Le rôle du Pacifique Tropical Sud-Ouest dans la fertilisation du Pacifique Équatorial : couplage dynamique et multi-traceur. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

The role of the Southwestern Tropical Pacific on the Equatorial Pacific fertilization: dynamical and multi-tracer coupling.

Le rôle du Pacifique Tropical Sud-Ouest dans la fertilisation du Pacifique Équatorial : couplage dynamique et multi-traceur.

Melanie Grenier
  • Fonction : Auteur

Résumé

In my thesis, I study the sources of the Equatorial Undercurrent (EUC). The EUC is composed of water masses that feed the central and eastern equatorial Pacific, an area of prime importance due to its biological productivity and its impact on climate. First, I used an ocean general circulation model (OGCM) to describe the EUC in terms of its source trajectories, transports and mean hydrological characteristics. Then, I characterized the geochemical enrichment of the water masses that feed the equatorial Pacific, the EUC waters being the main contributors to the High Nutrients - Low Chlorophyll (HNLC) area. For this purpose, I used geochemical tracers : the neodymium (Nd) isotopes and the Rare Earth Element (REE) concentrations. Finally, I coupled both approaches to quantify the geochemical evolution of the thermocline waters of the southwest Pacific. The first part was motivated by questions raised over the last ten years concerning the impact of variations of transport and hydrological properties of the Cold Tongue on the low frequency modulation of El Niño Southern Oscillation (ENSO). The EUC sources exhibit a wide range of temperatures and salinities that could explain the heterogeneity of the Cold Tongue and contribute to the decadal variability of ENSO. In this context, I studied how the various sources contribute to the composition of the EUC and how this composition evolves between the western and the central equatorial Pacific. I used an OGCM and a Lagrangian tool to determine the main sources of the EUC and their trajectories and to quantify the evolution of their transports between the western part (156°E) and the central part (140°W) of the EUC. We also investigated the evolution of the hydrological properties of these sources between 10°N/10°S and the equator. We found that the EUC is mainly fed by water masses conveyed by the low-latitude western boundary currents (LLWBCs), among which the Salomon Sea supplies are dominant. All the sources undergo hydrological modifications during their transits to the EUC. Notably, we had to invoke a fraction of diapycnal mixing to explain the lightening of water masses conveyed by the LLWBCs. The second part of my work was based on the major question of what is yielding the chemical enrichment of the HNLC area. The equatorial Pacific area is of prime importance for its primary production, which contributes to the regulation of atmospheric carbon concentrations. It is therefore important to understand and quantify what drives the input of chemical elements to the surface waters. During the last decade, it has been suggested that the continental margins of the Papua New Guinea (PNG) provide the largest fraction of chemical supplies to the HNLC area. Following the first part of my work, we have a good description of the circulation in the region. This has allowed us to verify the above hypothesis by measuring in situ geochemical tracers, the REE, and more specifically, the isotopic composition of Nd (Nd IC). These tracers tag the origin of the continental material present in the seawater and help to quantify the processes by which this material penetrates into the sea. Thus, we diagnosed a progressive enrichment of the waters along the island coasts of the south tropical Pacific but showed that the maximum geochemical input occurred along the PNG coast. The coasts of South America are also suspected to provide geochemical supply for water masses flowing below the EUC. Results on both tracers converge toward the suggestion that the main process driving the geochemical supply is the dissolution of sedimentary material during the coastal contact of the water masses. The last part of my thesis couples the virtual tracer - the modeled trajectories - with the real tracer - the geochemical elements - in order to quantify the geochemical fluxes affecting the water masses that feed the EUC, and thus the HNLC area. This coupling helped us to determine the enrichment zones of the upper and lower layers of the thermocline transiting via the southern LLWBCs, between their subduction areas and the upstream stretch of the EUC. The main enrichment of the upper thermocline waters seems to occur as they flow past the island coasts of the southern tropical Pacific. The lower thermocline waters also benefit from a strong supply along the PNG coasts, favorable to a possible resupplying of the HNLC area.
Dans le cadre de ma thèse je me suis intéressée au Sous-Courant Équatorial (EUC) Pacifique, dont les eaux alimentent le Pacifique Équatorial Central et Est, région clé tant pour son rôle climatique que pour la productivité marine. D'une part, j'ai utilisé un modèle océanique pour décrire les sources de l'EUC, leurs transports, leurs caractéristiques moyennes hydrologiques et leurs trajectoires précises jusqu'à l'EUC. D'autre part, j'ai caractérisé l'enrichissement géochimique des eaux alimentant le Pacifique Équatorial, principales nourricières de la zone High Nutrients - Low Chlorophyll (HNLC), à l'aide d'un traceur géochimique, le néodyme (Nd). Finalement, j'ai couplé les deux approches pour quantifier l'évolution géochimique des eaux de la thermocline du Pacifique Sud-Ouest. La première partie a été motivée par la question soulevée depuis un peu plus de 10 ans concernant l'impact des variations des transports et des propriétés hydrologiques de la langue d'eau froide sur la modulation basse fréquence d'El Niño Southern Oscillation (ENSO). Les eaux constituant l'EUC présentent une large gamme de températures et de salinités qui expliquent l'hétérogénéité des propriétés de la langue d'eau froide et participent à la variabilité décennale d'ENSO. Dans ce contexte, j'ai étudié la structure verticale des masses d'eau de l'EUC au cours de leur advection vers l'est en fonction des différentes sources qui l'alimentent. Pour cela, j'ai utilisé un modèle océanique et un outil de suivi lagrangien qui m'ont permis de déterminer les sources majeures de l'EUC et leurs trajectoires et de quantifier l'évolution de leur transport entre la partie ouest (156°E) et la partie centrale de l'EUC (140°W). Nous nous sommes aussi intéressées à l'évolution des propriétés hydrologiques de ces sources entre 10°N/10°S et l'équateur. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'importance de la contribution des eaux transportées par les courants de bord ouest (WBCs), contribution dominée par les apports issus de la Mer des Salomon. Toutes les sources subissent des modifications hydrologiques lors de leur trajet vers l'EUC, et il semble notamment nécessaire d'invoquer une part de mélange diapycnal pour expliquer l'allègement en densité des eaux issues des WBCs. La seconde partie traite de la question majeure de l'enrichissement en éléments nutritifs de la zone HNLC, région cruciale en raison de la production biologique qui s'y développe et qui participe à la régulation du carbone atmosphérique. Au cours de la dernière décennie a été proposée l'hypothèse que les apports proviennent essentiellement des marges continentales de Papouasie Nouvelle-Guinée. Sur une base de circulation bien documentée, grâce à la première partie de mon travail, nous avons vérifié cette hypothèse à l'aide de mesures de traceurs géochimiques in situ, les Élements Terres Rares, et en particulier la composition isotopique du Nd, qui marquent les origines de la matière continentale présente dans l'eau de mer et aident à quantifier les processus par lesquels elle y parvient. Nous avons ainsi pu souligner un enrichissement progressif des eaux le long des îles du Pacifique tropical sud et un contenu géochimique souvent maximum le long des côtes de PNG. Un apport provenant des côtes d'Amérique Latine est envisagé pour les eaux s'écoulant sous l'EUC. Les résultats obtenus de la mesure des deux traceurs convergent vers l'hypothèse que le principal processus d'apport géochimique est la dissolution de matériel sédimentaire lors du contact des masses d'eau le long des côtes. Leurs évolutions suggèrent cependant une perte de matériel dissous vers la marge sédimentaire par adsorption sur les particules, très abondantes à l'embouchure des fleuves. La troisième partie couple le traceur virtuel - les trajectoires modélisées - et le traceur réel - les éléments géochimiques - pour se focaliser sur la quantification des flux géochimiques des eaux alimentant l'EUC, et ainsi la zone HNLC. Par ce couplage, nous avons pu déterminer les zones d'enrichissement des couches supérieures et inférieures de la thermocline transitant par les WBCs sud, entre leurs régions de subduction et l'amont de l'EUC. Si les eaux de la thermocline supérieure semblent s'enrichir principalement le long des côtes des îles du Pacifique Tropical Sud, celles de la thermocline inférieure bénéficieraient en plus d'un fort apport le long des côtes de PNG, très favorable pour une éventuelle réalimentation de la zone HNLC.
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Dates et versions

tel-00876092 , version 1 (23-10-2013)

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  • HAL Id : tel-00876092 , version 1

Citer

Melanie Grenier. Le rôle du Pacifique Tropical Sud-Ouest dans la fertilisation du Pacifique Équatorial : couplage dynamique et multi-traceur.. Océan, Atmosphère. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00876092⟩
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