Mesoscale hydrodynamics around the Balearic Islands: spatio-temporal variability and its relation with shing resources

Abstract

[eng] The Balearic Islands, located in the Western Mediterranean Sea, are the natural limit between the Balearic subbasin, at the noth and the Algerian subbasin, at the south. Previous studies based on hydrographic data have revealed that each of the basins have a di erent oceanographic climatology. One one hand, the Balearic subbasin has colder and saltier waters as a result of the water modi - cation during the cyclonic circulation of the Mediterranean Sea. On the other, the Algerian subbasin waters are warmer and fresher, incoming directly from the Atlantic Ocean and entering into the Mediterranean through the Strait of Gibraltar. These two subbasins are connected via the topographic channels between the islands, whose hydrodynamic properties are governed by the mesoscale situation: non-permanent small scale phenomena (.100 km). Studying the mesoscale situation around the Balearic Islands can be useful for understanding how the water exchanges between the two subbasins are. Moreover, mesoscale structures, such as eddies, laments or fronts, can temporarily change the hydrodynamic conditions. When it occurs, mesoscale variability not only a ects the hydrodynamic conditions (water exchanges, alteration of the main currents, . . . ), but may also impact on the local ecosystems. Understanding how the shing resources from the Balearic Islands are a ected by the mesoscale hydrodynamic situation has been one of the objectives of the IDEADOS project (CMT2008-04489-C03-01), the framework in which this thesis has been developed. The project focused in two areas of shing interest: one located northwards of Mallorca Island, in the Balearic subbasin (Sóller), and another placed southwards, inside the Mallorca Channel (Cabrera). As part of the above mentioned research project, two mooring lines were deployed, one in the limit of each shing ground and were maintained during 15 months. Using recorded data from the moorings, together with satellite observations and landing data from different species, we addressed questions such as: How is the hydrodynamic activity in each zone and which are the similarities and/or di erences between both places from an oceanographic perspective? Which are the main features of the mesoscale phenomena detected? And, how does the hydrography a ect the sediment ux dynamics and the shing resources of each zone? The chapters of this thesis, which correspond to published articles in scienti c journals, are organized following the previous questions. In the rst chapter the data recorded by each mooring is analyzed with the aim of characterizing each zone and compare them. Derived from this study and in the second chapter, one of the mesoscale events detected in Sóller is deeply analyzed. This structure was an eddy which lasted about one month, reached down to the sea oor and completely changed the mean oceanographic properties in the complete water column. In the third chapter, the data collected by the sediment traps is analyzed and a relationship between the sediment uxes measured and the possible triggering mechanisms is addressed. Finally, a study about the relationship between the observed hydrodynamics and the red shrimp (Aristeus antennatus) dynamics is performed. It is observed that the adult individuals of red shrimp would be a ected by the bottom turbidity generated by the mesoscale phenomena. In turn, they would respond moving away from the shing grounds, probably towards greater depths. As the main mesoscale events take place in Sóller during winter time, this could provoke the reported reduction of the amount of large individuals of red shrimp caught during this part of the year in this shing ground. The results of this thesis reinforce the lately recognized theory that shing resources are not only a ected by their exploitation or the self oscillations of the ecosystem (biotic factors), but they are also in uenced by the changing oceanographic situation (abiotic factor).

[spa] Las Islas Baleares, situadas en el Mar Mediterráneo Occidental, son el límite natural entre la subcuenca Balear, al norte y la subcuenca Argelina, al sur. Estudios previos basados en datos hidrográ cos han revelado que cada una de las cuencas posee una climatología oceanográ ca característica: la subcuenca Balear contiene aguas más frías y salinas como resultado de la modi cación de las aguas durante la circulación ciclónica del Mediterráneo, mientras que la subcuenca Argelina contiene aguas más calientes y menos salinas provenientes directamente de aguas Atlánticas que entran por el estrecho de Gibraltar. Estas dos subcuencas están conectadas a través de los canales entre las islas, cuya hidrodinámica está dominada por la situación de mesoscala: fenómenos de escala pequeña (.100km) y que no son permanentes en el tiempo. Intentar conocer mejor la situación de mesoscala alrededor de las Islas Baleares puede ayudar a entender como son los intercambios de aguas entre las dos subcuencas. Además, los fenómenos asociados a la mesoscala, como son los vórtices, lamentos o frentes, pueden cambiar por completo la hidrodinámica temporalmente. En ese instante, los efectos de la mesoscala se extienden, no sólo a la oceanografía física (intercambio de aguas, alteración de las principales corrientes, entre otras), sino que también puede afectar a los ecosistemas de la zona. Entender como se ven afectados los recursos pesqueros de las Islas Baleares por la situación hidrodinámica de mesoscala ha sido uno de los objetivos del proyecto IDEADOS (CMT2008-04489-C03-01), marco en el que se ha desarrollado esta tesis. El proyecto se centró en el estudio de dos zonas de pesca: una situada al norte de Mallorca, dentro de la subcuenca Balear y conocida como Sóller, y una localizada más al sur, dentro del canal de Mallorca y conocida como Cabrera. Para recoger los datos oceanográ cos necesarios para la elaboración de este estudio, se instaló una línea de fondeo durante 15 meses en el límite de cada una de las zonas de pesca. Con estos datos y con la ayuda de datos de satélite y de capturas de diferentes especies, se ha intentado dar respuesta a preguntas como: ¾cómo es la hidrografía de cada una de las zonas y cuales son las similitudes o diferencias entre las dos zonas? ¾Qué características tienen los fenómenos de mesoscala detectados? Y, ¾cómo afecta la hidrografía a la dinámica del ujo de sedimentos y a los recursos pesqueros de cada zona? Los capítulos de resultados de esta tesis, que son reproducciones eles de los artículos publicados en revistas cientí cas, están organizados para intentar responder a las preguntas acabadas de plantear. En el primer capítulo se analizan los datos recogidos por cada uno de los fondeos con el objetivo de fondo de caracterizar cada una de las zonas y compararlas entre ellas. Derivado de este estudio, ya en el segundo capítulo, se analiza en detalle uno de los eventos de mesoscala más intensos que se registró en Sóller: un vórtice que duró alrededor de un mes, llegando al fondo marino y que cambió por completo las propiedades oceanográ cas promedio de la zona en toda la columna de agua. En el tercer capítulo se estudian los datos provenientes de cada una de las trampas de sedimentos presentes en los fondeos y se relacionan los ujos totales de masa recogidos con los posibles mecanismos generadores. Finalmente, se elabora un estudio sobre la relación de la hidrodinámica y las capturas de gamba roja (Aristeus antennatus). Se deduce que los individuos adultos de gamba roja se verían afectados por la turbidez de fondo generada por los fenómenos de mesoscala, y responderían alejándose de las zonas de pesca, probablemente hacia profundidades mayores. Ya que los eventos de mesoscala más importantes se dan en Sóller y principalmente en invierno, esto provocaría que la cantidad de gamba roja grande capturada durante esta época del año se viese reducida en este caladero. Los resultados de esta tesis refuerzan la teoría de que los recursos pesqueros no sólo se ven afectados por su explotación o por las oscilaciones del propio ecosistema (factores bióticos) sino que también se ven in uenciados por la situación oceanográ ca cambiante (factor abiótico)

[cat] Les Illes Balears, situades a la Mar Mediterrània Occidental, són el límit natural entre la subconca Balear, al nord, i la subconca Algeriana, al sud. Estudis previs basats en dades hidrogrà ques han revelat que cada una de les conques posseix una climatologia oceanogrà ca característica: la subconca Balear conté aigües més fredes i salines com a resultat de la modi cació de les aigües durant la circulació ciclònica a la Mediterrània, mentre que la subconca Algeriana conté aigües més calentes i menys salines provenents directament d'aigües Atlàntiques que entren per l'estret de Gibaltar. Aquestes dues subconques estan connectadas a través dels canals entre les illes, la hidrodinàmica dels quals està dominada per la situació de mesoscala: fenòmens d'escala més petita (. 100km) i que no són permanents en el temps. Intentar conèixer millor la situació de mesoscala al voltant de les Illes Balears pot ajudar a entendre com són els intercanvis d'aigües entre les dues subconques. A més, els fenòmens associats a la mesoscala, com són vòrtexs, laments o fronts, poden canviar per complet la hidrodinàmica temporalment. En aquest moment, els efectes de la mesoscala s'extenen, no tan sols a la ocenogra a física (intercanvi d'aigües, alteració de les principals corrents, entre d'altres), sinó que també poden afectar als ecosistemes de la zona. Entendre com es veuen afectats els recursos pesquers de les Illes Balears per la situació hidrodinàmica de mesoscala ha estat un dels objectius del projecte IDEADOS (CMT2008-04489-C03-01), marc en el que s'ha desenvolupat aquesta tesi. El projecte es va centrar en l'estudi de dues zones de pesca: una situada al nord de Mallorca, dins la subconca Balear i coneguda con Sóller, i una localitzada més al sud, dins al canal de Mallorca i coneguda com Cabrera. Per recollir les dades oceanogrà ques necessàries per a l'elaboració de l'estudi, es va instal lar una línia de fondeig durant 15 mesos al limit de cada una de les zones de pesca. Amb aquestes dades i amb l'ajuda de dades de satèl lit i de captures de diferents espècies, s'ha intentat donar resposta a qüestions com: com es la hidrogra a de cada una de les zones i quines són les similituts o diferencies entre les dues zones? Quines característiques tenen els fenòmens de mesoscala detectats? I, com afecta la hidrogra a a la dinàmica del uxe de sediments i als recursos pesquers de cada zona? Els capítols de resultats d'aquesta tesi, que són reproduccions dels dels articles publicats en revistes cientí ques, estan organitzats per intentar respondre a les preguntes plantejades abans. En el primer capítol s'analitzen les dades recollides per cada un dels fondejos amb l'objectiu de fons de caracteritzar cada una de les zones i comparar-les entre elles. Derivat d'aquest estudi, en el segon capítol, s'analitza en detall un dels events de mesoscala més intens que es va enregistrar a Sóller: un vòrtex que durà al voltant d'un mes, arribant al fons marí i que canvià per complet les propietats oceanogrà ques promig de la zona en tota la columna d'aigua. En el tercer capítol s'estudien les dades provinents de cada una de les trampes de sediments presents als fondejos i es relacionen els uxes totals de massa recollits amb els possibles mecanismes generadors. Finalment, s'elabora un estudi sobre la relació de la hidrodinàmica i les captures de gamba vermella (Aristeus antennatus). En ell es dedueix que els individus adults de gamba vermella es veurien afectats per la terbolesa de fons generada pels fenòmens de mesoscala, i respondrien allunyant-se fora de la zona de pesca, probablement cap a profunditats majors. Com que els events més importants de mesoscala es donen a Sóller i principalment a l'hivern, això faria que la quantitat de gamba vermella grossa capturada durant aquesta època de l'any es ves reduïda a aquest calader. Els resultats d'aquesta tesi reforcen la teoria de que els recursos pesquers no sols es veuen afectats per la seva explotació o per les oscil lacions del propi ecosistema (factors biòtics) sinó que també es veuen in uenciats per la sitació oceanogrà ca canviant (factor abiòtic).