Temporal changes in natural and anthropogenic CO2 in the North Atlantic Ocean

Resumen

El ciclo del carbono en el océano se ve afectado por los cambios en el clima y, a su vez, la alteración del mismo provoca cambios en otros ciclos. Las grandes cantidades de CO2 emitidas a la atmósfera entran en el océano mediante procesos físicos y biológicos, donde este CO2 que penetra en el agua genera, en primera instancia, ácido carbónico (H2CO3) el cual rápidamente se trasforma en carbonato (CO32-) y bicarbonato (HCO3-). Dentro de las variables medibles del sistema del carbonato o del CO2 se encuentran la fugacidad de CO2 (fCO2), carbono inorgánico total disuelto (CT), alcalinidad total (AT), y pH. Actualmente se puede considerar una quinta variable, el CO32-, que desde el 2008 se puede medir directamente. La particularidad del sistema del CO2 es que conociendo al menos dos de estas variables, se pueden determinar las otras dos usando una serie de ecuaciones termodinámicas. En primer lugar en esta tesis se evalúa la consistencia interna del sistema del CO2 de modo que los errores en los cálculos termodinámicos sean mínimos. Para ello, se dispone de medidas de pH, AT, CT y, por primera vez, de [CO32-] en el Atlántico Norte. Esto, junto con las más recientes mejoras de las ecuaciones termodinámicas y una selección de cuatro pares de constantes de disociación, permite reducir la diferencia no sólo entre las medidas y los valores calculados de CT, sino también de [CO32-] y confirmar que las constantes de disociación propuestas para aguas naturales, resultan más apropiadas que las de aguas sintéticas. La buena correlación entre [CO32-] calculado y medido permite completar los perfiles de [CO32-]in situ para las diferentes campañas del Atlántico Norte y relacionarlas con las masas de agua presentes en cada región. Una vez conocido en detalle el sistema del CO2, el siguiente paso es hacer el control de calidad de esos datos. Para ello se cuenta con los procesos utilizados durante la elaboración de las bases de datos globales GLODAP y CARINA. Las campañas con datos del sistema del CO2, poco fiables o dudosos, que se habían descartado en GLODAP, no se reconsideraron en CARINA, a pesar de que se incluyó también el pH. Por ello, campañas como las WOCE A06 y A07 de 1993 no están disponibles en ninguna de ellas. Sin embargo, es posible descargar todos los datos de pH, AT y CT de estas campañas de la web CCHDO. El uso combinado de estos datos y de las bases de datos GLODAP, CARINA y MOC2Ecuatorial, hace posible señalar que los datos de pH eran válidos, aunque tenían un sesgo, que se corrige satisfactoriamente en esta tesis. Asimismo, la herramienta recientemente desarrollada, 3DwMLR permite evaluar los datos de AT y calcular nuevos datos cuando es necesario. Debido a la disponibilidad de los nuevos recuperados de pH y AT se pueden recuperar también los datos de CT, de modo que se obtiene una base de datos de carbono evaluada y recuperada para las campañas A06 y A07. Durante los últimos cuatro años, el Grupo de CO2 del Instituto de Investigaciones Marinas de Vigo ha participado en varias campañas en el Océano Atlántico, de las cuales, cuatro cubren un área importante del Océano Atlántico Norte. Estas expediciones son CAIBOX 2009, MOC2Equatorial 2010, OVIDE 2010 y A24ºN 2011, que junto con la enorme cantidad de datos biogeoquímicos disponibles en las bases de datos globales, es posible abordar cuestiones que despiertan el interés de la comunidad científica, como son el aumento del CO2 antropogénico (Cant), la acidificación y la desoxigenación del océano. Para estudiar estos cambios se plantean dos zonas de estudio diferenciadas, el Océano Atlántico Ecuatorial y la Cuenca Ibérica. En el Océano Atlántico Ecuatorial se plantea un estudio sobre acidificación, desoxigenación y Cant considerando los datos de las campañas A06 1993 y MOC2Ecuatorial 2010, que siguieron exactamente la misma ruta con una diferencia de diecisiete años. Una forma sencilla para evaluar estos cambios es la división de la sección 7.5ºN en cuatro regiones, dos a cada lado de la dorsal Atlántica, y seis capas de densidad determinadas por las masas de agua características de la zona. De este modo, en cada una de estas zonas se puede dar el valor de cambio de pH, O2 y Cant, calculando la diferencia entre los valores de 2010 y los de 1993. Además, estos cambios se relacionan con las masas de agua presentes en la zona, de modo que los resultados ponen de manifiesto, por ejemplo, el aumento hacia el oeste de la lengua de mínimo de pH asociada a la Antarctic Intermediate Water de 1993 a 2010. Además, la acidificación que se muestra en la upper North Atlantic Deep Water está fuertemente ligada a la desoxigenación y los mayores incrementos de [Cant] son más importantes en general en la South Atlantic Central Water. Por otro lado, y aprovechando que la región de la Cuenca Ibérica ha sido objeto de muestreos repetidos en diferentes años, se ha planteado la estima de las [Cant] con sus correspondientes tasas de almacenamiento en un período de casi dos décadas. Para ello se emplean las medidas de AT, CT, pH y nutrientes disponibles de la campaña CAIBOX 2009, junto con los de OACES 1993, CHAOS 1998 y OACES 2003. Para las estimaciones de Cant se utilizan las técnicas de back-calculation ¿CT0 y TrOCA. Al igual que en la región Atlántica Ecuatorial, se divide la columna de agua en seis capas de densidad atendiendo a la distribución termohalina de la Cuenca Ibérica. Los almacenamientos de Cant obtenidos para la columna de agua se comparan con otros trabajos cuyas zonas de estudio son próximas a la Cuenca Ibérica. Por otro lado, se estiman también la tasa de almacenamiento de Cant desde 1993 a 2009, que comparando estos resultados con los de Ríos et al. (2001), se observa un incremento de la captación de Cant en los primeros 2000m de profundidad.