Benthic storms, vortices, and particle dispersion in the deep West European basin

Summary

During the NOAMP Experiment (September '83 to May '86), 20 benthic storms with velocities of up to 27 cm/s and a duration of between 3 and 25 days, have been observed in a region centered at 47° 20′ N and 20° W. The calculation of streamfunction maps shows clearly, that all storms between September '83 and September '84 occur in connection with deep reaching synoptic vortices. These events are important mechanisms for the dispersion of tracers, which are released at the seabed. They enable the particles to pass the interface between the well-mixed bottom boundary layer and the stratified interior of the deep sea. The eddies, with lifetimes of up to several months, trap the particles and facilitate horizontal and vertical transports within the eddy. Each vortex, by means of its shear, deforms a parcel of contaminated water to thin sheets, respectively to thin filaments with regard to two dimensions. This makes small-scale mixing processes work effectively.

Zusammenfassung

Während des NOAMP-Experiments wurden in einem Gebietbei 47° 20′ N und 20° W 20 Tiefseestürme mit Geschwindigkeiten bis zu 27 cm/s und einer Dauer zwischen 3 und 25 Tagen gemessen. Stromfunktionskarten zeigen, daß, zumindest im Zeitraum von September '83 bis September '84, die Stürme stets im Zusammenhang mit tiefreichenden synoptischen Wirbeln auftreten. Diese Ereignisse sind von herausragender Bedeutung für die Ausbreitung am Tiefseeboden eingebrachter Stoffe. Sie ermöglichen den Austausch von Wasserkörpern durch die Sprungschicht zwischen der stark durchmischten Bodengrenzschicht und dem geschichteten Inneren der Tiefsee. Die Wirbel, mit Lebenszeiten bis zu mehreren Monaten, können Wasserkörper mit Eigenschaften, die ihn von der umgebenden Wassermasse unterscheiden, einfangen und transportieren sie vertikal und horizontal innerhalb des Wirbels. Jeder Wirbel deformiert solche Wasserkörper zu dünnen Scheiben, bzw. zu dünnen Filamenten im Zweidimensionalen, und schafft somit die notwendige Voraussetzung für das Wirken kleinskaliger Vermischungsprozesse.

Résumé

Durant l'expérience NOAMP (septembre 1983 – Mai 1986), vingt tempêtes de grands fonds avec des vitesses supérieures à 27 cm/s et des durées comprises entre 3 et 25 jours, ont été observées dans un secteur centré sur le point 47° 20′ nord et 20° ouest. Le calcul des cartes de courant montre clairement que les tempêtes sous-marines observées entre septembre 1983 et semtembre 1984 sont reliées à des tourbillons synoptiques atteignant de grandes profondeurs. Ces évènements sont des mécanismes importants pour la dispersion d'éléments — traces libérés sur le fond de l'océan. Ils permettent aux particules de franchir l'interface entre la couche limite de fond, homogène, et la partie stratifiée de la mer profonde. Les tourbillons qui ont des durées de vie de plusieurs mois, piègent les particules et facilitent leurs transports horizontaux et verticaux au sein même du tourbillon. Chaque tourbillon du fait du cisaillement, transforme un volume d'eau contaminée en minces couches, ou plutôt en minces filets d'eau, si l'on se place dans les deux dimensions. Cela génère en réalité un processus de mélange à petite échelle.