Variability of environmental heterogeneity in northern Patagonia, Chile: effects on the spatial distribution, size structure and abundance of chlorophyll-a

Abstract

The chain of islands including Desertores, Apiao and Quemchi located in the Inner Sea of Chiloé, in northern Chilean Patagonia (41°- 44°S), acts as a natural barrier for the flux of water in the north-south direction, influencing exchange and circulation between the northern and southern micro basins. The northern micro basin is mainly characterized by the dominance of surface estuarine waters whereas the southern micro basin is affected by the inflow of Subantarctic Surface and Equatorial Subsurface Waters from the adjacent coastal ocean. This setting determines key differences in the spatial distribution, abundance and size composition of phytoplankton biomass (measured as chlorophylla). These chlorophyll-a qualitative and quantitative differences were evaluated in contrasting seasons twice during 2004 and 2005 surveys (Cruceros de Investigación Marina, CIMAR 10 and 11 Fjords). In both micro basins, physical, chemical and bio-optical data from upper mixed layer water samples were analysed along with 8-days composite satellite images of chlorophyll-a (MODIS-AQUA). The largest difference in environmental heterogeneity between zones was in the concentration of nitrate and silicic acid. In spring the abundance of chlorophyll-a showed high variability in both sub-basins and predominance of micro-phytoplankton. In austral winter the micro-phytoplankton fraction was also dominant in a wide range of environmental with conditions, but closely linked to regions with high silicic acid concentrations. The smaller fractions, however, dominated in a more homogeneous environment characterized by higher nitrate concentration. Although nutrients are not depleted in the study area, the nitrate/silicic acid ratio clearly influenced the autotrophic community abundance, size composition and spatial structure under lower light availability during winter and more complex oceanographic processes during spring.

La cadena de islas incluyendo Desertores-Apiao y Quemchi situada en el Mar Interior de Chiloé, en la Patagonia chilena norte (41- 44°S), actúa como una barrera natural para el flujo de agua en dirección norte-sur que influye en el intercambio y circulación entre las micro cuencas norte y sur. La micro cuenca norte se caracteriza por el dominio de las aguas estuarinas superficiales mientras que la micro cuenca sur se encuentra afectada por aguas Subantárticas y Ecuatoriales Subsuperficiales desde el océano costero adyacente. Esta situación determina diferencias claves en la distribución espacial, abundancia y composición por tamaño de la biomasa autotrófica (medida como clorofila-a). Estas diferencias cuali y cuantitativas de clorofila-a se evaluaron en dos épocas contrastantes durante expediciones en 2004 y 2005 (Cruceros de Investigación Marina, CIMAR 10 y 11 Fiordos). En ambas micro cuencas, se analizaron parámetros físicos, químicos y bio- ópticos de la capa de mezcla superficial junto con imágenes satelitales compuestas de 8 días de clorofila-a (MODIS-AQUA). La principal diferencia de la heterogeneidad ambiental entre zonas fue determinada por la concentración de nitratos y ácido silícico. En primavera la abundancia de la clorofila-a mostró alta variabilidad en ambas micro cuencas y con predominancia del micro-fitoplancton. En el invierno austral el micro-fitoplancton también fue dominante en una amplia gama de condiciones ambientales, pero estrechamente vinculada a zonas con alta concentración de ácido silícico. Las fracciones más pequeñas, sin embargo, dominaron en un entorno más homogéneo caracterizado por una mayor concentración de nitratos. Aunque los nutrientes no se agotan en el área de estudio, la razón nitrato/ácido silícico influencia claramente la abundancia, la composición por tamaño y la estructura espacial de la comunidad autotrófica durante invierno bajo menor disponibilidad de luz y procesos oceanográficos más complejos durante la primavera.