Variabilidad temporal de la concentración de metano disuelto en el sistema de afloramiento costero de Chile Central.
| dc.contributor.advisor | Farías, Laura | es |
| dc.contributor.author | Tenorio Sánchez, Sandy Elizabeth del Rocío | es |
| dc.date.accessioned | 2025-12-15T19:49:28Z | |
| dc.date.available | 2025-12-15T19:49:28Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis presentada para optar al grado de Doctor/a en Oceanografía. | es |
| dc.description.abstract | El metano (CH4) es un potente gas de efecto invernadero con un tiempo de residencia corto en la atmósfera (~10 años), por lo que cambios modestos en sus emisiones impactan el clima y los ciclos biogeoquímicos. En general, el océano actúa como fuente de CH4, con emisiones mayores en zonas costeras; sin embargo, la dinámica variable del ecosistema, la limitada cobertura espacial y temporal, y las restricciones tecnológicas, generan grandes incertidumbres en el balance oceánico, especialmente por la subrepresentación u omisión de hot spots/moments en la superficie, que solo son capturados esporádicamente. En este contexto, teorías de metanogénesis metilotrófica se han propuesto para explicar la paradoja del CH4, al sostener que la oxidación de sustratos metilados puede generar CH4 y mantener sobresaturaciones en la capa superficial oxigenada. El área de surgencia costera de Chile central (36 °S), está forzada por la intensidad y la migración del anticiclón del Pacífico Sur, quien modula un régimen de vientos de sur y con ello un marcado ciclo estacional: en primavera verano advectan las Aguas Ecuatoriales Subsuperficiales y en otoño-invierno la intrusión de Aguas Subantárticas. Pulsos y relajaciones del viento, jets costeros y bajas de presión ocurren a escala sinóptica, modificando la estratificación y la mezcla vertical. El ciclo de radiación y diferencia termal entre el océano y la atmósfera gatillan una brisa marina que domina la variabilidad diurna del sistema. La superposición de los diferentes procesos físicos y biológicos que ocurren a diferentes escalas controla la concentración y emisiones del CH4. La presente tesis caracterizó la variabilidad temporal de CH4 disuelto en la capa superficial del océano y sus flujos en la interfaz mar-atmósfera desde la escala interanual hasta la escala diurna, describiendo los procesos físicos-biogeoquímicos que modulan su dinámica, y mediante experimentos discernir sobre los procesos biológicos que permiten la formación de hot spots en la superficie de la zona de surgencia de Chile central. Para ello, se integró una serie mensual de 12 años y una serie de alta frecuencia que caracterizan la plataforma exterior (ST 18; 36° 0.802’ S 73° 07.750’ W) e interior (bahía Coliumo; 36°32 S 72° 56’W) de una zona costera del centro de Chile. Se aplicaron análisis de series temporales (wavelets y análisis de espectro singular, correlaciones cruzadas) y experimentos enriquecidos con sustratos metilados en diferentes fases de la productividad y sometidos a fotoperiodos de 12h luz / 12h oscuridad. La serie mensual en la plataforma continental mostró variaciones de CH4 entre 4,81 a 100,86 nM (x̄ ± DS = 30,65 ± 15,44 nM), con una fuerte variabilidad interanual asociada a eventos climáticos como el ENSO, con una débil estacionalidad posiblemente enmascarada por procesos dinámicos que escapan de la frecuencia mensual. La serie de alta frecuencia en la plataforma interior evidenció una marcada variación intraestacional, donde se desarrollan procesos de escala sinóptica como los eventos de surgencia y no surgencia (relajado y downwelling). Durante la surgencia activa, advectan las aguas frías, salinas y enriquecidas con CH₄, lo que produjo concentraciones más altas de CH₄ (x̄ ± DS = 41,2 ± 17,6 nM), mientras que durante la relajación, el CH₄ disminuyó casi a la mitad (x̄ ± DS = 26,7 ± 14,7 nM). La escala diurna (~24 h) fue débil y se relacionó negativamente con el ciclo de la brisa marina y la radiación solar. Los resultados de experimentos evidenciaron un proceso netamente biológico en la producción de CH4, destacando al picoplancton como el principal involucrado en este proceso, tanto en condiciones de luz como de oscuridad. En otoño-invierno (periodo no favorable a la surgencia), las bacterias heterótrofas metabolizaron ácido metilfosfónico (MPn) y formaron CH4 como subproducto, mientras que Synechococcus spp., fue responsable de la regeneración de CH₄ a través de la fotosíntesis. En primavera-verano (periodo favorable a la surgencia), los pico eucariotas metabolizaron TMA. Esto pone de manifiesto que el picoplancton es fundamentan en el reciclaje de sustratos metilados y es una potencial fuente para la formación de hot spot/moments y mantiene la capa superficial sobresaturada. Respecto a las emisiones, se observó que la zona costera es una fuente importante de CH4, con un gradiente costa-océano. La plataforma interior emitió el doble (1,8 y 94 μmol m-2 d-1) de CH4 en comparación con la plataforma continental (1,27 y 47,02 µmol m-2 d-1), convirtiéndose un hot spot importante para la zona, sin embargo, el inventario regional de emisiones de CH4 está dominado por la plataforma continental (1-4 Gg CH4 año-1), debido a una mayor superficie. La evaluación multiescalar, refleja claramente que la serie mensual y de alta frecuencia, aun cuando ambas explican la dinámica de un ambiente similar, la capacidad de observación de procesos difiere sustantivamente, por ello, para reducir incertidumbre en ambientes dinámicos como las zonas costeras, es importante las observaciones de alta frecuencia ya que complementan y captan la dinámica real del CH₄, reduciendo las incertidumbres y contribuyen a mejorar los modelos y proyecciones climáticas. | es |
| dc.description.abstract | Methane (CH4) is a potent greenhouse gas with a short residence time in the atmosphere (~10 years), so modest changes in its emissions impact the climate and biogeochemical cycles. In general, the ocean acts as a source of CH4, with higher emissions in coastal areas; however, the variable dynamics of the ecosystem, limited spatial and temporal coverage, and technological constraints generate great uncertainties in the ocean balance, especially due to the omission of hot spots/moments on the surface, which are only captured sporadically. In this context, theories of methylotrophic methanogenesis have been proposed to explain the CH4 paradox, arguing that the oxidation of methylated substrates can generate CH4 and maintain supersaturations in the oxygenated surface layer. The coastal upwelling area of central Chile (36°S) is driven by the intensity and migration of the South Pacific anticyclone, which modulates a southerly wind regime and thus a marked seasonal cycle: in spring and summer, Subsurface Equatorial Waters advect, and in autumn and winter, Subantarctic Waters intrude. Wind pulses and relaxations, coastal jets, and low-pressure systems occur on a synoptic scale, modifying stratification and vertical mixing. The radiation cycle and thermal difference between the ocean and the atmosphere trigger a sea breeze that dominates the system's diurnal variability. The overlap of different physical and biological processes occurring at different scales controls CH4 concentration and emissions. This study characterized the temporal variability of dissolved CH4 in the ocean surface layer and its fluxes at the sea-atmosphere interface from the interannual to the diurnal scale, describing the physical-biogeochemical processes that modulate its dynamics, and using experiments to discern the biological processes that allow the formation of hot spots on the surface of the upwelling zone of central Chile. To this end, a 12-year monthly series and a high-frequency series characterizing the outer platform (ST 18; 36° 0.802' S 73° 07.750' W) and inner platform (Coliumo Bay; 36°32 S 72° 56' W) of a coastal area in central Chile were integrated. Time series analyses (wavelets and singular spectrum analysis, cross-correlations) and experiments enriched with methylated substrates at different stages of productivity and subjected to photoperiods of 12 hours of light/12 hours of darkness were applied. Monthly series on the continental shelf showed CH4 variations between 4.81 and 100.86 nM (x̄ ± SD = 30.65 ± 15.44 nM), with strong interannual variability associated with climatic events such as ENSO, with weak seasonality possibly masked by dynamic processes that escape the monthly frequency. The high-frequency series on the inner shelf showed marked intrastationary variation, where synoptic-scale processes such as upwelling and non-upwelling (relaxed and downwelling) events occur. During active upwelling, cold, saline, and CH₄-enriched waters advect, producing higher CH₄ concentrations (x̄ ± DS = 41.2 ± 17.6 nM), while during relaxation, CH₄ decreased by almost half (x̄ ± DS = 26.7 ± 14.7 nM). The diurnal scale (~24 h) was weak and negatively correlated with the sea breeze cycle and solar radiation. Results of experiments showed a purely biological process in the production of CH4, highlighting picoplankton as the main contributor to this process, both in light and dark conditions. In autumn-winter (a period not favorable for upwelling), heterotrophic bacteria metabolized methylphosphonic acid (MPn) and formed CH₄ as a sub product, while Synechococcus spp. was responsible for the regeneration of CH₄ through photosynthesis. In spring-summer (a period favorable to upwelling), picoyeucaryotes metabolized TMA. This shows that picoplankton is fundamental in the recycling of methylated substrates and is a potential source for the formation of hot spots/moments, maintaining the surface layer supersaturated. Regard to emissions, it was observed that the coastal zone is a significant source of CH4, with a coast-ocean gradient. The inner shelf emitted twice as much CH4 (1.8 and 94 μmol m-2 d-1) as the continental shelf (1.27 and 47.02 µmol m-2 d-1), making it a significant hot spot for the area. however, the regional inventory of CH₄ emissions is dominated by the continental shelf (1-4 Gg CH₄ year⁻¹), due to its larger surface area. The multiscale assessment clearly shows that the monthly and high-frequency series, even though both explain the dynamics of a similar environment, differ substantially in their ability to observe processes. Therefore, to reduce uncertainty in dynamic environments such as coastal areas, high-frequency observations are important as they complement and capture the real dynamics of CH4, reducing uncertainties and contributing to improving climate models and projections. | en |
| dc.description.campus | Concepción | es |
| dc.description.departamento | Departamento de Oceanografía | es |
| dc.description.facultad | Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas | es |
| dc.description.sponsorship | VRID Proyecto 2024001185INV | es |
| dc.description.sponsorship | ANID, Proyecto 1250210 | es |
| dc.description.sponsorship | ANID, Beca Doctorado Nacional 21220537 | es |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.udec.cl/handle/11594/13502 | |
| dc.language.iso | es | es |
| dc.publisher | Universidad de Concepción | es |
| dc.rights | CC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Metano | es |
| dc.subject | Ecología química marina | es |
| dc.subject | Surgencia (Oceanografía) | es |
| dc.subject.ods | Acción CLIMÁTICA | es |
| dc.subject.ods | Vida MARINA | es |
| dc.title | Variabilidad temporal de la concentración de metano disuelto en el sistema de afloramiento costero de Chile Central. | es |
| dc.type | Thesis | en |