Paleoprodutividade inferida por diatomeas en lagos volcánicos das illas Azores durante o Holoceno tardío

Abstract

[Abstract] In this dissertation the paleoproductivity trajectories and organic matter provenance over the last 640 and 800 yr of two volcanic lakes from the Sâo Miguel Island in the Azorean archipelago (Lake Azul, 37° 52’ N – 25° 46’ W and Lake Santiago 37º 50’ N, 25º 46’ W) are inferred from the study of diatom accumulation rates in core sediments (DARs), as well as their total organic carbon (TOC) and total nitrogen content (TN). Three paleoproductivity stages could be distinguished in Lake Azul. Stage 1 (c. 1230-1810 cal yr AD), which establishes the onset of the lake after the last volcanic explosive eruption occurred, was characterized by the low productivity conditions characteristic of a lake in the early phases of its ontogeny. An increase in productivity was recorded during Stage 2 (c. 1810-1960 cal yr AD) associated to the rise and decline in green algae and diatoms, respectively, as primary producers, that suggest the prevalence of stratified water column conditions. The recorded increase in productivity is coetaneous with the artificial introduction of non-native planktivorous fishes in the lake, and suggests, according to the Alternative Stable State Theory of Shallow Lakes, that a change from a clear to a turbid state could have taken place. The most recent history of the lake, recorded by Stage 3 (c. 1960-2011 cal yr AD), shows an increase in planktonic productivity coincident with the start of the use of fertilizers and a shift to a more turbulent water column regime, as indicated by the rises and declines of diatoms and green algae, respectively. Compared to Lake Azul, DAR data and TOC content revealed that Lake Santiago was over the entire studied period more eutrophic, and three major productivity stages could also be distinguished in this lake. Stage 1 (c. 1380-1680 cal yr AD) was characterized by a shifting dominance of planktonic vs. benthic productivity and/or origin of organic matter before and after c. 1470 cal yr AD, respectively. During Stage 2 (c. 1680-1985 cal yr AD) productivity shows a net increase until c. 1860 cal yr AD, declining thereafter. These contrasting trends are interpreted as being the product of the intensified delivery of nutrients associated to the deforestation of the basin by the Portuguese colonizers before c. 1860 cal yr AD and, conversely, to the intense afforestation with Cryptomeria japponica D. Don that took place after c. 1860 cal yr AD, reducing allochthnous nutrient inputs to the lake. The last decades represented by Stage 3 (c. 1985-2011 cal yr AD) are characterized by a reduction in diatom productivity, and a significant shift from the dominance of centric to pennate planktonic diatoms that could be attributed to the addition of nutrients and/or global warming. Because of the large impact produced by anthropogenic disturbances these lakes are not good candidates to test whether increased primary productivity is the result of natural lake development over time as the classical limnological theory states.

[resumen] En este estudio se infiere la trayectoria de la paleoproductividad y el origen de la materia orgánica durante los últimos 640 y 800 años de dos lagos volcánicos de la Ilha de São Miguel en el archipiélago de las Azores (Lago Azul 37° 52’ N – 25° 46’ W y Lago de Santiago 37º 50’ N, 25º 46’ W) a través del estudio de las tasas de acumulación de diatomeas (DARs), así como del carbono orgánico total (TOC) y el contenido total de nitrógeno (TN) en sus sedimentos. En el Lago Azul se han podido distinguir tres grandes estadios en relación a su paleoproductividad. El Estadio 1 (c. 1230-1810 cal AD), que coincide con el inicio de formación del lago, se caracteriza por una baja productividad típica de un lago en las fases tempranas de su ontogenia tras su origen después de la última erupción volcánica explosiva que tuvo lugar. Durante el Estadio 2 (c. 1810-1960 cal AD) se registra un aumento de la productividad parejo al incremento y declive de algas verdes y diatomeas como productores primarios, respectivamente, que sugiere una mayor estratificación de la columna de agua. Este aumento es coetáneo a la introducción artificial de peces planctívoros foráneos en el lago y sugiere, de acuerdo a la teoría de Estados Estables Alternativos de los Lagos Someros, que se pudo haber producido un cambio de un estado turbio a uno claro. La historia más reciente del lago, registrada en el Estadio 3 (c. 1960-2011 cal AD), muestra un incremento en la productividad achacable a organismos planctónicos que coincide con el comienzo del uso de fertilizantes y un cambio de la columna de agua a un régimen más turbulento, tal y como reflejan el aumento y declive de las diatomeas y algas verdes, respectivamente. En comparación con el Lago Azul, los datos obtenidos a partir del estudio de DARs y TOC muestran que el Lago de Santiago ha sido más eutrófico durante el período de tiempo estudiado pudiendo distinguirse también tres estadios relacionados con su productividad. El Estadio 1 (c. 1380-1680 cal AD) se caracteriza por un cambio en la dominancia de la productividad planctónica a bentónica y/o del origen de la materia orgánica antes y después de c. 1470 cal AD, respectivamente. Durante el Estadio 2 (c. 1680 – 1985 cal AD), la productividad muestra un incremento neto hasta c. 1860 cal AD, decayendo después. Estas tendencias contrapuestas se interpretan como el producto de una intensificación en la entrada de nutrientes asociada a la deforestación de la cuenca debido a la colonización portuguesa antes de c. 1860 año AD cal y, recíprocamente, a la intensa repoblación con Cryptomeria japponica D. Don que tuvo lugar después de c. 1860 cal AD, que redujo la incorporación de nutrientes al lago. Las últimas décadas, representadas por el Estadio 3 (c. 1985-2011 cal AD) se caracterizan por la reducción de la productividad achacable a diatomeas y un cambio significativo de la dominancia de diatomeas planctónicas centrales a pennales atribuible a la adición de nutrientes y/o al calentamiento global. Debido al gran impacto antropogénico ocasionado, estos lagos no resultan buenos candidatos para comprobar si el incremento de la productividad primaria es el resultado del desarrollo natural del lago a lo largo del tiempo, como se describe en la teoría limnológica clásica.

[Resumo] Neste estudo se infire a traxectoria da paleoprodutividade e a orixe da materia orgánica durante os últimos 640 e 800 anos de dous lagos volcánicos da Ilha de São Miguel no arquipélago das Azores, (Lago Azul 37° 52’ N – 25° 46’ W e Lago Santiago 37º 50’ N, 25º 46’ W) a través do estudo das tasas de acumulación de diatomeas (DARs), así como do carbono orgánico total (TOC) e o contido total de nitróxeno (TN) no sedimento. No Lago Azul poideron distinguirse tres grandes estadíos na súa paleoprodutividade. O estadio 1 (c. 1230-1810 cal AD), que coincide co inicio da formación do lago, caracterízase por unha baixa produtividade típica dun lago nas fases tempranas da súa ontoxenia tra-la súa orixe despois da última erupción volcánica explosiva que tivo lugar. Durante o Estadio 2 (c. 1810-1960 cal AD) rexístrase un aumento da produtividade parello ó incremento e declive de algas verdes e diatomeas como produtores primarios, respectivamente, que suxire unha maior estratificación da columna de auga. Este aumento é coetáneo á introducción artificial de peixes planctívoros foráneos no lago e suxire, de acordo á teoría de Estados Estables Alternativos dos Lagos Someros, que se puido ter producido un cambio dun estado turbio a un claro. A historia máis recente do lago, rexistrada no Estadio 3 (c. 1960-2011 cal AD), mostra un incremento na produtividade achacable a organismos planctónicos que coincide co comezo do uso de fertilizantes e un cambio da columna de auga a un réxime máis turbulento, tal e como reflexan o aumento e declive das diatomeas e algas verdes, respectivamente. En comparación co Lago Azul, os datos obtidos a partir do estudo de DARs e TOC mostran que o Lago Santiago foi máis eutrófico durante o período de tempo estudado poidendo distinguirse tamén tres estadíos relacionados ca súa produtividade. O Estadio 1 (c. 1380-1680 cal AD) caracterízase por un cambio na dominancia da produtividade planctónica a bentónica e/ou da orixe da materia orgánica antes e despois de c. 1470 cal AD, respectivamente. Durante o Estadio 2 (c. 1680 – 1985 cal AD), a produtividade mostra un incremento neto até c. 1860 cal AD, decaendo despois. Estas tendencias contrapostas interprétanse como o produto dunha intensificación na entrada de nutrientes asociada á deforestación da cunca debido á colonización portuguesa antes de c. 1860 año AD cal e, recíprocamente, á intensa repoboación con Cryptomeria japponica D. Don que tivo lugar despois de c. 1860 cal AD, que reduciu a incorporación de nutrientes ó lago. As últimas décadas, representadas polo Estadio 3 (c. 1985-2011 cal AD) caracterízanse pola redución da produtividade achacable a diatomeas e un cambio significativo da dominancia de diatomeas planctónicas centrais a pennales atribuible á adición de nutrientes e/ou ó quencemento global. Debido ó grande impacto antropoxénico ocasionado, estos lagos non resultan bos candidatos para comprobar se o incremento da produtividade primaria é o resultado do desenvolvemento natural do lago ó longo do tempo, como se describe na teoría limnolóxica clásica.