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Ciencias marinas

versión impresa ISSN 0185-3880

Cienc. mar vol.35 no.2 Ensenada jun. 2009

 

Artículos de investigación

 

Chemical tracer transport in the eastern boundary current system of the North Atlantic*

 

Transportes biogeoquímicos en el sistema de corrientes del Atlántico Noreste

 

M Álvarez1, XA Álvarez–Salgado2

 

1 CSIC–UIB, Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados, Miquel Marqués 21, 07190, Esporles, Mallorca, Spain. E–mail: marta.alvarez@uib.es

2 CSIC, Instituto de Investigaciones Marinas, Eduardo Cabello 6, 36208, Vigo, Spain.

 

Recibido en junio de 2008.
Aceptado en marzo de 2009.

 

Abstract

The "MedBox" region, comprising the Strait of Gibraltar to 22°W and from 24°N to 41°N, has been defined using thermohaline and chemical data from three WOCE cruises conducted in 1997/98. The water mass structure of the region was objectively solved by an extended optimum multiparameter (OMP) analysis. Volume transports were estimated from field data and an inverse box model that ensures volume conservation and no deep water formation within the region. The combination of the volume transports, the OMP water mass analysis, and the distributions of chemical parameters allowed for the assessment of the oxygen, inorganic carbon, nitrate, phosphate, and silicate transport mechanisms, their vertical and lateral variability, and the relative contribution of the different water masses in the mid–latitudes of the eastern North Atlantic to these transports.

Key words: dissolved oxygen, eastern North Atlantic, optimum multiparameter mixing analysis, nutrient salts, transport.

 

Resumen

La región "MedBox" comprende desde el Estrecho de Gibraltar hasta 22°W y entre 24°N y 41°N. Esta región se ha definido usando datos termohalinos y químicos de tres campañas WOCE llevadas a cabo en 1997/98. La estructura de las masas de agua en la zona se ha resuelto objetivamente utilizando un método multiparamétrico denominado análisis OMP extendido (extended Optimum Multi Parameter analysis). El transporte de volumen se estimó a partir de los datos de las correspondientes campañas y un modelo inverso de cajas que asegura la conservación de la masa y la no formación de aguas profundas en la región. La combinación de los transportes de masa, la distribución de las masas de agua según el OMP y la de propiedades químicas, permitió calcular los transportes de oxígeno, carbono inorgánico, nitrato, fosfato y silicato, además del estudio de los mecanismos que los controlan, su variabilidad vertical y lateral, y la contribución relativa de las distintas masas de agua a estos transportes en latitudes medias del Atlántico Noreste.

Palabras clave: análisis multiparamétrico óptimo de mezcla, Atlántico Noreste, oxígeno disuelto, sales nutrientes, transporte.

 

Introducción

En las latitudes medias del Atlántico Noreste se da la transición de aguas centrales subtropicales a subpolares, constituyendo una región de ventilación del borde oriental. Además, allí se forma por subducción el agua mediterránea y ocurre el afloramiento costero de la Península Ibérica y el noroeste de África.

El término "ventilación del borde oriental" se refiere al mecanismo por el cual las aguas superficiales que han penetrado en un nivel superficial límite se mezclan verticalmente y se reinyectan al interior del océano hacia profundidades mayores (Arhan et al. 1994 y referencias incluidas). La incorporación de aguas centrales hacia capas profundas cuando el Agua Mediterránea de Desbordamiento o "overflow" (MOW) desciende desde el Estrecho de Gibraltar es uno de los principales mecanismos de "ventilación del borde oriental". El sistema de corrientes superficiales de la Península Ibérica también se llama Sistema de Corrientes de Portugal (Peliz y Fiúza 1999). Aquí, la corriente de Portugal fluye hacia el sur durante todo el año entre 45°N–50°N y 10°O–20°O en el área de circulación lenta comprendida entre la Corriente del Atlántico Norte y la Corriente de las Azores (Krauss 1986). Al sur de la discontinuidad costera situada en el Estrecho de Gibraltar, donde se interrumpe la Corriente de Portugal, la circulación africana del noroeste se ve influenciada por la rama oriental del giro subtropical del Atlántico Norte, la Corriente de Canarias, que fluye hacia el suroeste. El sistema de corrientes en los márgenes oceánicos entre la Corriente de Portugal y la costa ibérica, y entre la Corriente de Canarias y la costa africana están dominados por las fluctuaciones estacionales del viento, especialmente en la cuenca ibérica. Aquí, durante la primavera y el verano predominan los vientos del noreste produciendo la Corriente Costera de Portugal, que fluye hacia el sur en la superficie, y la corriente Inferior Costera de Portugal que fluye hacia el norte sobre el talud (véase la revisión de Arístegui et al. 2006). Durante el resto del año, los vientos del suroeste predominan, dando lugar a la Contracorriente Costera de Portugal o a la Corriente Ibérica Hacia el Polo, que fluye hacia el norte. También se detecta una corriente hacia el polo en el noroeste de África; sin embargo, en invierno cuando la banda de alisios migra hacia el sur y provoca un afloramiento en el área se desarrolla un flujo hacia el ecuador constreñido en la plataforma.

Las distribuciones de sales nutrientes, oxígeno disuelto, carbono inorgánico, alcalinidad, etc. en el océano, son el resultado de la interacción de varios procesos físicos (flujos de calor y agua dulce en la superficie, procesos de advección y difusión) y biológicos (consumo neto en la zona fótica y mineralización neta en la profundidad). Desde el punto de vista biogeoquímico, el Atlántico Noreste abarca dos áreas importantes de alta producción primaria, el sistema de afloramiento costero de la península ibérica y el del noroeste africano (Arístegui et al. 2006), donde se desarrollan filamentos que transportan desde la costa hacia el océano una fracción considerable de esta producción primaria, tanto en forma disuelta como particulada (Álvarez–Salgado et al. 2007).

La evaluación del transporte advectivo de parámetros químicos en el océano es crítica para cuantificar los intercambios de nutrientes entre diversas provincias biogeográficas (Rintoul y Wunsch 1991, Álvarez et al. 2002); y para establecer los correspondientes balances, usados para estimar la producción exportada (Ganachaud y Wunsch 2002) y la producción neta de la comunidad (Hansell et al. 2004, Bates et al. 2006, Álvarez y Álvarez–Salgado 2007), o para evaluar la distribución regional de la captación y almacenaje del carbono antropogénico (Holfort et al. 1998, Álvarez et al. 2003, Rosón et al. 2003).

Pocos trabajos han estudiado los mecanismos que controlan el transporte de trazadores químicos en el Atlántico Norte (Álvarez et al. 2002, 2003; Lavín et al. 2003) y solamente uno cuantificó el papel de las masas del agua en esos transportes por medio de un análisis de mezcla (Álvarez et al. 2004). Aquí se evalua el transporte de sales nutrientes, carbono inorgánico, alcalinidad y oxígeno disuelto en una caja que encierra el sistema de corrientes del borde oriental del Atlántico Norte, con el objetivo de estudiar los mecanismos de transporte y la contribución de las diversas masas de agua a los transportes regionales. Los resultados presentados aquí complementan el artículo de Álvarez et al. (2005, de aquí en adelante APSB) sobre el transporte y el almacenaje de carbono antropogénico en la misma región.

 

Material y métodos

La base de datos empleada así como los métodos están descritos detalladamente en APSB; por lo tanto, solamente se destacarán los aspectos más relevantes y más nuevos. Referimos al lector a APSB para una descripción cuidadosa del análisis de mezcla de masas de agua y del método inverso usado en el cálculo del campo de velocidades.

Base de datos

Se definió una caja de tres lados alrededor del Estrecho de Gibraltar (fig. 1) usando los datos hidrográficos y químicos de tres campañas WOCE (World Ocean Circulation Experiment; véase la tabla 1 en APSB) emprendidas en 1997 y 1998, la cual se denominó "MedBox 98". En este estudio, se utilizaron datos de CTD de temperatura y salinidad, junto con datos de botella de oxígeno disuelto, sales nutrientes y CO2. Los detalles sobre los métodos analíticos y los procedimientos del control de calidad se dan en los informes correspondientes de las campañas y en los trabajos relacionados (véase la tabla 1 en APSB). La consistencia interna de los nutrientes, oxígeno y CO2 fue comprobada cuidadosamente estudiando los residuos del análisis de mezcla de masas de agua profundidades por debajo de 3000 dbar. La MedBox se divididó en cuatro secciones para describir los resultados: pared norte, noroeste, sudoeste y sur (fig. 1).

Análisis de mezcla

Cada muestra de agua se dividió objetivamente en sus contribuciones de tipos de agua, de acuerdo a su origen, presentes en el Atlántico Noreste. El problema de la mezcla se solucionó utilizando un método óptimo multiparamétrico extendido (OMP) (e.g., Karstensen y Tomczak 1998, Álvarez et al. 2004) que minimiza los residuales de un sistema lineal de ecuaciones para variables conservativas y no conservativas usando una aproximación de mínimos cuadrados no negativos, donde la masa se conserva rigurosamente y las contribuciones de todas las masas de agua deben ser positivas.

Las variables conservativas usadas fueron la temperatura potencial (θ) y la salinidad, y se supuso un comportamiento conservativo del silicato (SiO2). Los trazadores no conservativos fueron el nitrato (NO3), el fosfato (PO4) y el oxígeno disuelto (O2). Los procesos biológicos se modelaron en unidades de oxígeno. El consumo de O2 desde las condiciones iniciales cercanas a la saturación se convirtió en unidades de NO3 y PO4 usando los cocientes estequiométricos de Fraga et al. (1998). La ecuación lineal de mezcla para cada trazador se ponderó según el error analítico de la medida y de la variabilidad de su concentración en la zona de origen del tipo de agua (tabla 1).

Siguiendo la nomenclatura de APSB, en este trabajo nos referiremos a Aguas Centrales como la suma de las contribuciones de Agua Modal de Madeira (MMW), y de agua central del Atlántico Noreste (ENACW) subtropical y subpolar. Como aguas intermedias distinguiremos entre el Agua Intermedia Antártica Diluida (AA), el Agua del Mar de Labrador (LSW) y el Agua Mediterránea (MW). En el dominio de las aguas profundas distinguimos entre el Agua de Desbordamiento de Islandia–Escocia (ISOW) y el Agua Profunda (LDW), que junto con la LSW explican la variabilidad de las aguas profundas del Atlántico Noreste (tabla 1). Véase APSB para más detalles.

Campo de velocidades, mecanismos de transporte y contribuciones de las masas de agua

La estimación del campo de velocidades es un paso crucial para calcular valores fiables de transporte de volumen y de variables químicas (e.g., Álvarez et al. 2002). Nos referimos otra vez a APSB para una explicación más detallada. Brevemente, el campo de velocidades geostróficas se estima utilizando como nivel de referencia σ3 = 41.49, prácticamente equivalente a 3200 dbar. A partir de este campo inicial de velocidad se establece un modelo inverso, el cual consiste en resolver una serie de ecuaciones lineales indeterminadas que satisfagan una serie de constricciones físicas. Este sistema se resuelve mediante su descomposición en valores singulares (SVD, por sus siglas en inglés). Las constricciones del modelo son: (i) conservación del volumen en toda la columna de agua; (ii) conservación del volumen, la sal y el calor en seis capas profundas por debajo de 2500 dbar; y (iii) que no se forme agua profunda dentro de la MedBox (APSB, Slater 2003).

Para dilucidar los mecanismos que controlan el transporte de volúmenes y de variables químicas, los flujos geostróficos se separaron en tres componentes: (i) un término barotrópico, debido al transporte neto a través de los límites de la caja; (ii) un término baroclínico, debido a la estructura vertical horizontalmente promediada; y (iii) un término horizontal, debido al flujo residual una vez restados los componentes barotrópico y baroclínico, el cual se asocia a las variaciones laterales sobre el perfil baroclínico. La contribución de los términos cruzados es insignificante y puede ser despreciada.

Los componentes baroclínico y horizontal no tienen asociado un flujo neto de volumen y, en este caso particular, el barotrópico tampoco. El transporte barotrópico incluye la capa de Ekman, el transporte barotrópico neto en la columna del agua a través de los límites de la caja, y el transporte en los triángulos de fondo. El transporte baroclínico se asocia a la circulación meridional de renovación vertical en la zona y el horizontal a la circulación de giro, incluyendo remolinos de mesoscala. Para cuantificar estos componentes para el transporte de volúmenes y de los trazadores químicos, la velocidad ortogonal (v) y la variable química correspondiente (Prop), se separan en (i) un valor medio para toda la sección (< v > y , respectivamente), (ii) un perfil baroclínico de valores lateralmente promediados en cada profundidad (<v>(z) y <Prop>(z)), y (iii) las desviaciones laterales (anomalías) para cada par de estaciones y profundidad (v'(x, z) y Prop'(x, z)). Por lo tanto,

Los transportes correspondientes se calculan como:

1. Componente barotrópico:

2. Componente baroclínico:

3. Componente horizontal:

donde L(z) es el ancho de la sección en cada profundidad y es el área de la sección. El transporte de volumen se expresa en Sverdrups (1 Sv = 106 m3 s–1), de manera que la densidad no se introduce en los cálculos. Los transportes biogeoquímicos se expresan en kmol s–1 (103 mol s–1).

Los transportes asociados a cada masa de agua se calculan igual que en Álvarez et al. (2004). La proporción de cada masa de agua se multiplica por el transporte geostrófico de cada variable biogeoquímica. Los valores positivos indican una importación hacia la MedBox y los negativos una exportación hacia fuera de ella.

Análisis de sensibilidad

Siguiendo la sección 3.3 de APSB, se realizó un análisis de sensibilidad para determinar el efecto sobre las distribuciones de masas de agua de la variabilidad en las características termohalinas y químicas en la zona de origen de cada una de ellas y, finalmente, el efecto de estos cambios sobre los valores de transporte. Se realizaron 100 perturbaciones para determinar la variabilidad en las masas de agua y el transporte, y se vio que las distribuciones de masas de agua varían levemente al modificar sus características en la zona de origen. Los resultados que se presentan en las siguientes secciones sobre los transportes de volúmenes y biogeoquímicos corresponden al promedio obtenido después de 100 perturbaciones. La desviación estándar de las soluciones obtenidas después de las 100 perturbaciones se toma como un indicador de la robustez de los cálculos.

 

Resultados

Mecanismos de transporte

Para determinar y discutir correctamente los mecanismos de transporte (tabla 2) y la contribución de las diversas masas de agua (tabla 3) a los flujos biogeoquímicos no conservativos, es necesario conocer la estructura del transporte de volúmenes en la zona, la cual ha sido descrita a fondo en la sección 5 de APSB. La figura 2 muestra las componentes del transporte de volúmenes y destaca las características más importantes de la circulación en la región. La MW se forma como la mezcla de MOW de alta salinidad que sale por el Estrecho de Gibraltar y al hundirse arrastra ENACWs menos salinas hacia la profundidad, posteriormente se estabiliza a profundidades intermedias, y se dispersa en el Atlántico Norte. Estos procesos se reflejan en el perfil baroclínico de la circulación de renovación mostrado en la figura 2a; por consiguiente, los transportes serán divididos en los adscritos a la capa superior que corresponde a los primeros 500 dbar, una capa intermedia entre 500 y 2000 dbar y una capa profunda por debajo de esta profundidad. El balance total de volumen en la MedBox (tabla 3) muestra que el MW se produce con una tasa de 2.7 ± 0.2 Sv, que provienen de la transformación de 2.5 ± 0.2 Sv de ENACWs y de 0.2 ± 0.2 Sv de AA.

La circulación horizontal a través de las paredes de la Med–Box (fig. 2b) muestra la circulación anticiclónica característica de las latitudes medias del borde oriental del Atlántico Norte, con aguas que entran en la MedBox a través de la pared occidental y salen de la MedBox a través de las paredes norte y sur. La figura 2b también muestra la gran actividad de mesoescala en la región y marca claramente la entrada de la Corriente de Azores, aproximadamente a 31.7–33.2°N en la pared del sudoeste, y su Contracorriente en sentido contrario.

Los transportes a través de la MedBox se corresponden con la porción del Atlántico Norte enmarcado por los límites de la MedBox más el Mar Mediterráneo, ya que la caja MedBox está abierta en el Estrecho de Gibraltar. Los transportes totales a través de la MedBox se muestran en la tabla 2. Las sales nutrientes, la alcalinidad total (TA) y el carbono inorgánico total (TIC) se exportan hacia el Atlántico Norte, mientras que el O2 se importa desde el interior del océano. El mecanismo principal responsable de la exportación de nutrientes es la circulación de renovación (tabla 2), ya que la contribución barotrópica a la exportación es pequeña, y el componente horizontal implica una importación (tabla 2). Los perfiles lateralmente promediados a lo largo de la MedBox de NO3 y PO4 (fig. 3a, c) muestran una capa superior agotada en nutrientes (es decir, valores más pequeños que la media de toda la Med–Box), mientras que en la capa intermedia la diferencia con esta media es pequeña. Estos perfiles baroclínicos de propiedades químicas, combinados con sus correspondientes transportes baroclínicos de volumen (fig. 2a) proporcionan los transportes de renovación. Un porcentaje alto de estos transportes ocurre en la capa superior (fig. 4a, c). El SiO2 presenta un perfil medio distinto al de NO3 y PO4 (fig. 3e): en los primeros 2300 dbar superiores el SiO2 es menor que la media de toda la sección, mientras que en la capa más profunda el SiO2 aumenta considerablemente debido a la mayor influencia de aguas profundas de origen antártico. El transporte de renovación o baroclínico de SiO2 (fig. 4e) muestra una capa superior donde éste se exporta hacia el océano a pesar de presentar valores más bajos que la media de la sección, mientras que en la capa intermedia se importa (figs. 2a, 3e, 4e). La circulación de renovación a profundidades intermedias transporta aguas relativamente empobrecidas en SiO2 hacia fuera de la caja, lo que se traduce en una importación de SiO2 hacia la MedBox

La distribución de las anomalías zonales de las variables químicas (fig. 3b, d, f, h, j, l) refleja diferencias horizontales en torno a los perfiles medios correspondientes (fig. 3a, c, e, g, i, k). Para el caso del NO3 y PO4, las desviaciones laterales en la capa superior (fig. 3b, d) reflejan el contraste entre la MMW, empobrecida en nutrientes, y la ENACW subtropical, enriquecida en nutrientes, situadas hacia el sur y norte, respectivamente (ver fig. 7 en APSB). El mayor contraste ocurre en la capa intermedia, donde se encuentran la AA (al sur), rica en nutrientes, y la MW (al norte), pobre en los mismos. En el caso del SiO2, las diferencias mayores se encuentran en las capas intermedia y profunda (fig. 3f) debido al enriquecimiento en SiO2 de la AA en comparación con la MW, y más abajo en las capas de LSW y LDW (fig. 7 en APSB) el bajo contenido de SiO2 en la LSW predomina hacia el norte.

Combinando los transportes horizontales de volúmenes (fig. 2b) y las anomalías de nutrientes (fig. 3b, d, f) se pueden explicar los transportes horizontales correspondientes (fig. 4b, d, f). Según lo esperado, las contribuciones más grandes al transporte horizontal de NO3 y PO4 ocurren en la capa intermedia (fig. 4b, d). Los picos y los valles marcados en las capas superior e intermedia reflejan la presencia de remolinos y de la Corriente de Azores y su Contracorriente cerca de 33.75°N (fig. 2b y paneles de la derecha en fig. 4). La figura 4(a, c, e) muestra la integral de los transportes horizontales en la vertical, que se compara con la contribución baroclínica. En los casos del NO3 y el PO4 (fig. 4a, c), la circulación baroclínica en las capas superiores produce una exportación hacia fuera de la caja, mientras que en la capa intermedia, la circulación horizontal es la principal contribuyente a la importación de NO3 y PO4. Para el SiO2 (fig. 4e), la circulación de renovación es la principal contribuyente a su importación en la capa intermedia incluso sobrepasando la contribución horizontal. El transporte horizontal de SiO2 en la capa profunda es significativo y negativo mientras que para el NO3 y PO4 el transporte es muy pequeño.

El O2 es la única variable química importada hacia la Med–Box desde el Atlántico Noreste, con una tasa de 189 ± 29 kmol s–1. Todas las componentes de los transportes importan O2 hacia la MedBox (tabla 2), aunque la circulación de renovación es el mecanismo principal que conduce el flujo hacia la MedBox. El perfil medio de O2 muestra una capa centrada alrededor de 1000 dbar empobrecida en O2 en comparación con la media de toda la sección (fig. 3g) debido al bajo contenido de O 2 en AA y MW. Las anomalías horizontales de O2 (fig. 3h) muestran un contraste fuerte en el contenido en O2 en torno a los 1000 dbar, indicando que MW es más rica en O2 que AA. Los perfiles del transporte baroclínico y horizontal son prácticamente imágenes especulares (fig. 4g). La mayor importación de O2 se debe a la circulación de renovación en la capa intermedia, mientras que en la capa superior la circulación de renovación provoca una exportación.

El transporte de volumen a través de la MedBox se forzó a cero lo cual se traduce en una exportación de sal de –2.98 ± 0.3 Sv psu y una entrada de agua dulce de 0.085 ± 0.009 Sv (tabla 3 en APSB). Debido a que TA y TIC son variables químicas correlacionadas directamente con la salinidad, el desbalance en ésta se traduce en una exportación de TA y TIC. Por lo tanto, se aplica una corrección barotrópica constante para forzar el transporte de salinidad a cero en toda la MedBox. En este trabajo presentamos los resultados del transporte de TA y TIC con esta corrección, representando el transporte de estas variables de manera independiente de la salinidad. Esta corrección es importante para separar los desbalances de TA y de TIC debidos a la sal y los debidos a procesos biogeoquímicos.

Los perfiles medios de TA y de TIC (fig. 3i, k) a lo largo de la MedBox muestran una capa superior con más TA y menos TIC que la media de la sección debido a la actividad biogeoquímica; también se ve un máximo en ambos a 1000 dbar debido a la influencia de MW y un mínimo alrededor de 2000 dbar asociado a LSW, y finalmente un aumento por debajo de 3000 dbar. La figura 4(i) muestra claramente como la contribución principal a la exportación de TA hacia el Atlántico se debe al transporte horizontal de TA en las capas superiores e intermedias (fig. 4j), mientras que la circulación baroclínica introduce TA en la caja, principalmente en la capa superior. En el caso del TIC, el principal mecanismo responsable de la exportación es la circulación de renovación (tabla 2, fig. 4k). Esto se debe a que la capa superior empobrecida en TIC (fig. 3k) se introduce en la MedBox, lo cual se traduce en una exportación de TIC (fig. 4k).

Masas de agua y distribución regional de transportes

La tabla 3 muestra la contribución de cada masa de agua a los transportes de volumen y biogeoquímicos. El transporte de volumen atribuido a las aguas profundas es insignificante según las imposiciones del modelo inverso; por lo tanto, su contribución al transporte de nutrientes, O2, TA y TIC son pequeños y con una gran incertidumbre debido a los ajustes del modelo inverso. La formación de MW con una tasa de 2.7 ± 0.2 Sv y su transporte hacia el Atlántico Norte explica la exportación de nutrientes, TA y de TIC desde la MedBox hacia el Atlántico Norte. Como es de esperarse, el O2 se comporta de manera opuesta: la importación de ENACWs y AA contribuye a la ventilación de la MedBox.

Las distribuciones laterales y verticales de los transportes de parámetros químicos están moduladas por el correspondiente transporte de volumen en cada capa y a través de cada pared (fig. 5). Por lo tanto, es útil describir brevemente la circulación de cada masa de agua por capas y paredes. En la capa superior solamente se transportan ENACWs (fig. 5a), entrando en la caja a través de la pared occidental. La circulación en la capa intermedia (fig. 5b) demuestra que 85% del MW formada dentro de la MedBox fluye fuera de la zona hacia el norte cerca del margen ibérico; el resto atraviesa la caja a través de la pared sudoeste y sur. Con respecto al AA, 1 Sv entra en la caja en la capa intermedia a través de la pared del sudoeste (fig. 5b), mientras que –0.7 Sv salen de la caja por la pared del sur. Tal y como ya se comentó, 0.2 Sv de AA se transforman en MW (tabla 3). La figura 5c muestra la circulación ciclónica profunda en la cuenca ibérica, con aguas que entran en el área por el sudoeste y fluyen hacia fuera en el norte: 0.3 Sv atraviesan la pared del sur y continúan hacia el norte incorporando 1.9 Sv que cruzan la pared oeste. Finalmente –1.9 Sv fluyen hacia fuera de la caja hacia el norte.

La importación de nutrientes en la capa superior a través de la pared occidental sobrepasa la pérdida de nutrientes en esta capa a través de las paredes de norte y sur (fig. 5d, g, j). En la capa profunda se importan nutrientes (fig. 5f, i, l), principalmente debido a LDW. La suma de ambas contribuciones es superada por la exportación en la capa intermedia (fig. 5e, h, k), donde la salida de MW a través de las paredes norte y oeste es la principal responsable de la exportación de nutrientes hacia el Atlántico Norte. El oxígeno se importa hacia la MedBox desde el Atlántico Norte (tabla 2), principalmente debido al transporte de ENACWs en la capa superior (fig. 5m, tabla 3). Las aguas profundas también contribuyen a la importación de O2 (fig. 5o, tabla 3), mientras que la circulación en la capa intermedia lo exporta principalmente con MW (fig. 5n, tabla 3).

Cada masa de agua tiene una salinidad característica según el forzamiento aire–océano en su momento y área de formación. La salinidad, junto con otros factores físicos y biológicos, determina el contenido final de TA y TIC de los tipos de agua de origen (tabla 1). Aunque el transporte total de salinidad a través de la MedBox se forza a cero, existen un transporte de volumen y uno de salinidad asociados a cada masa de agua y, por consiguiente, un transporte de TA y TIC que lleva asociada una gran incertidumbre (tabla 3). Según lo esperado, MW es la masa principal de agua responsable de la exportación de TA y TIC, la cual no es compensada por la importación asociada a las ENACWs.

La distribución del transporte de TA y TIC asociado a las diversas masas de agua por pared y capa de agua (fig. 5pr, su) se asemeja su transporte de volumen correspondiente (fig. 5a–c). La exportación más importante de TA y TIC hacia fuera de la caja ocurre en la capa intermedia (fig. 5q, t) a través de las paredes norte y sur, a través de la pared norte se atribuye al transporte de MW y ENACWs, y a través de la pared sur a ENACWs y AA con contribuciones de menor importancia de MW, LSW y LDW. La exportación en el nivel intermedio no es excedida por la importación en las capas superior y profunda.

 

Discusión

En este trabajo se evaluaron los transportes de nutrientes, oxígeno disuelto, carbono inorgánico total y alcalinidad a través de la MedBox en el Atlántico Norte. El campo de velocidades fue estimado usando un método inverso y la estructura de masas de agua se estudió mediante un análisis de mezcla OMP (APSB).

La región de MedBox (región oceánica entre las paredes de la MedBox y el Estrecho de Gibraltar), junto con el Mar Mediterráneo, exportan nutrientes hacia el Atlántico Norte adyacente, con tasas de –30 ± 3, –1.0 ± 0.3 y –15 ± 7 del kmol s–1 para el nitrato, fosfato y silicato, respectivamente. Los transportes de TA y de TIC son independientes del transporte neto de salinidad, se exportan hacia el Atlántico Norte con tasas de –31 ± 16 y –130 ± 13 kmol s–1 para TA y TIC, respectivamente. Sin embargo, el O2 se importa hacia la Med–Box desde el Atlántico Norte a una tasa de 189 ± 29 kmol s–1. Estos valores señalan un comportamiento heterotrófico de la región según lo evaluado en el balance de carbono y nitrógeno orgánico e inorgánico en la región MedBox (Álvarez y Álvarez–Salgado 2007).

Las ENACWs, con niveles bajos de nutrientes y TIC pero alto contenido de O2, se transportan en la capa superior de la región y son arrastradas por la MOW hacia profundidades intermedias para formar MW, que es finalmente exportada hacia el Atlántico Norte, con niveles de nutrientes y TIC más altos pero una menor concentración de O2. La circulación de renovación debida a la formación de MW dentro de la región MedBox es el principal mecanismo responsable de la exportación de carbono antropogénico (APSB). En este trabajo, también se ha determinado que ésta es el principal mecanismo controlador de la exportación de nutrientes y TIC y de la importación de O2 desde el Atlántico Norte adyacente. Por otro lado, el transporte de TA está controlado por la circulación horizontal de gran escala dentro de la región, debido a las altas diferencias horizontales en TA, por un lado cerca del margen ibérico MW con alta TA y, cerca de Canarias, AA con baja TA.

También se determinó la contribución vertical y lateral de las masas de agua a los transportes químicos. Según lo esperado, la distribución regional de los transportes químicos está modulada por los correspondientes transportes de volumen. La contribución de aguas profundas a los transportes netos es insignificante, ya que se forzó la circulación dentro de la Med–Box para que no hubiera formación de aguas profundas (LSW, LDW o ISOW) (APSB). La contribución principal al transporte de importación de nutrientes, TA, TIC y O2 se atribuye a las ENACWs en la capa superior de la pared occidental de MedBox, mientras que en la capa intermedia del margen ibérico la exportación de MW es el principal contribuyente a los transportes químicos hacia fuera de la región de MedBox.

La propagación de MW en el Atlántico Norte tiene implicaciones importantes en los balances de calor y salinidad a nivel de cuenca (Daniault et al. 1994, Pollard et al. 1996), y en la transformación de aguas calientes a frías que ocurre en los mares nórdicos (McCartney y Mauritzen 2001). Los modelos generales de circulación del océano intentan estudiar y modelar el complicado mecanismo de formación y propagación de la MW (e.g., New et al. 2001, Papadakis et al. 2003). El modelo físico subyacente en cualquier modelo biogeoquímico es crucial para reproducir el ciclo del carbono actual y predecir sus cambios debidos al cambio global (Doney 1999, Doney et al. 2004). Desafortunadamente, los mares marginales como el Mediterráneo no se consideran en los modelos globales de carbono, debido a su poca relevancia en comparación con la ventilación del océano profundo, en donde la mayor parte de los modelos divergen del comportamiento verdadero del océano (e.g., Doney et al. 2004). La serie de trabajos publicados por los autores (APSB, Álvarez y Álvarez–Salgado 2007), incluyendo el presente, señalan la importancia de la formación de MW para los ciclos biogeoquímicos y pueden servir como patrón en cualquier intento de modelado global del carbono que intente reproducir las implicaciones biogeoquímicas de la formación y extensión de MW en el Atlántico Noreste.

 

Agradecimientos

M Álvarez fue financiada con un contrato posdoctoral del programa social europeo CSIC I3P. El contrato ORCASEX (RYC–2006–001836), programa Ramón y Cajal del Ministerio de Ciencia y Tecnología español, financió este trabajo. Este trabajo es una contribución a CAIBEX (MEC, CTM2007–66408–C02–01/MAR).

 

Referencias

Álvarez M, Álvarez–Salgado XA. 2007. Biogeochemical budgets in the eastern boundary current system of the North Atlantic: Evidence of net heterotrophy and nitrogen fixation. Limnol. Oceanogr. 52(4): 1328–1335.         [ Links ]

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Nota

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