Analysis of mechanisms of phytoplankton layer formation, maintenance and dissipation in a tropical reservoir

Abstract

The mechanisms of thin phytoplankton layers development were investigated in the tropical La Fe reservoir in terms of the balance between convergence processes acting to thin the layers and turbulent diffusion acting to dissipate them. Our approach included the analysis of field data collected in a field campaign during September 2012, the calibration of the hydrodynamic and ecological model ELCOM-CAEDYM, and the application of a scaling analysis in order to understand and define the processes involved in the formation, maintenance and dissipation of the observed thin layers in the reservoir. Based on the scaling analysis applied to identify the mechanisms participating in the layering process, we defined in situ growth as the primarily mechanism involved in the formation of the layers. The influx of nutrients due to horizontal intrusions and vertical turbulent fluxes influenced this mechanism. Other analyzed mechanisms were convergent swimming and buoyancy of phytoplankton cells. The stratification of the water column together with the dissipation rates responsible to the turbulence around the layers defined local region with favorable conditions to the development of thin layers. Further studies are needed in order to characterize more precisely the mechanisms involved in the development of phytoplankton layers in this reservoir and other environments.

Resumen: Los mecanismos responsables de la formación de capas delgadas de fitoplancton en el embalse tropical La Fe fueron investigados en términos del balance entre los procesos de convergencia que actúancomprimiendo las capas y los procesos difusivos que actúan disipándolas . Nuestro planteamiento incluye el análisis de datos de campo medidos en una campaña de campo realizada en Septiembre de 2012, la calibración del modelo hidrodinámico y ecológico ELCOM -CAEDYM y la parametrización de los mecanismos analizados con el fin de entender y definir los procesos involucrados en la formación, permanencia y disipación de las capas de fitoplancton observadas en el embalse Basados en la parametrización desarrollada para identificar los mecanismos participantes en la formación de las capas de fitoplancton, definimos el crecimiento in situ de las células de fitoplancton como el principal mecanismo responsable de la formación de las capas. El flujo de nutrientes debido a la intrusión horizontal y a los flujos turbulentos en la vertical influenció este mecanismo. Los otros mecanismos analizados están relacionados con el desplazamiento y la boyancia de las células de fitoplancton en la columna de agua . La estratificación de la columna de agua junto con las velocidades de disipación responsables de la turbulencia alrededor de las capas definieron region es locales con condiciones favorables para el desarrollo de las capas delgadas de fitoplancton. Se necesitan más studios para caracterizar más precisamente los mecanismos que participan en el desarrollo de las capas de fitoplancton en este embalse y en otros escenarios.