SPATIAL AND TEMPORAL VARIATION IN THE PRESENT AND HISTORICAL SEDIMENTARY ORGANIC MATTER WITHIN THE RÍO DE LA PLATA ESTUARY (SOUTH AMERICA) IN RELATION TO THE SALINITY/TURBIDITY GRADIENT / VARIAÇÃO ESPACIAL E TEMPORAL PRESENTE E HISTÓRICA DA MATÉRIA ORGÂNICA SEDIMENTAR NO ESTUÁRIO DO RÍO DE LA PLATA (AMÉRICA DO SUL) EM RELAÇÃO AO GRADIENTE DE SALINIDADE / TURBIDEZ

Abstract

The aim of this study is to examine sedimentary organic matter sources, spatial distribution and temporal variability in a large estuarine system, the Río de la Plata estuary (South America). For this purpose, this work integrates recent and historical carbon and nitrogen isotopes (δ¹³C, δ¹⁵N), total organic carbon, total nitrogen, C/N ratios and sediment grain size analyses along the Río de la Plata estuary. Principal component analysis based on biogeochemical variables and salinity revealed two main biogeochemical contrasting zones, corresponding to the upper and the lower estuary. Such zones are derived from the density gradient observed at the maximum turbidity zone acting as a physical barrier by trapping fine sediments and controlling primary productivity. As a consequence, sedimentary total organic carbon and total nitrogen increase from upper reaches towards lower reaches to attain maximum values under the turbidity gradient due to the presence of fine sediments. On the other hand, C/N ratios display an opposite trend, with higher values in the upper reaches due to a higher influence of continental organic matter. Moreover, Stable Isotope Analysis in R (SIAR) based on δ¹³C and δ¹⁵N reveals that the main organic matter source to the sediment appears to be the continental particulate organic matter and the estimated percentages of terrestrial allochthonous contribution (C3 plants) indicated a decreased contribution towards the lower reaches. The paleoenvironmental analysis shows a change in the sedimentary organic matter composition since 1970 associated to an increased influence of terrestrial organic matter. This trend is related to an increase in the Paraná River flow, which in turn is related to climatic variability (i.e., the polarity change of the Pacific Decadal Oscillation).

Resumo

O objetivo deste estudo é estimar fontes de matéria orgânica sedimentar, distribuição espacial e variabilidade temporal num grande sistema estuarino, o estuário do Río de la Plata (América do Sul). Este trabalho integra dados atuais e históricos de isótopos de carbono e nitrogênio (δ¹³C, δ¹⁵N), carbono orgânico total, nitrogênio total, relação C/N e granulometria do sedimento ao longo do estuário do Río de la Plata. A análise de componentes principais baseada em variáveis biogeoquímicas e salinidade revelou duas zonas biogeoquímicas contrastantes, correspondentes ao estuário superior e inferior. Tais zonas são definidas por diferenças no gradiente de densidade na zona de turbidez máxima, o qual atua como uma barreira física, causando o aprisionamento de sedimentos finos e influenciando a produtividade primária. Como conseqüência, o carbono orgânico total sedimentar e o nitrogênio total aumentam dos trechos superiores para os trechos inferiores atingindo valores máximos sob o gradiente de turbidez devido à presença de sedimentos finos. Por outro lado, a razão C/N exibe uma tendência oposta, atingindo valores mais elevados no estuário superior devido a uma maior influência da matéria orgânica continental. Os resultados isotópicos de δ¹³C e δ¹⁵N sugerem que a principal fonte de matéria orgânica para o sedimento é a matéria orgânica particulada continental. A contribuição alóctone terrestre (plantas C3) diminui no estuário inferior. A análise paleoambiental mostra uma mudança na composição da matéria orgânica sedimentar a partir de 1970, causada pelo aumento do fornecimento da matéria orgânica terrestre. Essa tendência está relacionada a um aumento no fluxo do Rio Paraná, na sequência de alterações climáticas relacionadas com a mudança de polaridade da Oscilação Decadal do Pacífico.