. / Human activities over the last two centuries provoked an increase in the concentration of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere. One of the effects of this increase is an increment in the primary production of some terrestrial plants which in this way act carbon sinks. In the oceans the CO2 is stored mainly as calcium carbonate (CaCO3). An increase in the concentration of CO2 leads to seawater acidification and to a decrease in carbonate ions availability. Calcareous organisms, in principle, does not act as carbon sinks because the calcification process produces CO2. However, the majority of CO2 measurements in marine communities neglect the calcareous seaweed formations. In calcareous seaweeds the CO2 produced during the calcification process is utilized by photosynthesis. Moreover, increases in the CO2 concentration can lead to an increase in growth rates, although these rates can be negatively affected by a decrease in the availability of carbonate ions. The objective of this work is to test if an increase in the CO2 concentration, and seawater acidification, affects the growth rate of marine calcareous seaweeds. Information on seaweed calcification is scarce, specially on the non-articulated coralline algae, which are the main group of calcareous seaweeds. This group is difficult to work with in laboratory, and therefore the first stage of the project was dedicated to establish seaweed cultures and work methodologies. We tested different calcareous seaweeds including non Corallinaceae, articulated and non articulated coralline algae. Calcification presents a constant relation with growth and is higher on non articulated corallines, what compensates their slow growth. For the experiments of CO2 injection we utilizes vials of 50 mL with 35 mL of MCM artificial medium, irradiance of 42 μmol.m-2·s-1, temperature of 25°C and one week incubation time. The experiments of CO2 enrichment were made with nodules of Lithophyllum sp. incubated after bubbling different volumes of CO2. To isolate the acidification effect from the effect of CO2, injections were made in media with, and without, addition of CaCO3 as buffer. Incubations in medium acidified with HCl were also performed to verify the effect of acidification independent of CO2 increment. The growth was estimated by calcification, measured trough the alkalinity anomaly technique. For the buffered medium, injections of gradually higher volumes of CO2 led to a proportional increase in growth rates until the limit of 0.2 L; above this limit the growth rates remained the same, regardless the increase of CO2. This limit is probably due to saturation of the medium and not of the seaweed, once the bubbling was limited only to the beginning of the incubation time. In the groups without buffering, small volumes of CO2 (0.06 L) resulted in an increase in the growth rate. Volumes slightly higher (0.2 L) resulted in a decrease in the growth rate. In higher volumes seaweed began to die. These results are consistent with those obtained by acidifying with HCl. Lithophyllum sp. presented no variation in growth rate between pH 8.0 and 7.5. A decrease in growth rates occurred at pH 7.0, and death occurred at pH below 6.5. The results are not conclusive due to methodological limitations, but indicate that Lithophyllum sp., and probably other coralline algae, can act as carbon sinks under certain pH values. Due to the utilization of a carbonate rich artificial culture medium the observed pH 7.0 limit for growth must be higher in natural environment. More extensive work is necessary to understand the role of these seaweeds on the global atmospheric CO2 increase, for which the techniques and procedures described in this work can be utilized.

Library copy is pt. 38 of the author's D.Sc. thesis : Aquatic botanical studies (1986) / 142 p. ; / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library.

Library copy is pt. 38 of the author's D.Sc. thesis : Aquatic botanical studies (1986) / 142 p. ; / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library.