Variability of dioxide carbon fugacity in the tropical Atlantic Ocean: diurnal to seasonal scale. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2011

Variability of dioxide carbon fugacity in the tropical Atlantic Ocean: diurnal to seasonal scale.

Etude de la variabilité de la fugacité du CO2 dans l'Atlantique tropical: de l'échelle diurne à saisonnière.

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Abstract

This thesis lies within the scope of studies on the carbon cycle, and in particular, on the role of the ocean in the continuous increase of carbon dioxide (CO2) concentration in the atmosphere. The ocean absorbs a total of 25 % of the atmospheric CO2 and englobes both regions of CO2 absorption (or 'sinks') and degassing (or 'sources'). The tropical Atlantic Ocean is a source region of CO2 which is still badly known. In order to better document this region, an observational network has been set up. In particular, a sensor CO2 CARIOCA was installed on a buoy instrumented at 6ﰂS, 10ﰂW since June 2006, in order to measure the fugacity of CO2 (fCO2) at the surface. The objective of this thesis is to understand the physical and biogeochemical mechanisms responsible for the variability of fCO2 observed at the buoy from 2006 to 2009. From June to September, fCO2 is affected by the coastal and equatorial upwellings, which form a cold tongue water able to propagate towards the buoy. The fCO2 time series presents a strong diurnal variability over a wide period of the year, as well as a seasonal variability related to the dynamics of the upwellings. The thermodynamical or biological processes which may be responsible for the diurnal variability in this region have been examined using a one-dimensional model. The time periods which seem dominated by the thermodynamical processes are mainly observed outside of the upwelling season and are characterized by an important warming of the upper mixed layer and weak surface and subsurface currents. The biological periods, on the other hand, are marked by a weaker warming of the mixed layer and a diurnal cycle of the inorganic dissolved carbon (DIC). These 1D simulations have shown that the biological activity may dominate the variability of fCO2 when there is a sufficient input of nitrates concentration at the surface. The analysis of the physical parameters and their time series has also suggested a possible influence from internal waves. Indeed, the mixing induced by these waves could represent a significant source of nutrients. The net community production ( NCP) at the location of the mooring ranges from 0,17 to 0,77 μmol.kgﰁ1.dﰁ1, in agreement with some available measures for this region. At the seasonal time scale, the horizontal advection seems to mostly affect the distribution of fCO2 and salinité de surface de mer (SSS). Using outputs from the DRAKKAR three- dimensional model between January and May, we were able to determine the origin of the water which is advected towards the buoy by following its signature in salinity. The model suggests that low salinity waters observed at the buoy essentially stem from the Northeast part of the Guinea Gulf.
Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des études sur le cycle du carbone, notamment, le rôle de l'océan face à l'augmentation continue du dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. L'océan absorbe 25% du CO2 atmosphérique et comporte des régions d'absorption du CO2 (puits) et de dégazage de CO2 (sources). L'Atlantique tropical est une source de CO2 encore mal connue. Afin de mieux documenter cette région, un réseau d'observations a été mis en place. En particulier, un capteur CO2 CARIOCA a été installé sur une bouée instrumentée à 6ﰂS, 10ﰂW depuis juin 2006 pour mesurer la fugacité du CO2 (fCO2) en surface. L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes physiques et biogéochimiques responsables de la variabilité de fCO2 observée à la bouée de 2006 à 2009. De juin à septembre la fCO2 est affectée par le déclenchement des upwellings équatorial et côtiers qui forment une langue d'eau froide qui se propage jusqu'à la bouée. La série temporelle de fCO2 présente une variabilité diurne, sur une large période de l'année, ainsi qu'une variabilité saisonnière liée à la dynamique des upwellings. La variabilité diurne s'explique par des processus thermodynamiques ou biologiques que j'ai étudiés à l'aide d'un modèle unidimensionnel. Les périodes dominées par les processus thermodynamiques sont observées principalement en dehors de la saison d'upwelling et sont caractérisées par un réchauffement important de la couche de mélange et des courants faibles. Les périodes biologiques sont caractérisées par un réchauffement moindre de la couche de mélange et un cycle diurne sur le carbone inorganique dissous (DIC). Les simulations montrent la nécessité d'un apport de nitrates en surface pour que l'activité biologique domine la variabilité de fCO2. L'étude de la série temporelle des paramètres physiques suggère une influence probable des ondes internes. Le mélange créé par ces ondes serait à l'origine de la source de nutritifs. La production communautaire nette (NCP) à ce site varie entre 0,17 et 0,77 μmol.kgﰁ1.jﰁ1, en accord avec les quelques mesures disponibles pour cette la région. La variabilité diurne a pu être étudiée avec un modèle unidimensionnel lors de périodes où l'advection est négligeable. A l'échelle saisonnière, l'advection horizontale affecte la distribution de fCO2 et des paramètres physiques. A l'aide de sorties d'un modèle tridimensionnel (DRAKKAR), l'origine de l'eau advectée à la bouée a été déterminée à partir de sa signature en salinité. Le modèle suggère que les eaux dessa- lées observées à la bouée proviennent essentiellement du nord-est du golfe de Guinée.
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tel-00673734 , version 1 (24-02-2012)

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  • HAL Id : tel-00673734 , version 1

Cite

Gaëlle Parard. Etude de la variabilité de la fugacité du CO2 dans l'Atlantique tropical: de l'échelle diurne à saisonnière.. Océan, Atmosphère. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00673734⟩
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