Wave and tides are important drivers of circulation, sediment transport and water exchanges between ocean and lagoon in atolls, which in turn, affect the formation and stability of reef islands. Through a combination of field measurements and numerical modelling, this thesis examines the wave- and tidally-induced processes at Rocas Atoll and their implications on sediment dynamics. This comprehends the morphological responses of reef islands, including the effects of sea level rise. Wave, current, tide and topo-bathymetric data were collected during three expeditions to Rocas Atoll, totaling 75 days of in situ measurements. A spectral wave model has been implemented and validated for the Rocas Atoll. Our results demonstrated that the mechanism of circulation and the wave propagation that affects the reef islands morphology are controlled by the interaction of wave climate with the atoll topography. Being under mesotidal setting, there is a strongly tide modulated process in Rocas. The offshore wave climate is dominated by southeast trade wind wave and swell from south and north mid-latitude hemispheres. The swell occurrence has a marked seasonality whereas the southeast wind waves persist during the whole year. Offshore waves are filtered by the reef rim resulting in a more homogenous lagoon wave climate, which is controlled by tide and reef topography. Offshore extreme events are promoted by energetic swells, either from north or south hemispheres. However, extreme events in the lagoon only occur when such offshore events are combined with spring high tide. Wind waves that persistently break on the windward side of the atoll plays an important role on the overall circulation. They pump water into lagoon creating wave- generated currents that flow from the windward to the leeward side of the atoll. A water level threshold exists due to the large tidal oscillation, blocking inflow by wave pumping at lower water levels. This results in periodic variations in the relative importance of tidal controls in lagoon circulation along a tidal cycle interval. Such mechanism described for Rocas Atoll can be extended to other similar mesotidal atolls. The reef islands are located on the leeward of the atoll and present higher morphological changes in response to northern swell. However, no significant net erosion was observed on daily and seasonal time scale, with eroded parts being compensated by accretion on adjacent parts. Conversely, Farol Island had a substantial accretion on a decadal time scale changing from an elongated ridge morphology to horse-shoe shape with three ridges and an intertidal central depression. The changes in the planform configuration were characterized by ocean shoreline erosion and lagoon shoreline progradation, representing net lagoonward migration. Cemitério Island remains stable for the same period, anchored by exposed consolidated sediments on both shores. Results indicate the resilient nature of reef islands and their potential adjustment to changes in boundary conditions. In terms of wave refraction, Rocas Atoll works as a platform reef due to its morphology. Wave vectors converge mainly on the leeward side and an interference zone can be observed from the windward side trough the lagoon. Such refraction pattern controls the location of reef islands and shingle bank on Rocas. Sea level rise displaces the wave convergence zone according to the incident wave incidence climate (swell or wind wave). This indicates that under sea level rise scenarios areas prone to sediment accumulation may become less stable, although not implying in the erosion of reef islands. The results provided an unprecedented dataset for Rocas Atoll, which improves the understanding about the mechanisms that control its reef islands morphodynamics and their ability adapt to changes in boundary conditions. / Os processos induzidos por ondas e marés em atóis são importantes forçantes da circulação, transporte de sedimentos e troca de água entre a laguna e oceano, que por sua vez, afetam a formação e estabilidade das suas ilhas recifais. Através da combinação de modelos numéricos e experimentos de campo, este trabalho teve por objetivo o estudo dos processos induzidos por ondas e marés no Atol das Rocas e suas implicações na dinâmica de sedimentos das ilhas recifais, considerando os efeitos do aumento do nível do mar. Experimentos de campo forneceram séries temporais de ondas, correntes, mares e informações topo-batimétricas ao longo de três expedições ao Atol das Rocas, totalizando 75 dias de levantamentos. Um modelo numérico de propagação de onda foi implementado e validado para a região. Os resultados demonstram que o mecanismo de circulação e de propagação de ondas, que afetam as ilhas recifais, é controlado pela interação do clima de onda com a topografia do atol, sendo fortemente modulados pelas flutuações de meso-maré. O clima de ondas ao largo do atol é dominado por vagas formadas pelos ventos alísios de sudeste e por ondulações geradas em latitude médias de ambos os hemisférios. A incidência das ondulações no atol apresenta uma forte sazonalidade enquanto que a vagas de sudeste persistem ao longo do ano. As ondas ao largo são filtradas pela borda do atol, resultando em um clima de ondas na laguna mais homogêneo e controlado pela maré e topografia do atol. Eventos extremos ao largo são ocasionados por ondulações energéticas tanto do hemisfério sul quanto do hemisfério norte. No entanto, os eventos extremos na laguna só ocorrem quando os eventos energéticos ao largo ocorrem em conjunto com maré alta de sizígia. As vagas que quebram constantemente no lado do atol exposto ao vento são importante forçantes na circulação geral do atol. A partir do processo de quebra, elas são responsáveis por bombear água para a laguna, criando intensas correntes geradas por ondas que fluem do lado exposto para o lado protegido. Este processo, modulado pela maré, resulta em variações periódicas da importância relativa da maré no controle da circulação. Foi também observada a presença de ondas longas dentro da laguna (infragravitacionais) provocada pela quebra do espectro de ondas incidente no recife. Através desses dados, o volume de fluxo de troca de água e o coeficiente de atrito no Barretão foram estimados. O mecanismo descrito para Rocas pode ser aplicado em outros atóis semelhantes sob regime de mesomaré, os quais ainda hoje têm sido pouco estudados. As ilhas recifais estão localizadas no lado protegido do atol e apresentam maiores modificações morfológicas em resposta a incidência de ondulações de norte. No entanto, não foi observado um balanço sedimentar negativo em escala diária e sazonal, com partes erodidas da ilha sendo compensadas por acresção nas partes adjacentes. Em escala decadal, a Ilha do Farol apresentou substancial acréscimo em área (59.6% em 75 anos), modificando sua forma alongada para uma forma de ferradura com formação de uma depressão central. Durante esse processo, o lado da ilha voltado para o oceano foi erodido, enquanto que o lado da laguna foi acrescido, caracterizando uma migração da ilha para a laguna. Não foram observadas modificações significativas na ilha do Cemitério, a qual está estabilizada atualmente pela presença de sedimentos consolidados expostos nos dois lados da ilha. Os resultados indicam que as ilhas são feições resilientes, capazes de se ajustar as mudanças nas condições de contornos. No processo de refração das ondas, devido a sua morfologia, o Atol das Rocas funciona com uma plataforma recifal. Os vetores de ondas convergem no lado protegido e zonas de interferência podem ser observadas no lado exposto e na parte central da laguna. A localização das ilhas e do banco Zulu está relacionada com o padrão de refração, que promovem locais favoráveis à deposição de sedimentos no atol. O aumento do nível do mar promove um deslocamento na posição de convergência das ondas de acordo com o tipo de onda incidente. Isto indica que neste cenário futuro, as áreas deposicionais podem se tornar mais instáveis no atol promovendo o deslocamento das ilhas, mas não necessariamente em uma erosão generalizada. Os resultados obtidos no desenvolvimento deste trabalho forneceram uma série de informações inéditas para o Atol das Rocas permitindo elucidar questões importantes acerca da capacidade de modificações das ilhas recifais em resposta aos processos oceanográficos dominantes no atol.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os fatores que explicam a distribuição observada em plantas e animais é uma pergunta que intriga naturalistas, biogeógrafos e ecólogos há mais de um século. Ainda nos primórdios da disciplina de ecologia, as tolerâncias ambientais já haviam sido apontadas como as grandes responsáveis pelo padrão observado da distribuição dos seres vivos, o que mais tarde levou à concepção de nicho ecológico das espécies. Nos últimos anos, o estudo das distribuições dos organismos ganhou grande impulso e destaque na literatura. O motivo foi a maior disponibilidade de catálogos de presença de espécies, o desenvolvimento de bancos de variáveis ambientais de todo o planeta e de ferramentas computacionais capazes de projetar mapas de distribuição potencial de um dado organismo. Estes instrumentos, coletivamente chamados de Modelos de Distribuição de Espécies (MDEs) têm sido desde então amplamente utilizados em estudos de diferentes escopos. Um deles é a avaliação de potenciais áreas suscetíveis à invasão de organismos exóticos. Este estudo tem, portanto, o objetivo de compreender, através de MDEs, os fatores subjacentes à distribuição de duas espécies de corais escleractíneos invasores nativos do Oceano Pacífico e ambas invasoras bem sucedidas de diversas partes do Oceano Atlântico, destacadamente o litoral fluminense. Os resultados mostraram que os modelos preditivos da espécie Tubastraea coccinea (LESSON, 1829), cosmopolita amplamente difundida na sua região nativa pelo Indo- Pacífico demonstraram de maneira satisfatória suas áreas de distribuição nas áreas invadidas do Atlântico. Sua distribuição está basicamente associada a regiões com alta disponibilidade de calcita e baixa produtividade fitoplanctônica. Por outro lado, a aplicação de MDEs foi incapaz de predizer a distribuição de T. tagusensis (WELLS,1982) no Atlântico. Essta espécie, ao contrário de sua congênere, tem distribuição bastante restrita em sua região nativa, o arquipélago de Galápagos. Através de análises posteriores foi possível constatar a mudança no nicho observado durante o processo de invasão. Finalmente, o sucesso preditivo para T. coccinea e o fracasso dos modelos para T. tagusensis levantam importantes questões sobre quais os aspectos ecológicos das espécies são mais favoráveis à aplicação de MDEs. Adicionalmente, lança importantes ressalvas na utilização recentemente tão difundida destas ferramentas como forma de previsão de invasões biológicas e em estudos de efeitos de alterações climáticas sobre a distribuição das espécies. / The factors underpinning the observed distribution of plants and animals across time and space are a central question in ecology and has intrigued scientists for over a century. But even back on those early times, the role of climatic tolerances of the species were recognized as one of the main explanations for such distributional patterns. Later, these assumptions gave rise to the concept of niche which triggered several advances in the study of natural history. Recently, these studies were addressed in the light of novel computational techniques capable of providing potential distributional maps for a given species, generically called Species Distribution Models (SDMs). This coupled with the broader availability of species occurrence records and of environmental data from international databases made studies with SDMs very popular and ubiquitous in the literature. One of the main uses of the SDMs approach is the assessment of potentially susceptible areas of invasion by non- indigenous species. Therefore, here we used SDMs to better understand the major factors related to the current distribution of two well established invasive scleractinian coral species in the Atlantic, both from the Pacific Ocean. The results showed that the models were successful in predicting the potentially invaded sites by the cosmopolitan Tubastraea coccinea (LESSON, 1829), broadly distributed throughout the Pacific. This species distribution was basically associated with increasing concentrations of calcite and lower levels of phytoplankton activity. However, the models were incapable of predicting the survival and establishment of T. tagusensis (WELLS, 1982) in the Atlantic. This species, unlike its congener, has a very restricted distribution in its native regions, the Galapagos Islands. A posterior analyzes indeed showed a niche shift during the invasion event of T. tagusensis in the Atlantic. Finally, the good modelling results for T. coccinea contrasted with the failure of modelling T. tagusensis invasion highlight important explanations on methodological procedures in SDMs. It also helps to better understand which ecological aspects of the species are favourable toward good modelling performance. In addition to that, these results calls for precaution when analyzing SDMs results, particularly in invasion and climate change scenarios studies.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:30:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese PCP.pdf: 1520056 bytes, checksum: 159ec0fceaa491f7134dedfa0a07f099 (MD5) Previous issue date: 2005-07-07 / Universidade Federal de Sao Carlos / With the purpose of analyzing the ictiofauna of the natural environment of the Archipelago of Currais, located in the coast paranaense, and of an artificial reef installed in the proximities of the islands, the different studies were developed presented in the form of four chapters. The chapter I had as objective describes the space variation in the distribution and abundance of fish among four zones geomorphologics of the rocky islands of the archipelago and in the artificial module. The most abundant families were Pomacentridae, Labridae, Scaridae, Sparidae and Labrisomidae. The similarity analysis between the abundance and the areas showed that were not significant the differences for the slabs and shelf and the module recifal. The depth and exhibition degree to the agitated sea were the variables responsible physics for the heterogeneity of the abundances of the species in the areas of the outlying shore, slabs and shelf, windward rocky and module recifal. The differences in equitability terms and wealth of species can be due to the same variables. The inverse analysis showed that were few characteristic species in each grouping, therefore the differences among the areas seem to contemplate to the dominance of certain species. The categories dominant trophics were planktophagous and herbivores, which were significantly different among the areas. In the most shallow areas (slabs and shelf) and with high exhibition to the conditions of the sea (windward barrier reef) the herbivores and omnivorous prevailed, while in the deep ones (module recifal, windward rocky and sharp crags) the most abundant were the planktophagous. The carnivores showed significant differences among the protected areas (slabs and shelf). In the chapter II the variation nictemeral of the three rocky islands was just approached of the archipelago. The quali-quantitative results showed the distribution width and partition of niches among the species. The significant differences observed among the samplings of the day and night were evident due to the largest number of species captured during the night, moment of the cycle in that appeared represented all of the species found in the work. In the samplings of the day, they were significantly more abundant the species Anisotremus surinamensis, A. virginicus, Holocentrus ascensionis and Stegastes fuscus, while the night ones were characterized by the presence of species active predadors as Serranus flaviventris, Lutjanus analis, Cynoscion jamaicensis, Haemulon steindachneri, Abudefduf saxatilis, Diplodus argenteus, Mycteroperca bonaci and Epinephelus adscensionis. The species that allowed to differentiate the habitats of the day and night were practically the same ones, what demonstrated the great space heterogeneity that it presents the ictiofauna associated to the environments of the archipelago. The chapter III treated of the analysis trophic of the sparid Archosargus rhomboidalis relating with the aspects of the habitat use and predation in one of the islands of the archipelago (Grapirá) and the module recifal. The variation source observed among the two areas sampling presented significant differences among the times of the year. In the Isla Grapirá the most important preys in the autumn were the ascids and the amphipods, while in the winter and spring they were the amphipods. In the area of the artificial reefs, macroalgae and algae were more important in the summer, algae and hydrozoans in the autumn, algae and briozoans in the winter, and copepods harpacticoids and amphipods gammarids in the spring. A. rhomboidalis can be considered a species generalist euriphagic that feeds of a wide spectrum of preys. In the chapter IV the recruitment in the module recifal was analyzed by the categorization of the lengths of the most abundant species. The ictiofauna was analyzed along the temporary gradient with the objective of evaluating the efficiency of the attractiveness or of the productivity of the recruitment of fish. The results indicated that there were not significant differences in the qualitative and quantitative contribution of individual subadults or juvenile late for long periods in the time in the module recifal. The structure seems to work as atrator and concentrator of adult fish coming from close rocky bottoms. The factors that could determine the character attractive-concentrador for adult individuals it was the structural drawing and the geographical location where the module recifal was implanted. The originating from larval flow the masses of water of the Continental Platform and of the Bay of Paranaguá seemingly doesn't favor the larval establishment and the recruitment in the module recifal. / Com o propósito de analisar a ictiofauna do ambiente natural do Arquipélago de Currais, localizado no litoral paranaense, e de um recife artificial instalado nas proximidades das ilhas, foram desenvolvidos os distintos estudos apresentados na forma de quatro capítulos. O capítulo I teve como objetivo descrever a variação espacial na distribuição e abundância de peixes entre quatro zonas geomorfológicas das ilhas rochosas do arquipélago e no módulo artificial. As famílias mais abundantes foram Pomacentridae, Labridae, Scaridae, Sparidae e Labrisomidae. A análise de similaridade entre a abundância e as zonas mostrou que não foram significativas as diferenças para as lajes e parcel e o módulo recifal. A profundidade e grau de exposição ao mar agitado foram as variáveis físicas responsáveis pela heterogeneidade das abundâncias das espécies nas áreas do costão periférico, lajes e parcel, costão vertical e módulo recifal. As diferenças em termos de equitabilidade e riqueza de espécies podem ser devidas às mesmas variáveis. A análise inversa mostrou que foram poucas espécies características em cada agrupamento, portanto as diferenças entre as zonas parecem refletir à dominância de certas espécies. As categorias tróficas dominantes foram planctófagos e herbívoros, os quais foram significativamente diferentes entre as zonas. Nas zonas mais rasas (lajes e parcel) e com alta exposição às condições do mar (costão periférico) predominaram os herbívoros e omnívoros, enquanto que nas profundas (módulo recifal, costão vertical e rochedos escarpados) os mais abundantes foram os planctófagos. Os carnívoros mostraram diferenças significativas entre as zonas protegidas (lajes e parcel). No capítulo II foi abordada a variação nictemeral das três ilhas rochosas apenas do arquipélago. Os resultados quali-quantitativos mostraram a amplitude de distribuição e repartição de nichos entre as espécies. As diferenças significativas observadas entre as amostragens diurnas e noturnas foram evidentes devido ao maior número de espécies capturadas durante a noite, momento do ciclo em que apareceram representadas todas as espécies encontradas no trabalho. Nas amostragens diurnas, foram significativamente mais abundantes as espécies Anisotremus surinamensis, A. virginicus, Holocentrus ascensionis e Stegastes fuscus, enquanto que as noturnas foram caracterizadas pela presença de espécies predadoras ativas como Serranus flaviventris, Lutjanus analis, Cynoscion jamaicensis, Haemulon steindachneri, Abudefduf saxatilis, Diplodus argenteus, Mycteroperca bonaci e Epinephelus adscensionis. As espécies que permitiram diferenciar os habitats diurnos e noturnos foram praticamente as mesmas, o que demonstrou a grande heterogeneidade espacial que apresenta a ictiofauna associada aos ambientes do arquipélago. O capítulo III tratou da análise trófica do esparídeo Archosargus rhomboidalis relacionando com os aspectos do uso de habitat e predação em uma das ilhas do arquipélago (Grapirá) e o módulo recifal. A fonte de variação observada entre as duas áreas amostradas apresentou diferenças significativas entre as épocas do ano. Na Ilha Grapirá as presas mais importantes no outono foram as ascídias e os anfípodos, enquanto que no inverno e primavera foram os anfípodos. Na área dos recifes artificiais, macroalgas e algas foram mais importantes no verão, algas e hidrozoários no outono, algas e briozoários no inverno, e copépodos harpacticoides e anfípodos gamarídeos na primavera. A. rhomboidalis pode ser considerada uma espécie generalista eurifágica que se alimenta de um amplo espectro de presas. No capítulo IV o recrutamento no módulo recifal foi analisado pela categorização dos comprimentos das espécies mais abundantes. A ictiofauna foi analisada ao longo do gradiente temporal com o objetivo de avaliar a eficiência da atratividade ou da produtividade do recrutamento de peixes. Os resultados indicaram que não houve diferenças significativas na contribuição qualitativa e quantitativa de indivíduos subadultos ou juvenis tardios por longos períodos no tempo no módulo recifal. A estrutura parece funcionar como atratora e concentradora de peixes adultos procedentes de fundos rochosos próximos. Os fatores que puderam determinar o caráter atrativo-concentrador para indivíduos adultos foi o desenho estrutural e a localização geográfica onde foi implantado o módulo recifal. O fluxo larval proveniente das massas de água da Plataforma Continental e da Baía de Paranaguá aparentemente não favorece o assentamento larval e o recrutamento no módulo recifal.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:02:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IngridBS.pdf: 826960 bytes, checksum: 43f8a8fb39bab56aac7f96d1ae75273c (MD5) Previous issue date: 2006-06-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Despite the importance of coral reefs to humanity, these environments have been threatened throughout the world. Several factors contribute to the degradation of these ecosystems. The Maracaja? Reef Complex, in Rio Grande do Norte state is part of the Coral Reefs Environment Preservation Area in northeastern Brazil. This area has been receiving an increasing influx of tourism and the integrity of the local reefs is a matter of concern. In this study, the reef macroalgae communities were studied and compared within two areas distinguished by the presence or absence of tourism activities. Two sample sites were chosen: the first one, where diving activities are intense; and the other, where these practices do not occur. Samples were collected at both sites within a quadrate of 625 cm2 of area randomly thrown 5 times along a 10 meters transect line. Richness, Shannon-Hill diversity and Simpson dominance indices were determined based on biomass data. Similarity between sites was analyzed with Bray-Curtis similarity and distance index. Fifty-eight macroalgae species were observed, including 7 Chlorophyta, 13 Phaeophyta and 38 Rhodophyta. In the non-disturbed site, 49 species were found, while at the disturbed site, there were 42 species. Dictyotaceae and Corallinaceae were the most representative families at the non-disturbed site, and Rhodomelaceae and Dictyotaceae at the disturbed site. The non-disturbed site presented a higher biomass and the greatest richness and diversity indices. In the disturbed site the dominance index was greater and Caulerpa racemosa was the dominant species. The dendogram based on similarity index showed two major clusters, and an isolated element at the center that corresponds to a sample from the disturbed site. In the first cluster, samples from the non-impacted site were predominant and fleshy brown algae were more conspicuous. The second cluster was composed primarily of samples from the impacted site, where C. racemosa and red filamentous and erect calcareous algae associations (turf forming) were observed covering large extensions. These associations are represented by groups of algae adapted to environments where disturbances are frequent. They can grow rapidly on substrate where benthic community was removed and do not allow the establishment of other species. The results of the present study show that tourism activity is an impacting factor that has been causing shifts in macroalgae communities in the Maracaja? Reef Complex / Apesar de toda a import?ncia dos recifes para a humanidade, estes ambientes v?m sendo amea?ados em todo o mundo. Diversos s?o os fatores que podem contribuir para a degrada??o destes ambientes. Os recifes de Maracaja?, na ?rea de Preserva??o Ambiental dos Recifes de Corais, localizada no litoral norte-oriental do Rio Grande do Norte, v?m recebendo um n?mero cada vez maior de turistas, o que est? causando preocupa??es quanto a integridade do local. Neste estudo, as comunidades de macroalgas dos recifes de Maracaja? foram estudadas com a finalidade compara??o entre duas sub?reas diferenciadas pela presen?a/aus?ncia de turistas. Foram estabelecidas duas esta??es de coleta: uma (I) onde as atividades de mergulho praticadas por turistas s?o intensas e outra (II), onde estas pr?ticas n?o ocorrem. Em cada esta??o foi estabelecida transectos de 10 metros, onde foram distribu?dos de forma aleat?ria 5 quadrados (625cm2). O material coletado foi triado, identificado e teve a biomassa quantificada. A partir dos dados de biomassa foram calculados os ?ndices de riqueza, diversidade de Shannon-Hill e domin?ncia de Simpson. A similaridade entre as duas esta??es foi analisada pelo ?ndice de similaridade e dist?ncia de Bray-Curtis. Foram coletadas 58 esp?cies de macroalgas no total, sendo 7 esp?cies de Chlorophyta, 13 esp?cies de Phaeophyta e 38 esp?cies de Rhodophyta. Destas, 49 esp?cies foram encontradas na ?rea n?o impactada e 42 na ?rea impactada. Entre as fam?lias encontradas, as mais representativas na ?rea n?o impactada foram Dictyotaceae e Corallinaceae, e na ?rea impactada, Rhodomelaceae e Dictyotaceae. A ?rea n?o impactada apresentou maior biomassa e os maiores ?ndices de riqueza e diversidade. Na ?rea impactada o ?ndice de domin?ncia foi maior, sendo C. racemosa a esp?cie dominante nesta ?rea. O dendograma formado a partir do ?ndice de similaridade apresentou-se dividido em dois grandes grupos e um elemento isolado ao centro do dendograma, que corresponde a uma amostra da ?rea impactada. No primeiro agrupamento o predom?nio foi de amostras da ?rea n?o impactada, onde as algas pardas foram mais consp?cuas. Este tipo de alga se torna dominante, geralmente, em recifes onde ocorreu a redu??o do n?mero de herb?voros. O segundo agrupamento foi composto por uma maioria de amostras da ?rea impactada, onde C. racemosa e associa??es de algas filamentosas e calc?rias eretas crescendo como tapetes foram encontradas cobrindo grandes extens?es nesta ?rea. Estas associa??es compreenderam grupos de algas adaptadas a ambientes sujeitos a perturba??es freq?entes e, assim como C. racemosa, crescem rapidamente sobre espa?os rec?m desocupados nos recifes, n?o permitindo o estabelecimento de outras esp?cies. Os resultados do presente estudo demonstraram que a atividade tur?stica ? um fator impactante que t?m causado altera??es nas comunidades de macroalgas da ?rea de Preserva??o Ambiental dos Recifes de Corais

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:33:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IzabelMMS_DISSERT.pdf: 5861857 bytes, checksum: 79bb0912ed83687a1e7f40e3d441ee7c (MD5) Previous issue date: 2012-06-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Coral bleaching has been increasingly the focus of research around the world since the early 1980s, when it was verified to be increasing in frequency, intensity and amount of areas affected. The phenomenon has been recorded since 1993, associated with elevation of the sea surface temperature due to El Ni?os and water thermal anomalies, according to most reports around the world. On the coast of Rio Grande do Norte, Brazil, a mass coral bleaching event was recorded in the Environmental Protection Area of Coral Reefs (APARC) during March and April 2010, when the water temperature reached 34?C for several days. About 80% of the corals in Maracaja? reef-complex exhibited partial or total bleaching. The aims of this study were to verify representativeness of coral coverage and how the bleaching dynamic has developed among different species. Coral coverage was estimated according to Reef Check Brazil protocol associated with quadrant method, and bleaching was evaluated from biweekly visual surveys in 80 colonies of Favia gravida, Porites astreoides, Siderastrea stellata and Millepora alcicornis. At the same time temperature, pH, salinity and horizontal transparency, as well as mortality and disease occurrence were monitored. Analysis of variance and Multiple Regression from the perspective of time lag concept were used to evaluate the bleaching dynamics among species and the relationship between variation of means of bleaching and variations of abiotic parameters, respectively. Species showed significant differences among themselves as to variation of means of bleaching over time, but the dynamic of variation exhibited similar patterns / O branqueamento de corais tem sido o foco de um n?mero crescente de estudos desde a d?cada de 1980 quando foi verificado o aumento na frequ?ncia, intensidade e n?mero de ?reas atingidas. No Brasil o fen?meno tem sido registrado desde 1993, associado ? eleva??o da temperatura das ?guas superficiais do mar decorrente de eventos de El-Ni?os e anomalias t?rmicas, conforme a maioria dos relatos em todo o mundo. No litoral do Rio Grande do Norte registrou-se branqueamento em massa de corais nos recifes da ?rea de Prote??o Ambiental dos Recifes de Corais (APARC) em Mar?o e Abril de 2010, quando a temperatura da ?gua atingiu valor de 34?C durante v?rios dias. Cerca de 80% dos corais do complexo recifal de Maracaja? exibiram branqueamento parcial ou total. Os objetivos deste trabalho foram verificar qual a representatividade do recobrimento de corais no Parracho de Maracaja? e como a din?mica de branqueamento se desenvolve entre as esp?cies. A cobertura de corais foi estimada de acordo com o protocolo Reef Check Brasil associado ao m?todo de quadrado, e o branqueamento foi avaliado a partir de censos visuais quinzenais em 80 col?nias de Favia gravida, Porites astreoides, Siderastrea stellata e Millepora alcicornis. Ao mesmo tempo foram monitorados a temperatura da ?gua, pH, salinidade e transpar?ncia horizontal, e a ocorr?ncia de mortalidade e sintomas de doen?as. Foram utilizadas a An?lise de Vari?ncia e a Regress?o M?ltipla sob a perspectiva do conceito do time lag para avaliar a din?mica de branqueamento entre as esp?cies e a rela??o da varia??o das m?dias com a varia??o dos fatores abi?ticos, respectivamente. As esp?cies apresentaram diferen?a significativa entre si quanto ? varia??o das m?dias de branqueamento ao longo do tempo, mas a din?mica de varia??o exibiu padr?es semelhantes

Made available in DSpace on 2015-03-13T17:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ClaudeLAS.pdf: 1893577 bytes, checksum: 8697cd2a9e867354712c23c4d0428432 (MD5) Previous issue date: 2006-03-30 / Studies on the Brazilian continental shelf were developed between Touros and Macau-RN (NE Brazil) with the aim to mapping carbonate buildups, and especially, reef ecosystems. Remote sensing, submarine movies, bathymetric survey and diving were the methods used. This paper will focus on three main aspects of the Rio Grande do Norte reefs: 1) characterization of the coral fauna; 2) the classification and, 3) the distribution of the main northriograndense carbonate buildups. Reefs environments are found predominantly on the inner shelf adjacent to Touros, at depths shallower than 10 m. These reefs generally show NW-SE orientation parallel to the coastline and constitute groupings of knolls and patch reefs. A prominent carbonate buildup, where the corals are almost absents and algae incrustation is thin, occurs in average depths of 25 m, along the northern part of Rio Grande do Norte State and is classified as sandstone bank. Others sandstone banks, with smaller lengths and heights were mapped around 10 m depth. They should be related to an ancient coastline; however the corresponding litostratigraphic unit was not defined. This work is a contribution to the mapping of coral reef, in particular, and carbonate buildups, in general, on the Rio Grande do Norte coast / Estudos na plataforma continental brasileira entre Touros e Macau-RN (NE do Brasil) foram realizados com o objetivo de mapear constru??es carbon?ticas, inorg?nicas e recifais, utilizando t?cnicas de sensoriamento remoto, filmagem submarina, levantamento batim?trico e mergulho in situ. Tr?s aspectos s?o abordados: caracteriza??o da fauna de corais; 2) classifica??o e 3) distribui??o das principais constru??es carbon?ticas desta costa norte riograndense. Os resultados obtidos mostram que os ambientes recifais ocorrem predominantemente na plataforma interna da regi?o de Touros (recifes de Sioba, Ca??o, Rio do Fogo e Maracaja?), litoral oriental. Estes recifes se aglomeram em conjuntos de c?moros (knoll) e canteiros (patch) e essas aglomera??es tomam geralmente orienta??o NW-SE, paralelos ? linha de costa. Constru??es carbon?ticas inorg?nicas, onde a presen?a de corais ? inexpressiva, ocorrem a uma profundidade m?dia de 25 m (entre as isob?tas de 20 e 30 m), ao longo de toda a ?rea estudada, sendo classificados como bancos aren?ticos. Outras constru??es inorg?nicas, embora de menor extens?o e menor altura, foram mapeadas a profundidades em torno de 10 m. Podem ser relacionadas a uma linha de costa pret?rita. Entretanto, a unidade litoestratigr?fica correspondente esses bancos n?o foi definida. O mapeamento das constru??es carbon?ticas (e em especial dos recifes) desenvolvido neste trabalho se constitui em uma contribui??o ao levantamento de dados sobre ocorr?ncia de corais na costa do Rio Grande do Norte

Made available in DSpace on 2015-03-13T17:08:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JonasRS_DISSERT.pdf: 3855640 bytes, checksum: 7f71c8f901f81d6604b2c75dddbae414 (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / This study had to aimed to characterize the sediments of shallow continental shelf and realize the mapping of features visible for satellite images by using remote sensing techniques, digital image processing and analysis of bathymetry between Maxaranguape and Touros - RN. The study s area is located in the continental shallow shelf of Rio Grande do Norte, Brazil, and is part of the Environmental Protection Area (APA) of Coral Reefs. A total of 1186 sediment samples were collected using a dredge type van veen and positioning of the vessel was made out with the aid of a Garmin 520s. The samples were treated In the laboratory to analyze particle size of the sediment, concentration of calcium carbonate and biogenic composition. The digital images from the Landsat-5 TM were used to mapping of features. This stage was used the band 1 (0,45-1,52 ?m) where the image were georeferenced, and then adjusting the histogram, giving a better view of feature bottom and contacts between different types of bottom. The results obtained from analysis of the sediment showed that the sediments of the continental shelf east of RN have a dominance of carbonate facies and a sand-gravelly bottom because the region is dominated by biogenic sediments, that are made mainly of calcareous algae. The bedform types identified and morphological features found were validated by bathymetric data and sediment samples examined. From the results obtained a division for the shelf under study is suggested, these regions being subdivided, in well characterized: (1) Turbid Zone, (2) Coral Patch Reefs Zone, (3) Mixed Sediments Carbonates Zone, ( 4) Algae Fouling Zone, (5) Alignment Rocky Zone, (6) Sand Waves Field (7) Deposit siliciclastic sands / O presente trabalho teve por objetivo caracterizar os sedimentos da plataforma continental rasa e realizar o mapeamento das fei??es vis?veis por imagens de sat?lite, utilizando t?cnicas de sensoriamento remoto, processamento digital de imagens e an?lise batim?trica entre Maxaranguape e Touros RN. A ?rea de estudo est? localizada no segmento de transi??o entre a por??o oriental e a setentrional da plataforma continental do Estado do Rio Grande do Norte, Brasil, e est? inserida na ?rea de Prote??o Ambiental (APA) dos Recifes de Corais. Um total de 1186 amostras de sedimento foram coletadas usando uma draga do tipo Van Veen e o posicionamento da embarca??o foi realizado com o aux?lio de um GPS Garmin 520s. Em laborat?rio, as amostras foram tratadas para realizar a an?lise granulom?trica, concentra??o do teor de carbonato de c?lcio e composi??o biog?nica. Para o mapeamento das fei??es foram utilizadas as imagens digitais do Landsat 5-TM (orbita 214/064 de 07 de agosto de 2005). Foi utilizada a banda 1 (0,45-1,52 ?m), sendo realizada a corre??o geom?trica, e posteriormente o ajuste do histograma, gerando uma melhor visualiza??o das fei??es de fundo e os contatos entre os diferentes tipos de fundo. A partir dos resultados obtidos da an?lise dos sedimentos verificou-se que os sedimentos da plataforma continental oriental do RN apresenta uma domin?ncia da f?cies carbon?tica e de um fundo areno-cascalhoso em fun??o da regi?o ser dominada por sedimentos biog?nicos, que s?o constitu?dos principalmente por algas calc?rias. As fei??es morfol?gicas de fundo encontradas foram validadas atrav?s de dados batim?tricos e amostras de sedimentos analisadas. A partir dos resultados obtidos uma divis?o apropriada para a plataforma em estudo ? sugerida, sendo estas regi?es subdividas, em zonas bem caracterizadas: (1) Zona T?rbida, (2) Zona de Bancos Recifais, (3) Zona de Sedimentos Carbon?ticos Mistos, (4) Zona de Algas Incrustantes, (5) Zona de Alinhamentos Rochosos, (6) Campo de dunas Submersas e (7) Dep?sito Areias Silicicl?sticas.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioPMH.pdf: 3481703 bytes, checksum: 60ec6cc8df48e68b6c13c12104d289d6 (MD5) Previous issue date: 2008-08-08 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The use of the maps obtained from remote sensing orbital images submitted to digital processing became fundamental to optimize conservation and monitoring actions of the coral reefs. However, the accuracy reached in the mapping of submerged areas is limited by variation of the water column that degrades the signal received by the orbital sensor and introduces errors in the final result of the classification. The limited capacity of the traditional methods based on conventional statistical techniques to solve the problems related to the inter-classes took the search of alternative strategies in the area of the Computational Intelligence. In this work an ensemble classifiers was built based on the combination of Support Vector Machines and Minimum Distance Classifier with the objective of classifying remotely sensed images of coral reefs ecosystem. The system is composed by three stages, through which the progressive refinement of the classification process happens. The patterns that received an ambiguous classification in a certain stage of the process were revalued in the subsequent stage. The prediction non ambiguous for all the data happened through the reduction or elimination of the false positive. The images were classified into five bottom-types: deep water; under-water corals; inter-tidal corals; algal and sandy bottom. The highest overall accuracy (89%) was obtained from SVM with polynomial kernel. The accuracy of the classified image was compared through the use of error matrix to the results obtained by the application of other classification methods based on a single classifier (neural network and the k-means algorithm). In the final, the comparison of results achieved demonstrated the potential of the ensemble classifiers as a tool of classification of images from submerged areas subject to the noise caused by atmospheric effects and the water column / A utiliza??o de mapas, derivados da classifica??o de imagens de sensores remotos orbitais, tornou-se de fundamental import?ncia para viabilizar a??es de conserva??o e monitoramento de recifes de corais. Entretanto, a acur?cia atingida no mapeamento dessas ?reas ? limitada pelo efeito da varia??o da coluna d ?gua, que degrada o sinal recebido pelo sensor orbital e introduz erros no resultado final do processo de classifica??o. A limitada capacidade dos m?todos tradicionais, baseados em t?cnicas estat?sticas convencionais, para resolver este tipo de problema determinou a investiga??o de uma estrat?gia ligada ? ?rea da Intelig?ncia Computacional. Neste trabalho foi constru?do um conjunto de classificadores baseados em M?quinas de Vetor de Suporte e classificador de Dist?ncia M?nima, com o objetivo de classificar imagens de sensoriamento remoto de ecossistema de recifes de corais. O sistema ? composto por tr?s est?gios, atrav?s dos quais acontece o refinamento progressivo do processo de classifica??o. Os padr?es que receberam uma classifica??o amb?gua em uma determinada etapa do processo s?o reavaliados na etapa posterior. A predi??o n?o amb?gua para todos os dados aconteceu atrav?s da redu??o ou elimina??o dos falsos positivos. As imagens foram classificadas em cinco tipos de fundos: ?guas profundas, corais submersos, corais intermar?s, algas e fundo arenoso. A melhor acur?cia geral (89%) foi obtida quando foram utilizadas M?quinas de Vetor de Suporte com kernel polinomial. A acur?cia das imagens classificadas foi comparada, atrav?s da utiliza??o de matriz de erro, aos resultados alcan?ados pela aplica??o de outros m?todos de classifica??o baseados em um ?nico classificador (redes neurais e o algoritmo k-means). Ao final, a compara??o dos resultados alcan?ados demonstrou o potencial do conjunto de classificadores como instrumento de classifica??o de imagens de ?reas submersas, sujeitas aos ru?dos provocados pelos efeitos atmosf?ricos e da coluna d ?gua

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os fatores que explicam a distribuição observada em plantas e animais é uma pergunta que intriga naturalistas, biogeógrafos e ecólogos há mais de um século. Ainda nos primórdios da disciplina de ecologia, as tolerâncias ambientais já haviam sido apontadas como as grandes responsáveis pelo padrão observado da distribuição dos seres vivos, o que mais tarde levou à concepção de nicho ecológico das espécies. Nos últimos anos, o estudo das distribuições dos organismos ganhou grande impulso e destaque na literatura. O motivo foi a maior disponibilidade de catálogos de presença de espécies, o desenvolvimento de bancos de variáveis ambientais de todo o planeta e de ferramentas computacionais capazes de projetar mapas de distribuição potencial de um dado organismo. Estes instrumentos, coletivamente chamados de Modelos de Distribuição de Espécies (MDEs) têm sido desde então amplamente utilizados em estudos de diferentes escopos. Um deles é a avaliação de potenciais áreas suscetíveis à invasão de organismos exóticos. Este estudo tem, portanto, o objetivo de compreender, através de MDEs, os fatores subjacentes à distribuição de duas espécies de corais escleractíneos invasores nativos do Oceano Pacífico e ambas invasoras bem sucedidas de diversas partes do Oceano Atlântico, destacadamente o litoral fluminense. Os resultados mostraram que os modelos preditivos da espécie Tubastraea coccinea (LESSON, 1829), cosmopolita amplamente difundida na sua região nativa pelo Indo- Pacífico demonstraram de maneira satisfatória suas áreas de distribuição nas áreas invadidas do Atlântico. Sua distribuição está basicamente associada a regiões com alta disponibilidade de calcita e baixa produtividade fitoplanctônica. Por outro lado, a aplicação de MDEs foi incapaz de predizer a distribuição de T. tagusensis (WELLS,1982) no Atlântico. Essta espécie, ao contrário de sua congênere, tem distribuição bastante restrita em sua região nativa, o arquipélago de Galápagos. Através de análises posteriores foi possível constatar a mudança no nicho observado durante o processo de invasão. Finalmente, o sucesso preditivo para T. coccinea e o fracasso dos modelos para T. tagusensis levantam importantes questões sobre quais os aspectos ecológicos das espécies são mais favoráveis à aplicação de MDEs. Adicionalmente, lança importantes ressalvas na utilização recentemente tão difundida destas ferramentas como forma de previsão de invasões biológicas e em estudos de efeitos de alterações climáticas sobre a distribuição das espécies. / The factors underpinning the observed distribution of plants and animals across time and space are a central question in ecology and has intrigued scientists for over a century. But even back on those early times, the role of climatic tolerances of the species were recognized as one of the main explanations for such distributional patterns. Later, these assumptions gave rise to the concept of niche which triggered several advances in the study of natural history. Recently, these studies were addressed in the light of novel computational techniques capable of providing potential distributional maps for a given species, generically called Species Distribution Models (SDMs). This coupled with the broader availability of species occurrence records and of environmental data from international databases made studies with SDMs very popular and ubiquitous in the literature. One of the main uses of the SDMs approach is the assessment of potentially susceptible areas of invasion by non- indigenous species. Therefore, here we used SDMs to better understand the major factors related to the current distribution of two well established invasive scleractinian coral species in the Atlantic, both from the Pacific Ocean. The results showed that the models were successful in predicting the potentially invaded sites by the cosmopolitan Tubastraea coccinea (LESSON, 1829), broadly distributed throughout the Pacific. This species distribution was basically associated with increasing concentrations of calcite and lower levels of phytoplankton activity. However, the models were incapable of predicting the survival and establishment of T. tagusensis (WELLS, 1982) in the Atlantic. This species, unlike its congener, has a very restricted distribution in its native regions, the Galapagos Islands. A posterior analyzes indeed showed a niche shift during the invasion event of T. tagusensis in the Atlantic. Finally, the good modelling results for T. coccinea contrasted with the failure of modelling T. tagusensis invasion highlight important explanations on methodological procedures in SDMs. It also helps to better understand which ecological aspects of the species are favourable toward good modelling performance. In addition to that, these results calls for precaution when analyzing SDMs results, particularly in invasion and climate change scenarios studies.

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.