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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.21.2022.tde-15092022-105300
Document
Auteur
Nom complet
Paulo Vinicius Ferraz Correa
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2022
Directeur
Jury
Sumida, Paulo Yukio Gomes (Président)
Bernardino, Angelo Fraga
Gomes, Abilio Soares
Perez, José Angel Alvarez
Titre en anglais
Benthic fauna of the Rio Grande Rise, SW Atlantic: ecology and implications for conservation
Mots-clés en anglais
Community structure
Deep-sea mining
Diversity
Ferromanganese crusts
Invertebrates
Species distribution model
Resumé en anglais
The Rio Grande Rise (RGR) is a region of commercial and scientific interest due to its potential for mining rare-earth elements (REEs). The application and demand for REEs have expanded over the years, especially with the use of renewable energy (such as wind farms, solar panels, and batteries). In this scenario, the RGR has gained attention from researchers, the Brazilian government, and other states due to its large potential for the exploitation of ferromanganese (Fe-Mn) crusts, which are a source of REEs. Unlike terrestrial mining, there are effectively no precedents for mineral exploitation in the deep sea. This thesis aims to characterize the RGR fauna and examine potential drivers for community structure and species distribution. A review of the literature and the OBIS and GBIF databases showed there is little information about the fauna and ecology in RGR. To help fill in these gaps, biological samples from rock dredges, seabed videos, and bathymetric data from RGR were collected in the MARINE E-TECH Project from two cruises with the vessels N/Oc. Alpha Crucis and RSS Discovery in 2018 and analyzed in this thesis. A diverse fauna was observed, with a higher abundance of sponges, corals, annelids, barnacles, and tube-dwelling amphipods, and 30% of the specimens found associated with larger organisms. Seabed videos revealed highly heterogeneous and rapidly changing habitats in RGR. The habitats formed by Fe-Mn deposits were dominated by distinct communities, which were rarely observed elsewhere. We found variations in the community structure at regional scales, with distinct communities on each side of the rift and at the southwest of the study area. Machine learning and regression models were used to predict the distribution of Sarostegia oculata, a branched hexactinellid that forms sponge gardens in Fe-Mn crusts. The models had excellent or good performance statistics and a high discrimination power between presence and absence sites. The main drivers for the distribution were depth, fine scale Bathymetric Position Index, and northness. Models predicted a high likelihood of S. oculata along with the rift borders with a low degree of uncertainty. Understanding the potential ecosystem impact is critical to any prospect of deep-sea mineral deposits becoming a potentially viable source of REEs. The results presented here will be of interest to all the stakeholders in the proposed mining activities and will facilitate more informed decision-making regarding these activities.
Titre en portugais
Fauna bêntica da Elevação do Rio Grande, Atlântico Sudoeste: ecologia e implicações para conservação
Mots-clés en portugais
Crostas de ferromanganês
Diversidade
Estrutura de comunidades
Invertebrados
Mineração de mar profundo
Modelo de distribuição de espécies
Resumé en portugais
A Elevação do Rio Grande (ERG) é uma região de interesse comercial e científico devido ao seu potencial para extração de terras raras. O uso e a procura desses elementos se expandiu ao longo dos anos, especialmente com a utilização de energias renováveis (tais como usina eólicas, painéis solares e baterias). Neste cenário, a ERG ganhou a atenção de pesquisadores, do governo brasileiro e outras nações devido ao seu grande potencial para a exploração de crostas ferromanganesíferas, que são importantes fontes de terras raras. Ao contrário da mineração terrestre, não existem precedentes para a exploração mineral em águas profundas. Esta tese visa caracterizar a fauna na ERG e examinar potenciais fatores na estrutura de comunidades e distribuição de espécies na região. Uma revisão na literatura e nas bases de dados OBIS e GBIF mostrou que há pouca informação sobre a fauna e ecologia da ERG. Para ajudar a preencher estas lacunas, foram obtidas e analisadas nesta tese amostras biológicas coletadas em dragas de rochas, vídeos do assoalho marinho e dados batimétricos no Projeto MARINE E-TECH, a partir de dois cruzeiros com os navios N/Oc. Alpha Crucis e RSS Discovery em 2018. Foi observada uma fauna diversa nas amostras, com maior abundância de esponjas, corais, anelídeos, cracas e anfípodes formadores de tubo. Cerca de 30% dos espécimes encontrados estavam associados a organismos maiores. Os vídeos revelaram habitat bastante heterogêneos e que mudavam rapidamente na RGR. Os habitat formados por depósitos de ferromanganês estavam dominados por comunidades distintas, que raramente foram observadas em outros locais. Também foram encontradas variações na estrutura da comunidade em escala regional, com comunidades distintas em cada lado do rifte e no sudoeste da área de estudo. Foram utilizados modelos de aprendizagem de máquina e regressão para predizer a distribuição da Sarostegia oculata, uma esponja de vidro arborescente, que apresentou alta abundância em áreas com crostas de ferromanganês. Os modelos tiveram excelente ou boa performance e um elevado poder de discriminação entre locais de presença e ausência. Os principais fatores para modelar a distribuição foram profundidade, Índice de Posicionamento batimétrico (BPI) em fina escala, e aspecto no sentido norte-sul. Os modelos predisseram uma elevada probabilidade de S. oculata ao longo das bordas do rifte e com um baixo grau de incerteza. A compreensão do potencial impacto no ecossistema é fundamental para a perspectiva de mineração em mar profundo se tornar uma fonte viável de terras raras. Os resultados aqui apresentados serão de interesse para todos os atores relacionados às atividades de mineração e facilitarão a tomada de decisões baseada em evidências científicas em relação a essas atividades.
 
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Date de Publication
2022-09-29
 
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