Estuaries are dynamic environments that are strongly affected by natural variability, as well as direct and indirect anthropogenic impacts. A better understanding of the drivers of carbon fluxes and biogeochemical variability in estuarine systems is needed, particularly with the increasing threat of ocean acidification. Morro Bay in Central California is a small nationally protected estuary, with seasonally low freshwater inputs. Since 2007, the bay has experienced a significant loss of native seagrass, Zostera marina, which is an important component of the marine ecosystem. Because seagrass photosynthesis decreases carbon dioxide and increases oxygen in the water column, the loss of seagrass has the potential to substantially change short-term carbonate chemistry and long-term carbon fluxes of an estuary. The spatial variability of carbonate chemistry was measured in Morro Bay using ship-board surveys during the low-inflow summer season and measured the temporal variability by collecting samples close to the shore from July to November. Discrete samples show an increase in total alkalinity and dissolved inorganic carbon in the mid and back bay regions, historically dominated by seagrass. Slightly lower total alkalinity and dissolved inorganic carbon were observed in the Fall season compared to the low-inflow Summer season. Analysis of the relative modification of alkalinity and dissolved inorganic carbon, paired with salinity and temperature data, contributes to an understanding of the drivers of the observed carbonate variability. This understanding may provide clues to the causes and effects of observed changes to the bay with seagrass loss. More broadly, it will inform the vulnerability of other low-inflow estuaries to future acidification and highlight the role seagrasses play in mitigating local acidification.

Global climate change is increasing the number of hot days along the California coast as well as increasing the incidence of off-shore upwelling events that lower the pH of intertidal seawater; thus, intertidal organisms are experiencing an increase in more than one stress simultaneously. This study seeks to characterize the global protein response of the eurythermal porcelain crab Petrolisthes cinctipes to changes in thermal, pH, and tidal regime treatments, either combined or individually. The first experiment examined temperature stress alone and sought to determine the effect of chronic temperature acclimation on the acute heat shock response. We compared the proteomic response of cheliped muscle tissue following a month-long acclimation to either (1) constant 10°C, (2) daily fluctuation from 10-20°C, or (3) daily fluctuation from 10-30°C, all followed by either a 30°C acute heat shock or 10°C control. We found that ATP supply via the phosphagen system, changes in glycolytic enzymes, muscle fiber restructuring, respiratory protein fragmentation, and immunity were primarily affected by acclimation and subsequent heat shock. Acclimation to the “extreme” regimes (10°C and 10-30°C) resulted in the greatest proteomic changes, while acclimation to the moderate regime (10-20°C) resulted in a more mild response to heat shock (i.e., fewer adjustments to relative protein abundance). The second experiment sought to determine the proteomic response of gill tissue following a 17 d acclimation to daily changes in pH (ambient pH 8.1 vs low pH 7.6), tidal regime (constant immersion vs 6 h emersion), and temperature (ambient 11°C vs 22-31°C heat shock during emersion). Low pH alone reduced expression of molecular chaperones of the endoplasmic reticulum, lectins, and serine proteases involved in activating the prophenoloxidase cascade. It also increased the abundance of Na+/K+-ATPase, nitrogen metabolism enzymes, and induced changes in tubulin expression, all suggesting an increase in ammonium excretion. Addition of emersion during low pH reduced the abundance of several metabolic proteins including those involved in the proposed ammonium excretion mechanism, suggesting a decrease in metabolic function in part to prevent toxic accumulation of ammonium in the branchial chambers. Combined pH, emersion, and thermal stress increased the abundance of proteins involved in cuticle binding and crosslinking. These results indicate that the responses to pH, tidal cycle, and temperature are highly dependent on one another and that changes in ER protein maturation, ion transport, immunity, and cuticle structure are the primary biochemical systems impacted by these environmental stressors in crustacean gill.

A acidificação oceânica, resultante do aumento da concentração de CO2 atmosférico, vem alterando a química dos oceanos resultando na diminuição de seu pH. Diversos estudos avaliaram as consequências dessa diminuição no pH oceânico nas taxas de calcificação, reprodução e desenvolvimento em diversos modelos marinhos, entretanto estudos relacionados a outros processos fisiológicos, como a imunidade, e estudos com indivíduos adultos são escassos. Ouriços-do-mar são espécies aderidas ao substrato, importantes para a ciclagem de nutrientes no ambiente marinho, sendo também animais utilizados como bioindicadores para monitoramento ambiental; assim o estudo da resposta imune inata desses animais frente à acidificação dos oceanos é de extrema importância para prever possíveis alterações fisiológicas desses animais e sua capacidade de adaptação. O presente trabalho teve como objetivo avaliar as alterações provocadas pela acidificação oceânica na resposta imune e no balanço ácido base de duas espécies de ouriço-do-mar tropicais: Lytechinus variegatus e Echinometra lucunter durante as estações de verão e inverno; para isso foram analisados os índices fagocíticos, a capacidade de adesão e espraiamento celular dos amebócitos fagociticos além do balanço acido base do liquido celomático após o período de 24 horas e cinco dias de exposição aos pHs 7,6 e 7,3. Foi também avaliada a capacidade de recuperação dessas espécies com o objetivo de verificar se os parâmetros alterados pela exposição conseguiam ser reestabelecidos. Os resultados mostraram que a redução no pH da água do mar alterou a proporção celular, reduziu a capacidade de fagocitose e espraiamento dos amebócitos fagocíticos assim como também afetou o balanço ácido-base do líquido celomático. Foram encontradas diferenças também entre as estações do ano sendo estas encontradas apenas na espécie Lytechinus variegatus. O teste de recuperação mostrou que os parâmetros alterados pela exposição tendem a retornar aos valores controles, mostrando que em curto prazo essas alterações podem não ser irreversíveis, entretanto, mais estudos são necessários principalmente avaliando períodos de exposição prolongados. Juntos nossos resultados mostram que a acidificação oceânica prejudica parâmetros imunes extremamente importantes para a eliminação de patógenos e consequentemente a sobrevivência desses animais em um futuro oceano acidificado. / Ocean acidification due to increased atmospheric CO2 concentration is altering ocean chemistry resulting in the decrease of its pH. Several studies evaluated the effects of this decrease in ocean pH on calcification rates, reproduction and development in different marine models, however studies related to other physiological processes such as immunity and studies with adult animals are scarce. Sea urchins are species adhered to the substrate, important for nutrient cycling in the marine environment, also being used as bioindicators for environmental monitoring. Thus the study of the innate immune response of these animals due to the acidification of the oceans is extremely important to predict possible physiological changes of these animals and their ability to adapt to this condition. This study aimed to evaluate the changes caused by ocean acidification in the immune response and in the acid-base balance of two sea urchin tropical species: Lytechinus variegatus and Echinometra lucunter during seasons of summer and winter; for this, indexes of phagocytosis, cell adhesion and spreading ability were analyzed in addition to the acid-base balance of the coelomic fluid after 24 hours and five days of exposure to pH 7.6 and 7.3The recover ability of these species were also evaluated in order to verify if the parameters altered by exposition could be reestablished. The results shows that a reduction in the seawater pH changed the cell proportion, reduced the ability of phagocytosis and phagocytic amoebocyte spreading as well as affected the acid-base balance of the coelomic fluid. Differences were also found between seasons, but only in the specie Lytechinus variegatus. The recovery test showed that the parameters altered by exposure tend to return to control values, showing that in the short term these changes may not be irreversible, however, further studies are necessary mainly those related to prolonged periods of exposure. Together our results show that ocean acidification impairs immune parameters extremely important for the elimination of pathogens and consequently the survival of these animals in a future acidified ocean.

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.

The increase of carbon dioxide in the atmosphere observed in recent decades is causing the acidification of the oceans besides the global warming. The amount of carbon dioxide that crosses the air-sea interface is not well known because this amount depends upon the partial pressure of carbon dioxide and the gas transfer velocity. The gas transfer velocity is a variable based on Fick\'s Law of Diffusion and is normally parametrized as a function of wind velocity at the height of 10 meters. However, the result of this parametrization have errors greater than 100%. Newer parametrization include the effects of temperature, friction velocity and the presence of surface waves. Based on the simplest model of air-sea gas transfer model, the stagnant film theory, this study developed a methodology to improve the knowledge of the relation between the gas transfer velocity and the mean square slope. This variable accounts for the mean curvature of the waves in the surface. The data used was gathered within the scope of the DOGEE project in 2007. In that, a drifting buoy measured several parameters relative to the waves and the gas transfer velocity. The results show that the mean square slope calculated with waves whose wavenumber is between 40 and 50 radians per meter has the lowest root mean square errors of the regression between the mean square slope and the gas transfer velocity. This result showed to be very consistent when applied to the QuikSCAT scatterometer data and compared to a recent published study. / O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera observado nas últimas décadas é responsável por alterações climáticas e ambientais em escala global. Uma das consequências desse aumento da concentração de gás carbônico é o aquecimento global. Outra consequência é a acidificação dos oceanos. Isto ocorre devido ao dióxido de carbono atravessar a interface ar-mar e se dissolver no oceano. A quantidade de dióxido de carbono que atravessa a interface ar-mar é um dado não conhecido com precisão devido a esta quantidade depender de uma constante conhecida por velocidade de transferência do gás carbônico. Esta velocidade de transferência é normalmente uma parametrização do transporte turbulento do gás na interface oceano-atmosfera. Como o dado mais comum para essa parametrização é o vento à altura de 10 metros, muitos estudos foram desenvolvidos utilizando esta variável. No entanto, os resultados destas parametrizações possuem erros da ordem de 100%. Este estudo desenvolveu uma metodologia para obter uma melhor estimativa da velocidade de transferência. Para isto, optou-se por relacionar esta variável à inclinação quadrática média (MSS) das ondas. Segundo a literatura científica recente, o MSS é uma variável mais relacionada à transferência gasosa do que o vento a 10 metros de altura. Os resultados mostram que a inclinação quadrática média calculado com números de onda entre 40 e 50 radianos por metro possuem o menor erro no ajuste linear com os dados de velocidade de transferência. Este resultado indica uma mudança da dinâmica da interface nesse intervalo de número de onda. Com isso, um novo ajuste linear entre o MSS e a velocidade de transferência é sugerido como parametrização. A aplicação desta nova parametrização a dados de satélite do tipo escaterômetro mostrou-se consistente quando comparado a um estudo recente relacionando a velocidade de transferência do gás carbônico diretamente a dados do satélite oceanográfico QuikSCAT.

The increase of carbon dioxide in the atmosphere observed in recent decades is causing the acidification of the oceans besides the global warming. The amount of carbon dioxide that crosses the air-sea interface is not well known because this amount depends upon the partial pressure of carbon dioxide and the gas transfer velocity. The gas transfer velocity is a variable based on Fick\'s Law of Diffusion and is normally parametrized as a function of wind velocity at the height of 10 meters. However, the result of this parametrization have errors greater than 100%. Newer parametrization include the effects of temperature, friction velocity and the presence of surface waves. Based on the simplest model of air-sea gas transfer model, the stagnant film theory, this study developed a methodology to improve the knowledge of the relation between the gas transfer velocity and the mean square slope. This variable accounts for the mean curvature of the waves in the surface. The data used was gathered within the scope of the DOGEE project in 2007. In that, a drifting buoy measured several parameters relative to the waves and the gas transfer velocity. The results show that the mean square slope calculated with waves whose wavenumber is between 40 and 50 radians per meter has the lowest root mean square errors of the regression between the mean square slope and the gas transfer velocity. This result showed to be very consistent when applied to the QuikSCAT scatterometer data and compared to a recent published study. / O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera observado nas últimas décadas é responsável por alterações climáticas e ambientais em escala global. Uma das consequências desse aumento da concentração de gás carbônico é o aquecimento global. Outra consequência é a acidificação dos oceanos. Isto ocorre devido ao dióxido de carbono atravessar a interface ar-mar e se dissolver no oceano. A quantidade de dióxido de carbono que atravessa a interface ar-mar é um dado não conhecido com precisão devido a esta quantidade depender de uma constante conhecida por velocidade de transferência do gás carbônico. Esta velocidade de transferência é normalmente uma parametrização do transporte turbulento do gás na interface oceano-atmosfera. Como o dado mais comum para essa parametrização é o vento à altura de 10 metros, muitos estudos foram desenvolvidos utilizando esta variável. No entanto, os resultados destas parametrizações possuem erros da ordem de 100%. Este estudo desenvolveu uma metodologia para obter uma melhor estimativa da velocidade de transferência. Para isto, optou-se por relacionar esta variável à inclinação quadrática média (MSS) das ondas. Segundo a literatura científica recente, o MSS é uma variável mais relacionada à transferência gasosa do que o vento a 10 metros de altura. Os resultados mostram que a inclinação quadrática média calculado com números de onda entre 40 e 50 radianos por metro possuem o menor erro no ajuste linear com os dados de velocidade de transferência. Este resultado indica uma mudança da dinâmica da interface nesse intervalo de número de onda. Com isso, um novo ajuste linear entre o MSS e a velocidade de transferência é sugerido como parametrização. A aplicação desta nova parametrização a dados de satélite do tipo escaterômetro mostrou-se consistente quando comparado a um estudo recente relacionando a velocidade de transferência do gás carbônico diretamente a dados do satélite oceanográfico QuikSCAT.

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.

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.

Essay I: In January, 2005, the EU launched the first international emissions trading system (EU ETS), aimed at reducing carbon emissions in a cost-effective way by means of a market-based instrument. In this paper, we use the treatment/control, before/after design of the natural experiment approach to investigate the treatment effect of the EU ETS on the profitability of a sample of Swedish energy firms in 2005 and 2006. We also investigate whether under-cap and over-cap firms respond differently to the EU ETS. The estimation results in general suggest no significant impact in 2005 and a negative significant impact in 2006. The sub-sample analysis suggests that profitability of under-cap and over-cap firms were affected differently by the EU ETS in 2005, but not in 2006. Essay II: The paper empirically explores the possible causes behind electricity price jumps in the Nordic electricity market, Nord Pool. A time-series model (a mixed GARCH-EARJI jump model) capturing the common statistical features of electricity prices is used to identify price jumps. By the model, a categorical variable is defined distinguishing no, positive and negative jumps. The causes for the jumps are then explored through the use of ordered probit models in a second stage. The empirical results indicate that the structure of the market plays an important role in whether shocks in the demand and supply for electricity translate into price jumps. Essay III: Scientific evidence indicates that human development faces multiple and interacting regime-switching environmental thresholds such as climate change, ocean acidification and biodiversity loss. And crossing one or more such thresholds would trigger rapid and large changes in our life-support system with widespread consequences. This paper attempts to study the effects of such thresholds on human well-being in a growth theoretical framework. We derive the accounting prices of pollution stocks such as the concentration of greenhouse gases for the risk of triggering catastrophic events, which are needed for conducting a dynamic cost-benefit analysis. We first analyze a simple model with a single threshold and then extend it to a planar system with correlated double thresholds with a joint probability distribution. the results can be applied for analyzing global climate change and ocean acidification risks, which are highlighted in a Nature article by Rockström et al. (2009). Essay IV: Lump-sum transfers as a means of tackling climate change are mainly perceived as a theoretical construct to achieve the first best Pareto optimum. The previous literature on lump-sum transfers normally focuses on the two polar cases: the absence of lump-sum transfers and perfect or unconstrained lump-sum transfers, leaving the middle way aside. In this paper, we attempt to explore the unmarked part by developing a model where transfer costs are explicitly taken into account. We show that whether the Pareto optimum characterized by the equalization of marginal abatement costs is attainable depends on the formation of transfer costs. When the marginal transfer cost is zero, the separability of equity and efficiency under perfect lump-sum transfers is kept. However, when the marginal transfer cost is positive, the optimum with equalization of marginal abatement costs is neither attainable, nor desirable. We also simulate a policy experiment in China to review the optimal abatement and transfer patterns between China's provinces within a framework of imperfect lump-sum transfers. The highlighted welfare gains is supportive of considering lump-sum transfers as a national climate change policy.