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Cordeiro RC, Monteiro FF, Santelli RE, Moreira LS, Figueiredo AG, Bidone ED, Pereira RS, Anjos LC, Meniconi MFG. Environmental and anthropic variabilities at Guanabara Bay (Brazil): A comparative perspective of metal depositions in different time scales during the last 5,500 yrs. Chemosphere 2021; 267:128895. [PMID: 33213881 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.128895] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/20/2020] [Revised: 10/13/2020] [Accepted: 11/04/2020] [Indexed: 06/11/2023]
Abstract
The determination of age-dated metal sediment accumulation rates in a representative South American bay is able to portray the dimension of human impacts during the colonial occupation and industrial periods. Many studies have assessed metal distribution and chronology at Guanabara Bay, in Brazil. However, understanding natural variabilities associated to paleoclimatic changes and comparing these natural variabilities to anthropogenic processes are not well established to date. Accurate geochronological control integrating ages determined by 210Pb and 14C chronologies through an exponential spline fit model allowed for a precise definition of changes associated to the holocene marine transgression, as well as the colonial period, leading to intense land use changes, and the industrial period. The reference values of the system were defined based on their concentrations and the accumulation rates of ecotoxicologically important metals. Al, Ba, Fe, Cd, Cu, Cr, Li, Ni, Mn, Pb, Si, Ti, V, and Zn distributions were determined in a Guanabara Bay core (BG-28) by the EPA 3051 method. Elemental distribution profile assessment allowed for the identification of variabilities associated to weathering processes, predominantly of lithogenic origin, mainly for Al, Ba, Fe, Li, Si, and V. Weathering processes occurred simultaneously to land use changes in the drainage basin since the colonial period, at 400 cal yr BP, and during the industrial period, mainly after the 1960s, denoted by Cd, Cr, Cu, Mn, Pb and Zn increases. The highest average metal enrichment values metals associated to industrial processes reached 5.95, with 119.1-fold higher accumulation rates than the background accumulation values observed between 4200 and 500 cal yr BP.
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Affiliation(s)
- R C Cordeiro
- Programa de Geoquímica, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil.
| | - F F Monteiro
- Programa de Geoquímica, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil; Secretaria de Meio Ambiente da Cidade do Rio de Janeiro (SMAC), Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - R E Santelli
- Programa de Geoquímica, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil; Departamento de Química Analítica. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - L S Moreira
- Programa de Geoquímica, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil
| | - A G Figueiredo
- Departamento de Geologia e Geofísica - LAGEMAR, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil
| | - E D Bidone
- Programa de Geoquímica, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil
| | - R S Pereira
- Programa de Geoquímica, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil; Coordenação de Recursos Naturais e Estudos Ambientais, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Brazil
| | - L C Anjos
- Programa de Geoquímica, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil
| | - M F G Meniconi
- Research and Development Center (CENPES), Petroleo Brasileiro S.A. (PETROBRAS), Rio de Janeiro, Brazil
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Nittrouer CA, DeMaster DJ, Kuehl SA, Figueiredo AG, Sternberg RW, Faria LEC, Silveira OM, Allison MA, Kineke GC, Ogston AS, Souza Filho PWM, Asp NE, Nowacki DJ, Fricke AT. Amazon Sediment Transport and Accumulation Along the Continuum of Mixed Fluvial and Marine Processes. Ann Rev Mar Sci 2021; 13:501-536. [PMID: 32635795 DOI: 10.1146/annurev-marine-010816-060457] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 06/11/2023]
Abstract
Sediment transfer from land to ocean begins in coastal settings and, for large rivers such as the Amazon, has dramatic impacts over thousands of kilometers covering diverse environmental conditions. In the relatively natural Amazon tidal river, combinations of fluvial and marine processes transition toward the ocean, affecting the transport and accumulation of sediment in floodplains and tributary mouths. The enormous discharge of Amazon fresh water causes estuarine processes to occur on the continental shelf, where much sediment accumulation creates a large clinoform structure and where additional sediment accumulates along its shoreward boundary in tidal flats and mangrove forests. Some remaining Amazon sediment is transported beyond the region near the river mouth, and fluvial forces on it diminish. Numerous perturbations to Amazon sediment transport and accumulation occur naturally, but human actions will likely dominate future change, and now is the time to document, understand, and mitigate their impacts.
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Affiliation(s)
- Charles A Nittrouer
- School of Oceanography, University of Washington, Seattle, Washington 98195, USA; , , ,
- Department of Earth and Space Sciences, University of Washington, Seattle, Washington 98195, USA
| | - David J DeMaster
- Department of Marine, Earth, and Atmospheric Sciences, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina 27695, USA;
| | - Steven A Kuehl
- Virginia Institute of Marine Science, William and Mary, Gloucester Point, Virginia 23062, USA;
- Department of Geological Oceanography, Xiamen University, Xiamen 361005, China
| | - Alberto G Figueiredo
- Departamento de Geologia e Geofísica, Universidade Federal Fluminense, Niterói 24210-346, Brasil;
| | - Richard W Sternberg
- School of Oceanography, University of Washington, Seattle, Washington 98195, USA; , , ,
| | - L Ercilio C Faria
- Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém 66075-110, Brasil;
| | - Odete M Silveira
- Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém 66075-110, Brasil;
| | - Mead A Allison
- Department of River-Coastal Science and Engineering, Tulane University, New Orleans, Louisiana 70118, USA;
| | - Gail C Kineke
- Department of Earth and Environmental Sciences, Boston College, Chestnut Hill, Massachusetts 02467, USA;
| | - Andrea S Ogston
- School of Oceanography, University of Washington, Seattle, Washington 98195, USA; , , ,
| | - Pedro W M Souza Filho
- Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém 66075-110, Brasil;
- Instituto Technológico Vale, Belém 66055-090, Brasil;
| | - Nils E Asp
- Instituto de Estudos Costeiros, Universidade Federal do Pará, Bragança 68600-000, Brasil;
| | - Daniel J Nowacki
- Pacific Coastal and Marine Science Center, US Geological Survey, Santa Cruz, California 95060, USA;
| | - Aaron T Fricke
- School of Oceanography, University of Washington, Seattle, Washington 98195, USA; , , ,
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Moura RL, Amado-Filho GM, Moraes FC, Brasileiro PS, Salomon PS, Mahiques MM, Bastos AC, Almeida MG, Silva JM, Araujo BF, Brito FP, Rangel TP, Oliveira BCV, Bahia RG, Paranhos RP, Dias RJS, Siegle E, Figueiredo AG, Pereira RC, Leal CV, Hajdu E, Asp NE, Gregoracci GB, Neumann-Leitão S, Yager PL, Francini-Filho RB, Fróes A, Campeão M, Silva BS, Moreira APB, Oliveira L, Soares AC, Araujo L, Oliveira NL, Teixeira JB, Valle RAB, Thompson CC, Rezende CE, Thompson FL. An extensive reef system at the Amazon River mouth. Sci Adv 2016; 2:e1501252. [PMID: 27152336 PMCID: PMC4846441 DOI: 10.1126/sciadv.1501252] [Citation(s) in RCA: 60] [Impact Index Per Article: 7.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/10/2015] [Accepted: 03/25/2016] [Indexed: 05/15/2023]
Abstract
Large rivers create major gaps in reef distribution along tropical shelves. The Amazon River represents 20% of the global riverine discharge to the ocean, generating up to a 1.3 × 10(6)-km(2) plume, and extensive muddy bottoms in the equatorial margin of South America. As a result, a wide area of the tropical North Atlantic is heavily affected in terms of salinity, pH, light penetration, and sedimentation. Such unfavorable conditions were thought to imprint a major gap in Western Atlantic reefs. We present an extensive carbonate system off the Amazon mouth, underneath the river plume. Significant carbonate sedimentation occurred during lowstand sea level, and still occurs in the outer shelf, resulting in complex hard-bottom topography. A permanent near-bottom wedge of ocean water, together with the seasonal nature of the plume's eastward retroflection, conditions the existence of this extensive (~9500 km(2)) hard-bottom mosaic. The Amazon reefs transition from accretive to erosional structures and encompass extensive rhodolith beds. Carbonate structures function as a connectivity corridor for wide depth-ranging reef-associated species, being heavily colonized by large sponges and other structure-forming filter feeders that dwell under low light and high levels of particulates. The oxycline between the plume and subplume is associated with chemoautotrophic and anaerobic microbial metabolisms. The system described here provides several insights about the responses of tropical reefs to suboptimal and marginal reef-building conditions, which are accelerating worldwide due to global changes.
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Affiliation(s)
- Rodrigo L. Moura
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
- Laboratório de Sistemas Avançados de Gestão da Produção, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, COPPE, UFRJ, Rio de Janeiro RJ CEP 21941-972, Brazil
| | - Gilberto M. Amado-Filho
- Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ CEP 22460-030, Brazil
| | - Fernando C. Moraes
- Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ CEP 22460-030, Brazil
- Museu Nacional, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ 20940-040, Brazil
| | - Poliana S. Brasileiro
- Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ CEP 22460-030, Brazil
| | - Paulo S. Salomon
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
- Laboratório de Sistemas Avançados de Gestão da Produção, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, COPPE, UFRJ, Rio de Janeiro RJ CEP 21941-972, Brazil
| | - Michel M. Mahiques
- Instituto Oceanográfico, Universidade de São Paulo, São Paulo SP CEP 05508-120, Brazil
| | - Alex C. Bastos
- Departamento de Oceanografia, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória ES CEP 29199-970, Brazil
| | - Marcelo G. Almeida
- Laboratório de Ciências Ambientais, Centro de Biociências e Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes RJ CEP 28013-602, Brazil
| | - Jomar M. Silva
- Laboratório de Ciências Ambientais, Centro de Biociências e Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes RJ CEP 28013-602, Brazil
| | - Beatriz F. Araujo
- Laboratório de Ciências Ambientais, Centro de Biociências e Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes RJ CEP 28013-602, Brazil
| | - Frederico P. Brito
- Laboratório de Ciências Ambientais, Centro de Biociências e Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes RJ CEP 28013-602, Brazil
| | - Thiago P. Rangel
- Laboratório de Ciências Ambientais, Centro de Biociências e Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes RJ CEP 28013-602, Brazil
| | - Braulio C. V. Oliveira
- Laboratório de Ciências Ambientais, Centro de Biociências e Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes RJ CEP 28013-602, Brazil
| | - Ricardo G. Bahia
- Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ CEP 22460-030, Brazil
| | - Rodolfo P. Paranhos
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Rodolfo J. S. Dias
- Instituto Oceanográfico, Universidade de São Paulo, São Paulo SP CEP 05508-120, Brazil
| | - Eduardo Siegle
- Instituto Oceanográfico, Universidade de São Paulo, São Paulo SP CEP 05508-120, Brazil
| | - Alberto G. Figueiredo
- Instituto de Geociências, Universidade Federal Fluminense, Niterói RJ CEP 24210-346, Brazil
| | - Renato C. Pereira
- Instituto de Biologia, Universidade Federal Fluminense, Niterói RJ CEP 24210-130, Brazil
| | - Camille V. Leal
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
- Museu Nacional, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ 20940-040, Brazil
| | - Eduardo Hajdu
- Museu Nacional, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ 20940-040, Brazil
| | - Nils E. Asp
- Instituto de Estudos Costeiros, Universidade Federal do Pará, Bragança PA CEP 68600-000, Brazil
| | - Gustavo B. Gregoracci
- Departmento de Ciências do Mar, Universidade Federal de São Paulo, Santos SP CEP 11070-100, Brazil
| | - Sigrid Neumann-Leitão
- Departamento de Oceanografia, Universidade Federal de Pernambuco, Recife PE CEP 50670-901, Brazil
| | - Patricia L. Yager
- Department of Marine Sciences, University of Georgia, Athens, GA 30602–2626, USA
| | | | - Adriana Fróes
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Mariana Campeão
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Bruno S. Silva
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Ana P. B. Moreira
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Louisi Oliveira
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Ana C. Soares
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Lais Araujo
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Nara L. Oliveira
- Departamento de Ciências Biológicas, Universidade Estadual de Santa Cruz, Ilhéus, BA CEP 45650-000, Brazil
| | - João B. Teixeira
- Departamento de Ciências Biológicas, Universidade Estadual de Santa Cruz, Ilhéus, BA CEP 45650-000, Brazil
| | - Rogerio A. B. Valle
- Laboratório de Sistemas Avançados de Gestão da Produção, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, COPPE, UFRJ, Rio de Janeiro RJ CEP 21941-972, Brazil
| | - Cristiane C. Thompson
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
| | - Carlos E. Rezende
- Laboratório de Ciências Ambientais, Centro de Biociências e Biotecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes RJ CEP 28013-602, Brazil
- Corresponding author: E-mail: (F.L.T.); (C.E.R.)
| | - Fabiano L. Thompson
- Instituto de Biologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro RJ CEP 21941-599, Brazil
- Laboratório de Sistemas Avançados de Gestão da Produção, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, COPPE, UFRJ, Rio de Janeiro RJ CEP 21941-972, Brazil
- Corresponding author: E-mail: (F.L.T.); (C.E.R.)
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