Pathways of recent fine-grained sediment transport on the central Portuguese continental margin

Abstract

Com o intuito de estudar as principais vias de transporte de sedimentos finos recentes na zona central da margem continental Oeste Portuguesa, parâmetros geoquímicos, mineralógicos e granulométricos foram analisados em sedimentos superficiais e em matéria particulada colhida em armadilhas de sedimentos e integrados com observações da hidrodinâmica de fundo. Os parâmetros geoquímicos foram também estudados na coluna de sedimentos depositada nos últimos 150 anos e em sedimentos pré-industriais. Os referidos parâmetros determinados foram: concentrações elementares, isótopos estáveis de Pb, teores em materiais litogénicos, carbonato de cálcio e carbono orgânico. Os canhões de Lisboa-Setúbal e Cascais tiveram especial destaque no presente estudo dado que, até à data, encontram-se menos estudados que o Canhão da Nazaré. Os resultados mostram que a distribuição de sedimentos na zona central da margem ocidental Portuguesa é particionada pelos canhões e que a exportação de sedimentos da plataforma para zonas mais profundas da margem é restringida pelas correntes do talude, excepto onde os canhões funcionam como corredores para o transporte de sedimentos. Enquanto no Canhão de Lisboa-Setúbal, e provavelmente no Canhão de Cascais, o transporte de sedimentos até à zona inferior é limitada, provavelmente apenas despoletado por eventos de elevada energia, no Canhão da Nazaré o transporte ao longo do todo o canhão parece eficiente. As zonas superiores dos canhões de Lisboa-Setúbal e Cascais presentemente actuam como armadilhas de sedimentos finos, aprisionando partículas em suspensão provenientes da plataforma adjacente. A introdução directa de sedimentos provenientes das plumas dos rios Tejo e Sado nas zonas superiores dos canhões parece limitada, contudo a resuspensão dos sedimentos do prodelta do Tejo como resultado de ondas de tempestade e ondas de maré interna permite o transporte de sedimentos para os canhões adjacentes. Na plataforma de Lisboa-Setúbal-Sines foram identificadas as assinaturas geoquímicas e mineralógicas de diferentes fontes de sedimentos finos (e.g. estuários do Tejo e Sado, arribas costeiras, lagoas de St. André e Melides). As concentrações elementares pré-industriais são muito semelhantes nos canhões da Nazaré e Lisboa-Setúbal, mas variados graus de enriquecimento antrópico de metais traço estão presentes nos sedimentos recentes. A mais acentuada influência antrópica na última área referida é consistente com a sua proximidade a áreas densamente povoadas e industrializadas e com input de sedimentos originários dos rios Tejo e Sado, potenciais transportadores de partículas poluentes. A dispersão de Pb atmosférico parece também significativa sendo que toda a zona da plataforma continental adjacente aos canhões de Lisboa-Setúbal e Cascais apresenta-se enriquecida. A principal fonte de Pb antrópico identificada através de isótopos estáveis de Pb é consistente com a assinatura das cinzas de incineradoras. No Canhão de Lisboa a imersão de dragados contaminados parece ser também uma potencial importante fonte de metais traço antropogénicos.

In order to study the main pathways of recent fine sediment transport in the central area of the west Portuguese continental margin between the Nazaré Canyon and Cape Sines, geochemical, mineralogical and grain size parameters were analysed in surface sediments and sediment trap particulate material. This data was integrated with observations on near-bottom hydrodynamics and sediment dispersal. The sediment column deposited over the last 150 yrs and pre-industrial sediments were studied for the geochemical parameters. The determined geochemical parameters include elemental concentrations, stable Pb isotopes, contents of lithogenic material, calcium carbonate and organic carbon. The Lisbon-Setúbal and Cascais canyons received special attention in this study as these structures have had much less attention than the Nazaré Canyon. The results show that sediment distribution on the central Portuguese margin is partitioned by submarine canyons and export of shelf sediments towards the deeper continental margin is restricted by slope currents, except where canyons provide corridors for down-slope transport. While in the Lisbon-Setúbal Canyon, and probably in the Cascais Canyon, down-canyon transport of sediments to the lower canyon is limited, conceivably only triggered by high energy events, in the Nazaré Canyon downcanyon sediment transport seems efficient. The upper reaches of the Lisbon- Setúbal and Cascais canyons presently act as traps for fine-grained sediments entrained in suspension from the adjacent shelf. Direct sediment input from the Tagus and Sado river plumes into the upper canyons seems limited. However, resuspension of sediments from the Tagus prodelta as a result of storm waves and internal tidal waves seems enough for an efficient transport of sediments into the upper Lisbon and Cascais canyons. In the Lisbon-Setúbal-Sines continental shelf geochemical and mineralogical signatures from various fine sediment sources were identified (e.g. Tagus and Sado estuaries, sea-cliffs, St. André and Melides lagoons). The contribution of trace metals from anthropogenic sources was assessed by comparing present-day and average elemental concentrations for the industrial period with pre-industrial baseline values. Baseline elemental concentrations are very similar for the Nazaré and Lisbon-Setúbal canyons, but varying degrees of anthropogenic trace metal enrichments are recorded in more recent sediments. Enhanced anthropogenic influence in the latter area is consistent with its proximity to heavily populated and industrialized areas and with sediment input originated from the Tagus and Sado rivers, potential major carriers of pollutant particles (Pb, Zn and Cu). Atmospheric dispersal of Pb seems important as well in the Lisbon-Setúbal- Sines margin and virtually all the studied continental shelf adjacent to the Lisbon-Setúbal and Cascais canyons shows enrichment of Pb. The main source of anthropogenic Pb identified through Pb stable isotope signatures seems to be incinerator fly ashes. Discharge of dredged contaminated sediments in the Lisbon Canyon appears also as a potentially important source of anthropogenic trace metals.