Masas de agua y transportes de propiedades físicas y químicas en el giro Subpolar del Atlántico Norte | Water masses and transports of physical and chemical properties in the subpolar north atlantic gyre

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[EN] This thesis analyses the hydrographic and chemical data collected during the 4x cruise carried out in summer 1997 within the World Ocean Circulation Experiment (WOCE) program and, named 4x as it repeated section 4 across the southern boundary of the Subpolar North Atlantic gyre sampled during the International Geophysical Year in 1957-58. The water mass structure, spreading and mixing in the Subpolar North Atlantic is analysed by means of an optimum multiparameter analysis. The proposed mixing model is proved to be reliable and robust. Some deficiencies are detected and discussed in the back-calculation technique more widely accepted to estimate the anthropogenic carbon (CANT) signal in the ocean. A new approach for estimating the preformed alkalinity (TA0) in the North Atlantic Ocean is suggested. We recalculate the CANT content in a section along the Eastern North Atlantic using this new TA0, the Mehrbach et al. (Measurements of the apparent dissociation constant of carbonic acid in seawater at atmospheric pressure. Limn. Oceanogr. 8, 897–907, 1973) CO2 dissociation constants, and including the effect of water vapor pressure on estimation of the pre-industrial pCO2. Our findings lead us to conclude that the CO2 disequilibrium when water masses are formed is small and not significant. Direct and indirect evidence based on available high-quality CO2 data taken in formation areas in late winter conditions support this argumentation. The circulation pattern across the 4x section is diagnosed using inverse methods. The flow is constrained with measured mass transports at specific sites, while conserving mass and salt for the region north of the section and forcing the silicate flux to the river input north of the section. The fluxes of physical (heat and freshwater) and chemical (nutrients, oxygen, alkalinity, total inorganic carbon and anthropogenic carbon) properties are estimated and decomposed into barotropic, baroclinic and horizontal components.

Combining our fluxes with those across other transoceanic sections allows us to examine budgets of physical (heat and freshwater) and chemical (nitrogen, oxygen, total inorganic carbon and anthropogenic carbon) properties for enclosed areas of the Subpolar and Temperate North Atlantic. These budgets are thoroughly discussed against indirect evidence and when possible compared with results from climatologies. Finally, physical and biogeochemical transports calculated across the 4x section are reanalysed with the aim of describing their structure and regional and vertical distribution. Results about the water masses distribution along the 4x section are combined with the previous transport fields to provide the relative contribution from each water mass to the final transport values. The water masses circulation pattern across the section is discussed within the context of the basin-scale thermohaline circulation in the North Atlantic

[ES] Esta tesis analiza los datos hidrográficos y químicos recogidos durante la campaña 4x que atravesó al límite sur del giro Subpolar del Atlántico Norte en el verano de 1997. Esta sección formó parte del programa World Ocean Circulation Experiment (WOCE) y se denominó 4x ya que repetía la sección 4 recorrida ya en 1957-58 durante el año internacional geofísico (International Geophysical Year). La estructura, desplazamiento y mezcla de las masas de agua en el Atlántico Norte Subpolar se analiza por medio de una técnica multiparamétrica. El modelo de mezclas propuesto se demuestra que es fiable y estable. Se detectan y discuten algunas inconsistencias en el método más ampliamente aceptado y utilizado para estimar la concentración de carbono antropogénico en el océano (CANT). Se propone una nueva parametrización para estimar el valor de la alcalinidad preformada (TA0) en el Atlántico Norte. Se recalcula el contenido en CANT a lo largo de una sección en el Atlántico Noreste usando esta nueva TA0, las constantes de disociación del CO2 propuestas por Merhbach et al. (Measurements of the apparent dissociation constant of carbonic acid in seawater at atmospheric pressure. Limn. Oceanogr. 8, 897–907, 1973) e incluyendo el efecto de la presión de vapor de agua en la estimación de la presión parcial de CO2 pre-industrial. A partir de estos resultados concluimos que el desequilibrio de CO2 entre el aire y el agua cuando las masas de agua se forman es pequeño y no significativo. Evidencias indirectas y directas basadas en datos de CO2 de alta calidad tomados en zonas de formación de masas de agua en condiciones invernales apoyan esta argumentación. El patrón de circulación a través de la sección 4x se determina usando métodos inversos. El flujo de masa se restringe con valores de transporte en zonas específicas, a la vez que se conserva la masa y la sal para la región al norte de la sección y se fuerza el flujo de silicato a su valor de entrada vía ríos al norte de la sección. Los flujos de propiedades físicas (calor y agua dulce) y químicas (nutrientes, oxígeno, alcalinidad, carbono inorgánico total y antropogénico) se estiman y descomponen en sus componentes barotrópica, baroclínica y horizontal.

La combinación de nuestros flujos con los de otros autores a través de secciones transoceánicas en el Atlántico Norte nos ha permitido plantear una serie de balances de propiedades tanto físicas como químicas dentro de las regiones definidas por las secciones donde se han evaluado los respectivos flujos. Los resultados de estos balances se discuten ampliamente y se comparan con evidencias indirectas y cuando es posible con los resultados dados por climatologías. Por último, se describe más detalladamente la estructura de los transportes físicos y biogeoquímicos a través de la sección 4x en cuanto a su distribución regional, vertical y en intervalos de temperatura. La distribución de masas de agua anteriormente obtenida se combina con los campos de los transportes para obtener la contribución relativa de cada masa de agua a los transportes físicos y biogeoquímicos a través de la sección. La circulación de masas de agua a través de la sección se discute en el contexto de la circulación termohalina a nivel de la a cuenca del Atlántico Norte.

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