Thermohaline Staircases in a British Columbia Fjord

Abstract

We present the first documented evidence of thermohaline staircases generated by double-diffusion in a coastal environment. Results are based on high (centimetre scale) resolution profiles of temperature, salinity and dissolved oxygen concentration collected on 20 July 2009 at seven stations along the axis of Belize Inlet on the mainland coast of British Columbia, Canada (Fig. 1). Except for stations nearest the narrow Pacific Ocean entrance to the inlet, the observed temperature and salinity gradients between 70 and 210 m depth were of the same sign, therefore conducive to double-diffusive phenomena. Thermohaline features were especially well developed near the head of the inlet. Salt-fingering staircases of approximately 10 m thickness were observed above the temperature and salinity minima at 150 m depth and diffusive-convection staircases of approximately 1 m thickness were observed below this depth. We speculate that conditions favourable to double diffusion were initiated by a mid-depth intrusion of relatively cold, low salinity, oxygen-rich water that likely originated with intense tidal mixing in the narrow oceanic passage leading to the inlet. Findings confirm the existence of double diffusion in coastal oceanic regions and indicate that Belize Inlet may be a natural laboratory for the study of thermohaline processes in the ocean. [Traduit par la rédaction] Nous présentons la première observation documentée d'une structure thermohaline en escalier produite par double diffusion dans un environnement côtier. Les résultats sont basés sur des profils à haute résolution (échelle centimétrique) de la température, de la salinité et de la concentration en oxygène dissout établis le 20 juillet 2009 à sept stations le long de l'axe de l'anse Belize sur la côte continentale de la Colombie-Britannique, au Canada (fig. 1). À l'exception des stations les plus proches de l’étroite entrée de l'océan Pacifique vers l'anse, les gradients de température et de salinité entre 70 et 210 m de profondeur étaient du même signe et donc favorables au phénomène de double diffusion. Les caractéristiques thermohalines étaient particulièrement nettes près de la tête de l'anse. Des doigts de sel en forme de marches d'approximativement 10 m d’épaisseur ont été observés au-dessus des minimums de température et de salinité à 150 m de profondeur et des marches de convection diffusive d'environ 1 m d’épaisseur ont été observées au-dessous de cette profondeur. Nous formulons l'hypothèse que les conditions favorables à la double diffusion sont apparues par suite d'une intrusion à mi-profondeur d'eau relativement froide, de faible salinité et riche en oxygène provenant vraisemblablement d'un intense brassage maréal dans l’étroit passage océanique menant à l'anse. Les résultats confirment l'existence d'une double diffusion dans les régions océaniques côtières et indiquent que l'anse Belize peut être un laboratoire naturel pour l’étude des processus thermohalins dans l'océan.