ESMER4
CÓDIGO: PCM-00005
EStación de Monitorización del Flujo de agua Mediterránea saliente por el Estrecho de GibraltaR: 4º periodo
| INVESTIGADOR/A PRINCIPAL | Jesús García Lafuente glafuente@ctima.uma.es José Carlos Sánchez Garrido jcsanchez@ctima.uma.es |
| FINANCIACIÓN | 249.863,95 € |
| ENTIDAD | Plan Complementario de Ciencias Marinas y de Recuperación, Transformación y Resiliencia |
| PERIODO | 2022-2025 |
| MIEMBROS | |
OBJETIVOS
ANTECEDENTES: Importancia de la monitorización del agua mediterránea en el Estrecho de Gibraltar
El Estrecho mantiene un flujo de aguas bidireccional forzado por la evaporación y pérdida de flotabilidad de las aguas en el mar Mediterráneo. Las aguas superficiales atlánticas que entran por superficie en este mar aumentan por ello su densidad y se hunden, retornando hacia el Atlántico en profundidad como aguas mediterráneas. El caudal saliente está limitado por la batimetría del Estrecho (Figura 1) que, junto con la climatología del Mediterráneo, determinan las características de las aguas intermedias y profundas de este mar (Bryden y Kinder, 1991). Cambios en aquélla producirán cambios en éstas que se manifiestan antes aquí que en otros lugares del globo por su relativamente pequeño volumen de este mar interior. Desde hace décadas se tiene constancia de cambios tendenciales en las características hidrológicas de las aguas mediterráneas, confirmadas por observaciones más recientes (García Lafuente et al., 2021), que se reflejan en el flujo saliente (Sammartino et al., 2015) cuyo punto natural de observación es el Estrecho de Gibraltar, haciendo de él el lugar idóneo para seguir las consecuencias del cambio climático en el Mediterráneo. Por otro lado, el papel de las aguas mediterráneas en la circulación general de los océanos en el contexto del clima global sigue siendo objeto de estudio: el flujo saliente es una fuente de momento y salinidad a incluir en los modelos de circulación general que afecta a la circulación termohalina del Atlántico Norte (AMOC). No menos importante es el flujo de carbono orgánico que entra en el Atlántico Norte transportado por el flujo saliente por el Estrecho (Flecha et al., 2019), que contribuye a la acidificación de este océano y, más específicamente, a la vena inferior de retorno de la AMOC que exporta carbono hacia el océano austral. Cambios en las propiedades del flujo de agua por Gibraltar tendrían consecuencias en esa circulación global y en los procesos asociados al ciclo global de carbono oceánico, como así lo muestran modelos numéricos recientes. Tales modelos necesitan un conocimiento detallado de esos flujos biogeoquímicos aportados al Atlántico Norte desde el Estrecho para los balances globales de estas propiedades.
Figura 1. Mapa del Estrecho de Gibraltar con la ubicación de la estación de monitorización en el Umbral de Espartel (ES). (Sammartino et al. 2024)
Con esta motivación, GOFIMA inició un programa de monitorización del flujo saliente en el año 2004. Lo hizo a través de la saga de Proyectos INGRES (1º periodo de la estación de monitorización: 2004-2013). El último de ellos, INGRES-3, dirigido desde GOFIMA y desde el Centro Oceanográfico de Cádiz del Instituto Español de Oceanografía, tenía por objetivo definir una estrategia de mantenimiento de la estación de monitorización que la mantuviese operativa tras la finalización del proyecto, ya al margen de las convocatorias ministeriales. Los responsables de ambos subproyectos acordaron incluir dicho mantenimiento como una de las tareas del proyecto STOCA ("Series Temporales de datos Oceanográficos en el golfo de CAdiz") que el IEO-CSIC tenía implantado en el Golfo de Cádiz desde 2010, dentro de los programas propios de monitorización que este organismo desarrolla en áreas costeras del territorio español. La línea de instrumentación diseñada era corta (Figura 2). Constaba de una boya subsuperficial de gran flotabilidad que alojaba un perfilador de corriente ADCP de largo alcance (RDI de 75 kHz) y balizas ARGOS que emitían en el caso de que la línea sufriese un accidente y emergiese a superficie inesperadamente, sensores CTD por debajo de la boya para medir las propiedades hidrológicas del flujo saliente a esa profundidad junto con un correntímetro puntual para completar el perfil vertical proporcionado por el ADCP ya que éste no mide por debajo de su ubicación. El último elemento era un liberador acústico que anclaba la línea al lastre.
Figura 2. Mapa tridimensional del fondo del Estrecho de Gibraltar (canal sur del umbral de Espartel) mostrando la ubicación de la estación de monitorización.
Siendo conscientes del interés de monitorizar otras variables biogeoquímicas, se amplió el marco de colaboración para incluir investigadores del Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (ICMAN-CSIC) que trabajaban en el campo de la biogeoquímica marina, caracterizando la contribución del océano al intercambio de gases de efecto invernadero con la atmósfera y sus consecuencias sobre los ecosistemas marinos. Para este grupo de investigación, disponer de series continuas de variables biogeoquímicas era de gran utilidad por lo que se acordó con su investigadora responsable ampliar la instrumentación de la línea con nuevos sensores de pH y CO2 y contribuir al mantenimiento de la estación. La estructura de la línea se reformó para alojar estos nuevos instrumentos (2º periodo de la estación de monitorización: 2013-2018). El siguiente periodo (3º periodo de la estación de monitorización: 2018-actualidad) se inició con la renovación de buena parte del material de la línea incluyendo, entre ellos, un nuevo sensor de oxígeno disuelto (O2) y un segundo ADCP de menor rango (500 kHz) que se colocaba en la boya de cabecera mirando hacia abajo, para así resolver la porción de la columna de agua no medida por el ADCP principal, que apunta hacia arriba, y la capa límite de fondo.
OBJETIVOS: 4º periodo de la estación de monitorización
El objetivo básico del proyecto es apoyar y completar la estación oceánica de monitorización del flujo Mediterráneo situada en el Umbral de Espartel (ver ubicación en Figura 1), para que pueda seguir proporcionando datos de calidad y realizar su relevante misión científica en el corto-medio plazo. Ello requiere la renovación periódica del equipamiento científico instalado en la estación con instrumentos que incorporen avances tecnológicos e incorporar nuevos sensores para seguir la evolución de otras variables de interés. La considerable experiencia previa del equipo de investigación permite poner cifras a ese plazo, estimando en unos cinco años el impulso que la renovación del instrumental proporciona a la durabilidad y performance de la estación de monitorización. A lo largo de ese periodo de tiempo se continuarán gestionando ayudas y apoyos para que la monitorización continúe sin solución de continuidad, recurriendo a las distintas convocatorias de I+D+I que se publiquen, tal y como se está haciendo en el presente. La motivación para proceder de esta manera es el convencimiento que se tiene de que el valor científico de los datos que recoge esta plataforma de observación crece exponencialmente con la longitud y calidad de las series temporales que genera, particularmente en el contexto actual de cambio climático. Cercenar esas series sería un lamentable error.
Desde el punto de vista práctico, el objetivo básico es la adquisición del equipamiento científico solicitado que permita duplicar, mejorar, renovar y completar el instrumental desplegado. Lamentablemente, se han dado y se siguen dando situaciones de rotura o pérdida de equipamiento debido a las exigentes condiciones en que la estación ha de trabajar, tanto ambientales (principalmente) como derivadas de actividades humanas (ver Figura 2a de Sammartino et al. 2024). En tales situaciones, disponer de la nueva instrumentación permite la reposición del material dañado y minimizar las lagunas de datos en las series históricas que se vienen recogiendo. Vinculados a este objetivo central de prolongación en el tiempo de la plataforma de observación hay dos más de naturaleza técnico-científica:
- El primero de ellos es el procesado de la información para elaborar las series temporales de las variables muestreadas directamente (temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, pH, CO2) o deducidas indirectamente (salinidad, densidad, flujos, altura de la interfaz entre aguas Atlántica y Mediterránea) con los mejores estándares de calidad. Se someterán los datos recogidos a rigurosos controles y se asociará a ellos etiquetas de la calidad estimada. Las series generadas serán incorporadas a repositorios de datos de libre acceso tras un periodo de tiempo que se reserva el equipo investigador para su explotación.
- El segundo es continuar refinando y aumentando la resolución espacial del modelo numérico que tiene implementado GOFIMA en la zona del Estrecho, cuya versión primera data de 2010 (Sánchez-Garrido et al., 2011). La información que proporciona es una herramienta muy valiosa a la hora de estimar flujos a partir de los perfiles de corriente recogidos por los ADCPs de la estación, ya que de los datos modelados se pueden extraer patrones espaciales de estructura transversal del flujo que no pueden ser deducidos de las observaciones tomadas en un único punto. En los últimos años, el modelo ha evolucionado en complejidad y aumentado su resolución espacial en paralelo con el aumento del poder computacional del ordenador donde se ejecuta (super-ordenador PICASSO de la Universidad de Málaga). La evolución continuará a lo largo del proyecto con el fin de proporcionar estructuras más y más detalladas que repercutan en la calidad y precisión de las series de flujo saliente calculadas.
RESULTADOS
El proyecto está enfocado a consolidar y proporcionar continuidad a una plataforma de observación que lleva en funcionamiento desde el año 2004, pero que carece de la infraestructura científica deseable para encarar el futuro próximo con suficiente garantía. En el momento actual, en el que la estación de monitorización está inmersa en su tercer periodo de existencia, parte del instrumental desplegado presenta deficiencias, que pueden ser sorteadas con la renovación y actualización de ese instrumental para afrontar una nueva fase de monitorización, que sería el cuarto periodo de la estación.
PLOSEG: Plataforma de Observación Submarina del Estrecho de Gibraltar
La Plataforma de Observación Submarina del Estrecho de Gibraltar (PLOSEG) supone un cambio sustancial en la arquitectura de la estación de monitorización. Se pasa de una línea de fondeo tradicional a una estructura tipo "LANDER" especialmente diseñada para ser depositada en el fondo. Dos principales ventajas caracterizan PLOSEG. Por un lado, se acorta notablemente la distancia del perfilador de corriente principal al fondo, reduciéndola de unos 17 m a apenas 0.5 m. Esto garantiza una cobertura casi total de la columna de agua sin zonas ciegas. Un segundo ADCP, fijado a la misma estructura, permite perfilar la capa de fondo. Por otro lado, la estructura fija elimina completamente cualquier tipo de vibración, inclinación o hundimiento de la línea tradicional subsuperficial, proporcionando una evidente ventaja en términos de calidad del perfil obtenido y reducción del ruido de fondo. Se prevé complementar PLOSEG con una segunda línea donde se alojarían los sensores bioquímicos y se duplicaría el sensor de conductividad/temperatura (Figura 3b), para mantener la continuidad de las series históricas.
Figura 3. Esquema de despliegue de la nueva plataforma de monitorización en el Estrecho de Gibraltar (a), junto a la estructura subsuperficial actualmente empleada (b).
PLOSEG es un sistema innovador, diseñado por los investigadores de GOFIMA. Se trata de un módulo compacto y multi-instrumentado, equipado con su propio sistema de flotación y liberación. Su cuerpo principal es una placa pseudo-triangular de 1.15 m de ancho y 70 mm de grosor, apoyada sobre tres patas robustas (Figura 4). En la parte superior de la placa se han instalado dos ADCPs: un Nortek Signature 100 de cuerpo corto, con alimentación externa, y un Nortek Signature 1000. En una esquina se encuentran dos sistemas de liberación acústica iXblue Oceano R5 emparejados, conectados a un peso fungible de aproximadamente 90 kg, que mantienen la plataforma anclada al fondo a través de una apertura central en la placa, y la liberan a la recepción de una señal enviada acústicamente. En uno de los lados se ha instalado un transpondedor Kongsberg cNODE Midi, encargado de transmitir la posición e inclinación de la plataforma, junto con dos balizas Argos Xeos XMA-11K, orientadas verticalmente hacia arriba y hacia abajo. En la parte inferior de la placa se han fijado dos portabaterías Nortek, cada uno con dos baterías alcalinas de 18 V – 540 Wh, además de un sensor SeaBird SBE37-SMP-ODO para la medición de conductividad, temperatura y oxígeno disuelto. La flotabilidad del sistema es proporcionada por tres módulos de DeepWater Buoyancy, diseñados a medida según las especificaciones de GOFIMA (Figura 4). La placa y las abrazaderas están fabricadas en DELRIN, una resina acetálica homopolímera de gran rigidez y alta precisión de mecanizado. Los componentes mecánicos, en cambio, están hechos de titanio para minimizar la oxidación y reducir los costes de mantenimiento periódico. La plataforma ha sido diseñada para ser desplegada mediante el sistema de largado de landers oceanográficos LANDERPICK, permitiendo su descenso controlado hasta el fondo marino.
Figura 4. Boceto tridimensional de la nueva estación de monitorización "PLOSEG".
Durante la primera mitad de 2025, se trabajó en el montaje y desarrollo de la plataforma PLOSEG (Figura 5 y Figura 6).
Figura 5. Collage de imágenes de la construcción y montaje de la nueva plataforma de monitorización "PLOSEG".
Figura 6. Estadio final de ensamblado de la nueva plataforma de monitorización. Se aprecian los dos perfiladores de corriente, el sistema de localización submarina, la baliza de localización satelital y los dos liberadores acústicos. A la derecha uno de los tres flotadores, ya instalado en su posición.
En junio de 2025 se realizaron con éxito pruebas a poca profundidad para testear el fondeo y despliegue de la plataforma utilizando el sistema de largado de landers oceanográficos LANDERPICK. Tras algunas modificaciones menores que se implementarán en los próximos meses, está previsto que el fondeo definitivo de la plataforma se lleve a cabo a principios de 2026.
A nivel científico, además de mostrar los resultados de la monitorización en congresos nacionales e internacionales (p.e., EGU, IUGG, AGU..), se prevé continuar publicando resultados basados en los datos recogidos por la estación en revistas de alto impacto, como se ha venido haciendo hasta la fecha. En particular, con ayuda de las nuevas observaciones se indagaría con el fin de confirmar o matizar las conclusiones previas sobre cambios importantes en la composición del flujo saliente expuestas en el reciente trabajo “Hotter and weaker Mediterranean outflow as a response to basin-wide alterations” (García Lafuente et al., 2021), para lo cual las series extendidas en el tiempo son esenciales.
Modelo 3D interactivo de la nueva Plataforma de Observación Submarina del Estrecho de Gibraltar (PLOSEG).Más información sobre el proyecto ESMER4 en https://andalucia-thinkinazul.campusdelmar.com/proyectos/pcm_00005/