Les objectifs multiples étaient centrés autour d'une thématique générale : l'influence des processus physiques à mésoéchelle sur l'écosystème planctonique dans les upwellings côtiers. L'utilisation d'outils variés était nécessaire pour aborder les nombreux mécanismes impliqués. La variabilité physique et biogéochimique de l'upwelling de la péninsule Ibérique est d'abord étudiée à partir des données in-situ de la campagne MOUTON 2007. Ensuite, un front secondaire d'upwelling au niveau de la marge continentale a été observé dans ces données, puis expliqué grâce à un modèle numérique en 2D. Enfin, des données satellites et un outil lagrangien nous permettent de comparer le mélange horizontal de l'océan de surface des quatre zones d'upwelling de bord Est, en lien avec l'activité biologique. Nous mettons en évidence une relation négative entre la turbulence à mésoéchelle et les concentrations de chlorophylle. De par la diversité des approches, des progrès ont été faits sur la compréhension des effets des processus physiques à mésoéchelle sur les écosystèmes marins.

Le principal objectif de cette thèse est d'étudier les interactions entre l'océan côtier et l'océan ouvert dans la zone de l'upwelling du Benguela, située au large des côtes d'Afrique du Sud et de Namibie, à l'aide d'un outil numérique et de données satellites et in-situ. Un modèle biogéochimique adapté à la zone d'étude (BioBUS ; Biogeochemical model for the Benguela Upwelling System), prenant en compte les processus caractéristiques des systèmes d'upwelling de bord Est et des zones de minimum d'oxygène associées a été développé, puis couplé au modèle hydrodynamique ROMS, afin de mettre au point une configuration réaliste centrée sur le système de l'upwelling de Namibie (sous-système Nord du Benguela), zone d'étude de cette thèse. Ces travaux de thèse ont permis d'améliorer notre compréhension des systèmes d'upwelling de bord Est (EBUS), notamment leurs impacts locaux et régionaux, ainsi que les couplages physiques/biogéochimiques dans ces systèmes. A l'issue de ces travaux de thèse, les apports d'azote depuis la zone de l'upwelling vers le gyre oligotrophe de l'océan Atlantique Sud ont été estimés (0.38 molN.m-2.yr-1) et sont comparables aux autres sources d'azote (dépôts atmosphériques, fixation biologique, ...) possibles de soutenir la production primaire dans le gyre subtropical (de 0.01 à 0.24 molN.m-2.yr-1). Les pertes d'azote par dénitrification et anammox liées à la zone de minimum d'oxygène (2.2 108 molN.yr-1) sont du même ordre de grandeur que les pertes par émission de N2O vers l'atmosphère (5.5 108 molN.yr-1), mais sont sous-estimées par rapport aux quelques estimations in-situ dont nous disposons. Les flux de N2O à l'interface océan-atmosphère dans cette région sont clairement significatifs pour le budget atmosphérique de N2O. En effet, même si la surface de la zone ne représente pas plus de 1.2% des EBUS, ces émissions de N2O contribuent à 4% des émissions de N2O dans les EBUS. Enfin, ces travaux de thèse montrent l'importance des processus à mésoéchelle dans le transport total d'azote au large du plateau continental Namibien.

O presente trabalho tem como objetivo geral o estudo da composição e estrutura da macrofauna bêntica em escala espacial e sazonal, da região de Cabo Frio (RJ). O aspecto temporal nessa área é especialmente importante devido a ocorrência do fenômeno sazonal da ressurgência costeira. Esse ocorre devido alguns fatores físicos característicos da área, tais como mudanças na topografia e na direção da costa, e principalmente, em decorrência das condições meteorológicas atuantes no local. A interação desses fatores favorece, principalmente no verão, o ressurgimento próximo à costa da Água Central do Atlântico Sul (ACAS), uma massa de água fria e rica em nutrientes. Essa massa de água disponibiliza grande quantidade de nutrientes para o fitoplâncton das camadas superficiais, ocasionando uma elevada produção primária nova. Parte dessa produção é exportada para o fundo incrementando a biomassa bêntica. Assim, a comunidade bêntica assume um papel vital no ecossistema, sendo tanto receptora como fornecedora de energia. Os descritores de comunidade (densidade, biomassa, riqueza, diversidade e equitatividade) e a identificação dos grupos tróficos de Polychaeta foram analisados entre 40 e 1000m de profundidade e em três épocas do ano, inverno de 2001 e verão e primavera de 2002. A integração dos dados biológicos com os ambientais mostrou que as variações espaciais na estrutura e composição dos organismos foi relacionada à profundidade e ao tipo de sedimento verificado nas estações. A estrutura da comunidade também apresentou variações temporais, especialmente nas estações situadas na plataforma continental, respondendo à entrada de matéria orgânica decorrente do evento de ressurgência. / The main objective of the present study was to evaluate the composition and spatial and seasonal structure of the macrobenthic fauna off Cabo Frio (RJ). The temporal scale was investigated in the light of the seasonal coastal upwelling. This phenomenon occurs due to changes in bottom topography and in the coastline direction, and specially, because of the prevailing seasonal NE winds in the area. The interaction of these factors enables the South Atlantic Central Water (SACW) to rise up and reaches the surface, intensively during the summer months. Large amounts of nutrients are then brought to the euphotic zone, enhancing primary productivity. This high productivity increases food supply for benthic communities by sinking of particulate organic carbon. In this way, the benthic communities are an important link in the ecosystem. The density of organisms, biomass, species richness and evenness and also the trophic group of Polychaeta were analyzed in a depth gradient from 40 to 1000m during the 2001 winter and 2002 summer and spring. Faunal distributional patterns and species composition correlated with environmental variables, especially depth and sediment types. The faunal structure also showed temporal changes along the sample period, especially in the stations located in the continental shelf due to the input of organic matter to the sea floor.

Um aspecto importante a ser apontado no presente trabalho é o fato de se ter acompanhado de um modo ininterrupto, durante 10 dias, as anomalias nas distribuições das propriedades físicas da água do mar. Os resultados experimentais obtidos na região costeira a oeste de Cabo Frio durante este período mostraram a preponderância dos processos advectivos e difuzivos que alteram a distribuição da temperatura e da salinidade na superfície do mar. Essa anomalia pode ser indicada por nuvens do tipo cúmulos formada por convecção penetrante, fato verificável pela comparação dos dados térmicos de superfície com fotografias obtidas pelo satélite ERTS. / Temperature and salinity variations between Guanabara Bay and Cabo Frio (17/8 a 26/8/1971).

The mangrove forest is an ecosystem distributed worldwide along tropical andsubtropical coastlines. The environmental conditions are known to affect species distributionpatterns, and to understand them is one of the main goals of biogeography. The association ofenvironmental factors (e.g. temperature and precipitation) and species distribution patterns haschallenged scientists since long. Species are distributed in a geographical space, however, whyspecies are present in a certain location but absent in another is a fundamental question inbiogeography. This PhD thesis aims at better understanding the most intriguing issues relatedto the role of environmental factors associated with mangrove distribution range limits andspecies richness from regional (Brazilian mangroves) to global scales.For the Brazilian mangroves, two scales were used to comprehend the spatial ecological nicheof mangrove tree species. First, the entire Brazilian mangrove-lined coast was considered, andseveral environmental variables were used to explain what is driving mangrove tree speciesdistribution. Second, a detailed analysis of daily Sea Surface Temperature (SST) data for theBrazilian mangrove forest at the southernmost mangrove range limit was done, and comparedwith a site beyond the range limit. The chilling events of SST data, also considering oceancurrents, show that Laguncularia racemosa is probably bounded by the southernmost Brazilianmangrove limit because of a dispersal constraint rather than by the frequency of chillingevents. However, the abundance of L. racemosa in Laguna at the Southern mangrove rangelimit, compared with only a few individuals of A. schaueriana, is probably associated with thechilling events of SST constituting a constraint to the latter species. This proves that mangroverange limits are not explained by a single causeThis PhD thesis also has the objective to evaluate the influence of upwelling intensity onthe distribution worldwide, which is its approach at a global scale. The sea surface temperature(SST) had been identified as one of the key drivers of global mangrove distribution, given thecoincidence of isotherms with mangrove global limits. However, other factors play a role in thevariability of SST. Cold waters from deep ocean layers rise to the surface (upwelling systems),which reduces SST values and can trigger aridity. Although previous research has confirmedthat mangrove distribution is driven by a variety of factors, this PhD thesis additionallydemonstrates a significant influence of upwelling intensity, and hence provides elements for abetter understanding of the factors driving mangrove expansion/retraction at a global scale. Inaddition, this work emphasizes climate and oceanographic processes influencing mangroverange limits. While contributing to a better understanding of some of the most intriguingquestions on the macroecology of mangrove, this PhD thesis also raises new questions thatshould be studied by future research. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

A abundância dos taliáceos e sua relação aos demais grupos do zooplâncton, além da avaliação do impacto alimentar das salpas, foram observados a partir de amostras da região da plataforma continental sudeste brasileira durante o verão de 2002. As salpas estiveram presentes em maior concentração na região de plataforma interna, enquanto os dolíolos apresentaram maior abundância na plataforma externa. Ambos os grupos foram encontrados principalmente nas camadas mais superficiais. Os maiores valores de biomassa foram registrados nas estações onde os gelatinosos estiveram presentes, sendo o máximo de 131 mg C m-² obtido para as salpas e 636 mg C m-² para os dolíolos. A ocorrência de salpas esteve relacionada à maior concentração de clorofila e menores valores de temperatura. Já para os dolíolos não foi possível observar o mesmo padrão. Os resultados apontaram que as salpas estiveram associadas à mistura das massas AT e ACAS e os dolíolos às águas tropicais (AT). A abundância dos organismos zooplanctônicos não apresentou reduções significativas quando comparadas as concentrações de salpas e dolíolos, sendo correlacionadas positivamente. Em ambientes eutróficos, como o caso das áreas de ressurgência, o alimento não é um fator limitante, sendo possível a ocorrência simultânea de diversos grupos de organismos que em outro cenário competiriam por alimento. As maiores taxas de ingestão e impacto alimentar causado pelas salpas foram registradas na região de plataforma interna, sendo associadas aos maiores valores de biomassa observados para o grupo e a elevada concentração de clorofila. / The abundance of thaliaceans and its relation to other zooplankton groups, as well as salp grazing impact, were studied on the southeastern shelf of Brazil based on samples collected during summer 2002. Salps occurred at higher numbers on the inner shelf, while doliolids were more abundant on the outer shelf. Both taxa were found mainly in the upper layers of the water column. Highest biomass values were recorded in stations where gelatinous plankton were present, with maxima of 131 mg C m-² for salps and 636 mg C m-² for doliolids. Salp occurrence was positively corelated to higher chlorophyll concentrations and lower temperatures. Doliolids did not follow such pattern. Salps were associated to areas where Tropical Water and South Atlantic Central Water mixed, and doliolids dominated in Tropical Water. The abundance of other zooplankton taxa did not show significant decrease when salps and doliolids were abundant, as the correlation among salps, doliolids and other groups were usually positive. During upwelling events food is usually not limiting; thus the same planktonic taxa that will compete for food in other areas may coexist in such eutrophic to mesotrophic environments. The highest ingestion rates and feeding impact associated to salps were recorded on the inner shelf, where the highest salp abundance and chlorophyll-a concentration occurred.

Um aspecto importante a ser apontado no presente trabalho é o fato de se ter acompanhado de um modo ininterrupto, durante 10 dias, as anomalias nas distribuições das propriedades físicas da água do mar. Os resultados experimentais obtidos na região costeira a oeste de Cabo Frio durante este período mostraram a preponderância dos processos advectivos e difuzivos que alteram a distribuição da temperatura e da salinidade na superfície do mar. Essa anomalia pode ser indicada por nuvens do tipo cúmulos formada por convecção penetrante, fato verificável pela comparação dos dados térmicos de superfície com fotografias obtidas pelo satélite ERTS. / Temperature and salinity variations between Guanabara Bay and Cabo Frio (17/8 a 26/8/1971).

A abundância dos taliáceos e sua relação aos demais grupos do zooplâncton, além da avaliação do impacto alimentar das salpas, foram observados a partir de amostras da região da plataforma continental sudeste brasileira durante o verão de 2002. As salpas estiveram presentes em maior concentração na região de plataforma interna, enquanto os dolíolos apresentaram maior abundância na plataforma externa. Ambos os grupos foram encontrados principalmente nas camadas mais superficiais. Os maiores valores de biomassa foram registrados nas estações onde os gelatinosos estiveram presentes, sendo o máximo de 131 mg C m-² obtido para as salpas e 636 mg C m-² para os dolíolos. A ocorrência de salpas esteve relacionada à maior concentração de clorofila e menores valores de temperatura. Já para os dolíolos não foi possível observar o mesmo padrão. Os resultados apontaram que as salpas estiveram associadas à mistura das massas AT e ACAS e os dolíolos às águas tropicais (AT). A abundância dos organismos zooplanctônicos não apresentou reduções significativas quando comparadas as concentrações de salpas e dolíolos, sendo correlacionadas positivamente. Em ambientes eutróficos, como o caso das áreas de ressurgência, o alimento não é um fator limitante, sendo possível a ocorrência simultânea de diversos grupos de organismos que em outro cenário competiriam por alimento. As maiores taxas de ingestão e impacto alimentar causado pelas salpas foram registradas na região de plataforma interna, sendo associadas aos maiores valores de biomassa observados para o grupo e a elevada concentração de clorofila. / The abundance of thaliaceans and its relation to other zooplankton groups, as well as salp grazing impact, were studied on the southeastern shelf of Brazil based on samples collected during summer 2002. Salps occurred at higher numbers on the inner shelf, while doliolids were more abundant on the outer shelf. Both taxa were found mainly in the upper layers of the water column. Highest biomass values were recorded in stations where gelatinous plankton were present, with maxima of 131 mg C m-² for salps and 636 mg C m-² for doliolids. Salp occurrence was positively corelated to higher chlorophyll concentrations and lower temperatures. Doliolids did not follow such pattern. Salps were associated to areas where Tropical Water and South Atlantic Central Water mixed, and doliolids dominated in Tropical Water. The abundance of other zooplankton taxa did not show significant decrease when salps and doliolids were abundant, as the correlation among salps, doliolids and other groups were usually positive. During upwelling events food is usually not limiting; thus the same planktonic taxa that will compete for food in other areas may coexist in such eutrophic to mesotrophic environments. The highest ingestion rates and feeding impact associated to salps were recorded on the inner shelf, where the highest salp abundance and chlorophyll-a concentration occurred.

O presente trabalho tem como objetivo geral o estudo da composição e estrutura da macrofauna bêntica em escala espacial e sazonal, da região de Cabo Frio (RJ). O aspecto temporal nessa área é especialmente importante devido a ocorrência do fenômeno sazonal da ressurgência costeira. Esse ocorre devido alguns fatores físicos característicos da área, tais como mudanças na topografia e na direção da costa, e principalmente, em decorrência das condições meteorológicas atuantes no local. A interação desses fatores favorece, principalmente no verão, o ressurgimento próximo à costa da Água Central do Atlântico Sul (ACAS), uma massa de água fria e rica em nutrientes. Essa massa de água disponibiliza grande quantidade de nutrientes para o fitoplâncton das camadas superficiais, ocasionando uma elevada produção primária nova. Parte dessa produção é exportada para o fundo incrementando a biomassa bêntica. Assim, a comunidade bêntica assume um papel vital no ecossistema, sendo tanto receptora como fornecedora de energia. Os descritores de comunidade (densidade, biomassa, riqueza, diversidade e equitatividade) e a identificação dos grupos tróficos de Polychaeta foram analisados entre 40 e 1000m de profundidade e em três épocas do ano, inverno de 2001 e verão e primavera de 2002. A integração dos dados biológicos com os ambientais mostrou que as variações espaciais na estrutura e composição dos organismos foi relacionada à profundidade e ao tipo de sedimento verificado nas estações. A estrutura da comunidade também apresentou variações temporais, especialmente nas estações situadas na plataforma continental, respondendo à entrada de matéria orgânica decorrente do evento de ressurgência. / The main objective of the present study was to evaluate the composition and spatial and seasonal structure of the macrobenthic fauna off Cabo Frio (RJ). The temporal scale was investigated in the light of the seasonal coastal upwelling. This phenomenon occurs due to changes in bottom topography and in the coastline direction, and specially, because of the prevailing seasonal NE winds in the area. The interaction of these factors enables the South Atlantic Central Water (SACW) to rise up and reaches the surface, intensively during the summer months. Large amounts of nutrients are then brought to the euphotic zone, enhancing primary productivity. This high productivity increases food supply for benthic communities by sinking of particulate organic carbon. In this way, the benthic communities are an important link in the ecosystem. The density of organisms, biomass, species richness and evenness and also the trophic group of Polychaeta were analyzed in a depth gradient from 40 to 1000m during the 2001 winter and 2002 summer and spring. Faunal distributional patterns and species composition correlated with environmental variables, especially depth and sediment types. The faunal structure also showed temporal changes along the sample period, especially in the stations located in the continental shelf due to the input of organic matter to the sea floor.

In a global warming scenario, an increase temperature is expected in addition to the occurrence and intensity of extreme climate events. One example of extreme events is the marine heat waves, which are a major threat to marine macroalgae. Ulva fasciata is a cosmopolitan species that occur in the whole Brazilian coast. This study was performed in two regions of Rio de Janeiro State (RJ) coast. Both regions are tropical, however, Arraial do Cabo/RJ is naturally colder than Niterói/RJ due upwelling phenomenon. This study aimed to: (i) confirm that U. fasciata individuals from these two Brazilian coast regions are of the same species; and (ii), physiologically analyze individuals of U. fasciata in the field and under in-laboratory controlled temperature experiment. We hypothesized that U. fasciata populations grown at thermally different locations would present distinct ecophysiological responses. In the field, it was accessed maximum quantum yield (Fv/Fm) and pigment content, and in laboratory, it was also evaluated growth rate. The in-laboratory controlled experiment comprised three phases: (i) a temperature gradient; (ii) a 5-day heat wave (+ 5 oC); and (iii) a 5-day recovery (- 5 oC). The molecular data allow us to state that the two populations belong to the same species. No differences of the fluorescence-derived factors were observed between individuals from both populations in the field, suggesting acclimation. However, differences were detected along all three experimental phases. The analysis of pigment content field data evidenced that individuals from the population of Niterói (warmer site) had higher concentrations of chlorophyll a than individuals from Arraial do Cabo (colder site). However, individuals of population from Niterói when cultured at 21 oC showed the lowest values of pigment. The differences observed suggest ecotypes. In conclusion, as the planet becomes warmer and extreme weather events become more frequent, the likelihood that heat wave to occur is higher. Therefore, U. fasciata from Arraial do Cabo showed better physiological responses to the effects of heat wave, what could confer them higher competitiveness ability to overcome thermal stress / Num cenário de aquecimento global, um aumento da temperatura é esperado, assim como a ocorrência e intensidade de eventos climáticos extremos. Um exemplo de evento extremo são as ondas de calor marinhas, que são a principal ameaça a macroalgas marinhas. Ulva fasciata é uma espécie cosmopolita que ocorre em toda costa brasileira. Esse estudo foi realizado em duas regiões da costa do Estado do Rio de Janeiro (RJ). Ambas regiões são tropicais, mas Arraial do Cabo/RJ é naturalmente mais fria que Niterói/RJ devido ao fenômeno de ressurgência. Esse estudo objetivou: (i), confirmar que os indivíduos de U. fasciata dessas duas localidades da costa brasileira são da mesma espécie; e (ii) analisar fisiologicamente indivíduos de U. fasciata em campo e em experimentos de temperatura em condições controladas de laboratório. Nossa hipótese era de que populações de U. fasciata procedentes de localidades termicamente diferentes iriam apresentar respostas ecofisiológicas distintas. Em campo, foi acessado o rendimento quântico máximo (Fv/Fm) e o conteúdo pigmentar, e em laboratório, foi também avaliada a taxa de crescimento. O experimento em condições controladas de laboratório consistiu de três fases: (i) gradiente de temperatura; (ii) onda de calor (+5 oC) de 5 dias; e (iii) recuperação (- 4 oC) de 5 dias. Os dados moleculares permitiram afirmar que as duas populações pertencem à mesma espécie. Não foram detectadas diferenças nos fatores derivados da fluorescência entre os indivíduos das duas populações avaliadas em campo, sugerindo aclimatação. Contudo, foram detectadas diferenças ao longo das três fases experimentais. A análise do conteúdo pigmentar em campo evidenciou que os indivíduos da população de Niterói (região mais quente) tinham mais clorofila a do que os indivíduos de Arraial do Cabo (região mais fria). No entanto, indivíduos da população de Niterói, quando cultivados em 21 oC, mostraram valores menores de pigmentos. As diferenças observadas sugerem ecótipos. Em conclusão, conforme o planeta se torna mais quente e eventos extremos climáticos se tornam mais frequentes, a probabilidade de ocorrência de ondas de calor é maior. Dessa forma, U. fasciata de Arraial do Cabo mostro melhor resposta fisiológica aos efeitos da onda de calor, o que lhe pode conferir maior capacidade de competição para superar estresses térmicos