Water masses and mixing processes in the Southern Caribbean upwelling system off Colombia
- 1. José Benito Vives de Andréis Marine and Coastal Research Institute
- 2. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
- 3. University of Magdalena
Description
Abstract. The upwelling system off the southern Caribbean coast is probably the main nutrients source that support the biological productivity in this oligotrophic sea. The Subtropical Water Mass (SUW) that forms the subsurface salinity maximum in the Caribbean is the main source of upwelled waters in this system. Salinity and temperature vs. depth profiles from 4 oceanographic cruises in the western sector of the Caribbean upwelling system, showed that the salinity of upwelled SUW waters is ~ 0.2 g kg−1 lower than the SUW salinity in the central Caribbean and have a slight seasonal variation that agree with with the rainy/dry seasons in the region. Besides, the depth of these SUW waters in the continental slope (~ 100 m) is ~ 50 m shallower than the SUW depth in the rest of the Caribbean sea. The origin of these modified SUW waters was analyzed using the Mercator numerical model, which reproduces the main vertical characteristics of the subsurface salinity maximum. Modeled data showed that SUW waters upwelled off La Guajira peninsula come from the western Caribbean and arrive to the system transported by an intense Caribbean Coastal Undercurrent (CaCU, mean speed ~ 0.4 m s−1). The lower salinity observed in the upwelled SUW waters may be the result of intense vertical mixing processes with diluted surface waters in the Panama-Colombia gyro that could occur when the CaCU flows below this region before reaching the upwelling zones. The mixing processes in the SUW by double diffusion and mechanical turbulence driven by vertical shear of horizontal currents, were analyzed using the Turner angle and the Thorpe scale, respectively. Double diffusion by salt fingers was found between the SUW and the Central North Atlantic Waters (NACW) with diffusivity values ~ 10−5 m2 s−1. But the mechanical diffusivity was two orders of magnitude higher (10−3 m2 s−1.) than the double diffusivities in the entire water column, generating salt fluxes from the SUW towards surface and towards depth over 2 g kg−1 m d−1. Beyond modifying the salt content in coastal SUW waters, these mixing processes may also alter the nutrient content of upwelling waters, with effects still unknown to the upwelling ecosystem.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخلاصة. ربما يكون نظام الصعود قبالة ساحل جنوب البحر الكاريبي هو المصدر الرئيسي للمغذيات التي تدعم الإنتاجية البيولوجية في هذا البحر قليل التغذية. كتلة المياه شبه المدارية (SUW) التي تشكل الحد الأقصى للملوحة تحت السطحية في منطقة البحر الكاريبي هي المصدر الرئيسي للمياه المتصاعدة في هذا النظام. أظهرت الملوحة ودرجة الحرارة مقابل ملامح العمق من 4 رحلات بحرية أوقيانوغرافية في القطاع الغربي من نظام الارتفاعات الصاعدة في منطقة البحر الكاريبي، أن ملوحة مياه مياه الصرف الصحي الصاعدة هي ~ 0.2 جم كجم-1 أقل من ملوحة مياه الصرف الصحي الصاعدة في وسط البحر الكاريبي ولها تباين موسمي طفيف يتفق مع مواسم الأمطار/الجفاف في المنطقة. إلى جانب ذلك، فإن عمق مياه SUW هذه في المنحدر القاري (~ 100 متر) أقل عمقًا بحوالي 50 مترًا من عمق SUW في بقية البحر الكاريبي. تم تحليل أصل مياه الصرف الصحي المعدلة هذه باستخدام النموذج العددي ميركاتور، الذي يعيد إنتاج الخصائص الرأسية الرئيسية لأقصى قدر من الملوحة تحت السطح. أظهرت البيانات النموذجية أن مياه SUW المندفعة قبالة شبه جزيرة La Guajira تأتي من غرب البحر الكاريبي وتصل إلى النظام الذي ينقله تيار سفلي كثيف على ساحل البحر الكاريبي (CaCU، متوسط السرعة ~ 0.4 متر مربع −1). قد يكون انخفاض الملوحة الملحوظة في مياه مياه الصرف الصحي المرتفعة نتيجة لعمليات الخلط الرأسي المكثفة مع المياه السطحية المخففة في الدوران بين بنما وكولومبيا التي يمكن أن تحدث عندما تتدفق CaCU تحت هذه المنطقة قبل الوصول إلى مناطق ارتفاع المياه. تم تحليل عمليات الخلط في SUW عن طريق الانتشار المزدوج والاضطراب الميكانيكي المدفوع بالقص الرأسي للتيارات الأفقية، باستخدام زاوية تيرنر ومقياس ثورب، على التوالي. تم العثور على انتشار مزدوج عن طريق أصابع الملح بين SUW ومياه شمال الأطلسي الوسطى (NACW) مع قيم الانتشار ~ 10−5 m2 s−1. لكن الانتشار الميكانيكي كان أعلى بمقدار رتبتين (10−3 m2 s−1.) من الانتشار المزدوج في عمود الماء بأكمله، مما أدى إلى تدفقات الملح من SUW نحو السطح ونحو العمق أكثر من 2 جم كجم−1 م د−1. بالإضافة إلى تعديل محتوى الملح في مياه الصرف الصحي الساحلية، قد تؤدي عمليات الخلط هذه أيضًا إلى تغيير محتوى المغذيات في المياه المتصاعدة، مع تأثيرات لا تزال غير معروفة للنظام البيئي المتصاعد.Translated Description (French)
Résumé. Le système d'upwelling au large de la côte sud des Caraïbes est probablement la principale source de nutriments qui soutiennent la productivité biologique de cette mer oligotrophe. La masse d'eau subtropicale (SUW) qui forme le maximum de salinité souterraine dans les Caraïbes est la principale source d'eaux remontées dans ce système. Les profils de salinité et de température en fonction de la profondeur de 4 croisières océanographiques dans le secteur ouest du système de remontée d'eau des Caraïbes ont montré que la salinité des eaux de SUW remontées est inférieure d'environ 0,2 g kg−1 à la salinité de SUW dans les Caraïbes centrales et présentent une légère variation saisonnière qui correspond aux saisons des pluies/sèches dans la région. En outre, la profondeur de ces eaux SUW dans le talus continental (~ 100 m) est ~ 50 m plus faible que la profondeur SUW dans le reste de la mer des Caraïbes. L'origine de ces eaux SUW modifiées a été analysée à l'aide du modèle numérique Mercator, qui reproduit les principales caractéristiques verticales du maximum de salinité du sous-sol. Les données modélisées ont montré que les eaux SUW remontées au large de la péninsule de La Guajira proviennent des Caraïbes occidentales et arrivent dans le système transporté par un courant sous-jacent côtier intense des Caraïbes (CaCU, vitesse moyenne ~ 0,4 m s−1). La salinité plus faible observée dans les eaux SUW remontées peut être le résultat de processus de mélange verticaux intenses avec des eaux de surface diluées dans le gyroscope Panama-Colombie qui pourraient se produire lorsque le CaCU s'écoule en dessous de cette région avant d'atteindre les zones de remontée. Les processus de mélange dans le SUW par double diffusion et turbulence mécanique entraînés par le cisaillement vertical des courants horizontaux, ont été analysés en utilisant l'angle de Turner et l'échelle de Thorpe, respectivement. Une double diffusion par les doigts de sel a été trouvée entre le SUW et les eaux centrales de l'Atlantique Nord (NACW) avec des valeurs de diffusivité d'environ 10−5 m2 s−1. Mais la diffusivité mécanique était de deux ordres de grandeur supérieure (10−3 m2 s−1.) aux diffusivités doubles dans toute la colonne d'eau, générant des flux de sel du SUW vers la surface et vers la profondeur sur 2 g kg−1 m d−1. Au-delà de la modification de la teneur en sel des eaux de SUW côtières, ces processus de mélange peuvent également modifier la teneur en nutriments des eaux de remontée d'eau, avec des effets encore inconnus de l'écosystème de remontée d'eau.Translated Description (Spanish)
Resumen: El sistema de surgencia frente a la costa sur del Caribe es probablemente la principal fuente de nutrientes que sustentan la productividad biológica en este mar oligotrófico. La Masa de Agua Subtropical (SUW) que forma el máximo de salinidad subsuperficial en el Caribe es la principal fuente de aguas surgidas en este sistema. La salinidad y la temperatura frente a los perfiles de profundidad de 4 cruceros oceanográficos en el sector occidental del sistema de surgencia del Caribe, mostraron que la salinidad de las aguas SUW surgidas es ~ 0.2 g kg−1 más baja que la salinidad SUW en el Caribe central y tienen una ligera variación estacional que concuerda con las estaciones lluviosas/secas de la región. Además, la profundidad de estas aguas SUW en el talud continental (~ 100 m) es ~ 50 m menos profunda que la profundidad SUW en el resto del mar Caribe. El origen de estas aguas SUW modificadas se analizó mediante el modelo numérico de Mercator, que reproduce las principales características verticales del máximo de salinidad subsuperficial. Los datos modelados mostraron que las aguas SUW surgidas de la península de La Guajira provienen del Caribe occidental y llegan al sistema transportado por una intensa Corriente Subterránea Costera del Caribe (CaCU, velocidad media ~ 0.4 m s−1). La menor salinidad observada en las aguas surgidas del SUW puede ser el resultado de intensos procesos de mezcla vertical con aguas superficiales diluidas en el giroscopio Panamá-Colombia que podrían ocurrir cuando el CaCU fluye por debajo de esta región antes de llegar a las zonas de surgencia. Los procesos de mezcla en el SUW por doble difusión y turbulencia mecánica impulsada por corte vertical de corrientes horizontales, se analizaron utilizando el ángulo de Turner y la escala de Thorpe, respectivamente. Se encontró doble difusión por dedos de sal entre el SUW y las Aguas del Atlántico Norte Central (NACW) con valores de difusividad ~ 10−5 m2 s−1. Pero la difusividad mecánica fue dos órdenes de magnitud más alta (10−3 m2 s−1.) que las difusividades dobles en toda la columna de agua, generando flujos de sal desde el SUW hacia la superficie y hacia la profundidad de más de 2 g kg−1 m d−1. Más allá de modificar el contenido de sal en las aguas costeras de las aguas suw, estos procesos de mezcla también pueden alterar el contenido de nutrientes de las aguas de surgencia, con efectos aún desconocidos para el ecosistema de surgencia.Files
os-2019-17.pdf.pdf
Files
(1.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3a6d3b51d54e7c0360231c45d9405f4d
|
1.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الكتل المائية وعمليات الخلط في نظام الصعود جنوب البحر الكاريبي قبالة كولومبيا
- Translated title (French)
- Masses d'eau et processus de mélange dans le système de remontée d'eau des Caraïbes du Sud au large de la Colombie
- Translated title (Spanish)
- Masas de agua y procesos de mezcla en el sistema de afloramiento del Caribe Sur frente a Colombia
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2923430868
- DOI
- 10.5194/os-2019-17