Horizontal transport and seasonal distribution of nutrients, dissolved oxygen and chlorophyll-a in the Gulf of Nicoya, Costa Rica: a tropical estuary

Abstract

The distributions of salinity, temperature, nutrients, dissolved oxygen and chlorophyll-a (chl-a) concentrations in the Gulf of Nicoya, Costa Rica, during the rainy and dry seasons are presented. In the rainy season, the entire Gulf is strongly stratified due to high riverine discharge; surface temperature decreases and salinity increases towards the sea and most of the Gulf is undersaturated with dissolved oxygen. In the dry season, the Gulf is still stratified although without the strong fresh water signal identified in the rainy season. The lowest surface temperatures appear in the middle of the Gulf whilst the salinity generally decreases towards the upper Gulf. Only the deep waters (below 30 m depth) are undersaturated with dissolved oxygen. In the lower Gulf, oversaturation reaches up to 134% at the surface. The concentration of Si(OH)4 in the Gulf is much higher during the rainy season than in the dry season, whilst PO4 is not seasonally dependent. Surficial concentrations of NO3+NO2 in the upper Gulf are higher in the dry season than in the rainy season; whilst in most of the lower Gulf, the concentrations are lower in the dry season. Surficial chl-a concentrations in the Gulf are higher in the rainy season, in particular, close to the Tarcoles outflow. A three-component mixing diagram describes the spatial distribution of the nutrients, during both seasons. Riverine waters from the Tempisque (high nutrients and low salinity) are mixed with surface waters from the lower Gulf (higher salinity and lower nutrients). The resulting water then mixes with oceanic water. Salinity in relation to PO4 is seasonally dependent in the upper Gulf; the riverine end member during the dry season is higher, by a factor of 4, than during the rainy season. There is a significant correlation between NO3+NO2 and salinity only during the dry season in the upper Gulf; this is probably a result of phytoplankton consumption of N, in the rainy season. The calculated NO3+NO2 riverine end member in the rainy season was 3.4 times lower than in the dry season, which is similar to that found for PO4, indicating anthropogenic sources of N and P. The Si(OH)4 riverine end member is higher in the rainy season; this is a result of natural rock weathering and increased transport, due to higher riverine discharge. The productivity in the Gulf of Nicoya is potentially limited by the availability of nitrogen, probably as the direct consequence of the introduction of riverine waters with high phosphorus concentration (low N/P ratios). Si(OH)4 is always in great stoichiometric excess over N and P. r 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved

Se presentan las distribuciones de salinidad, temperatura, nutrientes, oxígeno disuelto y concentraciones de clorofila-a (chl-a) en el Golfo de Nicoya, Costa Rica, durante las estaciones lluviosa y seca. En la temporada de lluvias, todo el Golfo está fuertemente estratificado debido a la alta descarga fluvial; la temperatura de la superficie disminuye y la salinidad aumenta hacia el mar y la mayor parte del Golfo está subsaturada con oxígeno disuelto. En la estación seca, el Golfo aún se encuentra estratificado aunque sin la fuerte señal de agua dulce identificada en la estación lluviosa. Las temperaturas superficiales más bajas aparecen en el medio del Golfo, mientras que la salinidad generalmente disminuye hacia la parte superior del Golfo. Solo las aguas profundas (por debajo de los 30 m de profundidad) están subsaturadas de oxígeno disuelto. En el bajo Golfo, la sobresaturación alcanza hasta el 134% en la superficie. La concentración de Si(OH)4 en el Golfo es mucho mayor durante la estación lluviosa que en la estación seca, mientras que el PO4 no depende de la estación. Las concentraciones superficiales de NO3+NO2 en el alto Golfo son más altas en la estación seca que en la estación lluviosa; mientras que en la mayor parte del bajo Golfo, las concentraciones son menores en la estación seca. Las concentraciones superficiales de chl-a en el Golfo son mayores en la estación lluviosa, en particular, cerca del desagüe de Tárcoles. Un diagrama de mezcla de tres componentes describe la distribución espacial de los nutrientes, durante ambas estaciones. Las aguas fluviales del Tempisque (altos nutrientes y baja salinidad) se mezclan con aguas superficiales del bajo Golfo (mayor salinidad y bajos nutrientes). El agua resultante luego se mezcla con agua oceánica. La salinidad en relación con el PO4 depende de la estación en la parte superior del Golfo; el miembro final del río durante la estación seca es más alto, por un factor de 4, que durante la estación lluviosa. Existe una correlación significativa entre NO3+NO2 y la salinidad solo durante la estación seca en el alto Golfo; esto es probablemente resultado del consumo de N por parte del fitoplancton, en la temporada de lluvias. El miembro final del río NO3+NO2 calculado en la estación lluviosa fue 3,4 veces menor que en la estación seca, lo cual es similar al encontrado para el PO4, lo que indica fuentes antropogénicas de N y P. El miembro final del río Si(OH)4 es mayor en la temporada de lluvias; esto es el resultado de la meteorización natural de las rocas y el aumento del transporte, debido a una mayor descarga fluvial. La productividad en el Golfo de Nicoya está potencialmente limitada por la disponibilidad de nitrógeno, probablemente como consecuencia directa de la introducción de aguas fluviales con alta concentración de fósforo (bajas relaciones N/P). Si(OH)4 está siempre en gran exceso estequiométrico sobre N y P. r 2002 Elsevier Science Ltd. Todos los derechos reservados