Addressing biogeochemical patchiness influencing the Western Mediterranean Sea ecosystems using high-resolution in-situ and remote sensing observations

Abstract

[eng] The Mediterranean Sea has the ideal scale to be considered a “miniature ocean” due to analogies to the ocean in terms of its dynamical processes. Several studies have helped us to understand many of the fundamental processes of the oceanic system, where mesoscale and sub-mesoscale features have an important impact on the phytoplankton dynamics. These features, such as eddies, fronts or filaments, play an important role in supplying nutrients to the euphotic zone and transporting heat and carbon in the upper/deep ocean. ICTS SOCIB started the CANALES Project in 2011 to monitor the Balearic Channels. The Ibiza channel (IC) is monitores through semi-continuous sampling using Slocum Deep Gliders equipped with a pumped CTD, dissolved oxygen, chlorophyll fluorescence, and turbidity sensors. Our study used ocean glider observations over a six year period (2014-2019) and analysed remote sensing imagery and model outputs from WMOP to better understand the relationship between the variability in the IC and the general circulation of the WMED basin. These observational systems are crucial for establishing the inter-annual, seasonal and weekly variability of physical and biochemical processes. The IC plays a significant role in the north/south water mass exchange in the Western Mediterranean Sea (WMED). The water masses that are present in the IC are: 1) Mediterranean Water (MW) flowing southward within the Northern Current, 2) Atlantic Water (AW) flowing northward from the Alboran Sea, 3) intermediate water masses WIW and Levantine Intermediate Water (LIW), and 4) the Western Deep Mediterranean Water (WDMW) in the deepest layers of the Balearic Sea. Our study showed that recently ventilated WIW propagates southwest and can be traced by its oxygen signature as a semi-conservative tracer at intermediate depths with concentration values of 210-250 μmol/L. The frontal zone and the semi-permanent cyclonic circulation in the middle of the channel, both created by the encounter of MW and AW, as well as the episodic intrusion of AW into the IC, are some of the main drivers of chlorophyll patchiness and fluctuations in its concentration. In the future, additional aspects (i.e. AOU ratio, carbon export, nutrients, zooplankton grazing) should be considered to better understand the complex water mass exchange and its implications for marine ecosystems.

[spa] El Mar Mediterráneo tiene la escala ideal para considerarse como un "océano en miniatura" debido a las analogías con el océano en cuanto a los procesos dinámicos. Varios estudios nos han ayudado a comprender muchos de los procesos fundamentales del sistema oceánico, donde las características de mesoescala y submesoescala tienen un impacto importante en la dinámica del fitoplancton. Estas características, como remolinos, frentes o filamentos, desempeñan un papel importante en el aporte de nutrientes a la zona eufótica y en el transporte vertical de calor y carbono. La ICTS SOCIB inició el Proyecto CANALES en 2011 para la monitorización de los Canales de Baleares. La línea de resistencia del canal de Ibiza (IC) se apoya en un muestreo semicontinuo con ‘gliders’ Slocum que están equipados con un CTD bombeado y sensores de oxígeno disuelto, fluorescencia de clorofila y turbidez. En nuestro estudio hemos utilizado observaciones de ‘gliders’ durante un periodo de seis años (2014-2019). También se analizaron imágenes de satélite y modelos del WMOP para comprender mejor la relación entre la variabilidad del IC y la circulación general de la cuenca del Mediterráneo Occidental (WMED). Estas observaciones ‘in situ’ son esenciales establecer la variabilidad interanual, estacional y semanal de los procesos físicos y bioquímicos. El IC desempeña un papel importante en el intercambio de masas de agua norte/sur en el WMED. Las masas de agua presentes en el IC son: 1) el Agua Mediterránea superficial (MW) que llega con la Corriente del Norte, 2) el Agua Atlántica (AW) que llega desde el Mar de Alborán, 3) las masas de agua intermedias WIW y Agua Intermedia Levantina (LIW), y 4) el Agua Profunda del Mediterráneo Occidental (WDMW) en las capas más profundas del Mar Balear. Nuestro estudio mostró que la WIW, recientemente ventilada, se propaga hacia el suroeste y puede ser rastreada por su firma de oxígeno como trazador semiconservativo a profundidades intermedias, con valores de concentración de 210-250 μmol/L. Algunos de los principales impulsores de la dispersión de clorofila y de la fluctuación en su concentración son el frente y la circulación ciclónica semipermanente en el centro del canal, ambas creadas por el encuentro del MW y el AW, y la intrusión episódica de AW en el IC. Por último, en el futuro se propone tener en cuenta otros aspectos (por ejemplo, la relación AOU, la exportación de carbono, los nutrientes, el pastoreo del zooplancton) para comprender mejor el complejo intercambio de masas de agua y sus implicaciones en los ecosistemas marinos.