El desenvolupament de models acurats pels cicles biogeoquímics d'elements clau, especialment pel carboni,depèn del coneixement dels fluxos d'aquests elements a través dels límits de l'oceà. La quantificació delsfluxos entre l'oceà obert i els marges continentals dels mars marginals és crucial per al desenvolupamentd'aquests models.Les taxes d'acumulació de sediment als marges continentals són ordres de magnitud més altes que a l'oceà obert i, per tant, els sediments marginals poden contenir registres d'alta resolució dels processos desencadenats com a resposta de la variabilitat de les condicions ambientals. Els estudis de fluxos de partícules en els marges continentals són determinants per entendre les taxes de transferència de la matèriaparticular entre la columna d'aigua i els sediments de fons.La present tesis està centrada en la transferència i acumulació de la matèria particular en la Conca d'Alborán (Mar Mediterrània) i en l'evolució ambiental passada enregistrada pels sediments profunds de la Conca de Bransfield (Península Antàrtica). Els estudis dels fluxos de partícules a la Conca Occidental d'Alboran entre juliol de 1997 i maig de 1998 mostren que la transferència vertical de material en la part alta de la columna d'aigua està controlada per la focalització de material des de la vora de la conca cap al seu centre. L'advecció cap avall i cap al sud al llarg de les superfícies d'igual densitat del front associat al límit del Gir Occidental d'Alboran (Western Alboran Gyre, WAG) produeix una tendència d'augment dels fluxos de partícules cap a mar obert, fet que és inusual en la majoria dels marges continentals.L'evolució dels fluxos a profunditats intermèdies de la columna d'aigua és variable al llarg de l'any. Totes les sèries mostren una evolució general comú amb un primer pic a l'inici de l'estiu de 1997, un segon pic ample compost durant la darrera part de la tardor i l'hivern i un tercer pic a la primavera de 1998. La descàrrega fluvial pot ser responsable dels fluxos litogènics més alts durant el pic de tardor/hivern, mentre que l'elevadaproducció primària a la perifèria del WAG promou la generació de partícules biogèniques al llarg de l'any i especialment durant la primavera i l'estiu.Els resultats de l'experiment dels Fluxos d'Alta Freqüència (High Frequency Flux, HFF), realitzat durant la primavera de 1998, mostren que, a més de l'elevada producció a la vora del gir, l'advecció de masses d'aigua riques en fitoplàncton, l'agregació de partícules i la predació per zooplàncton són mecanismes necessaris perintensificar l'exportació des de les aigües superficials del WAG. El mateix experiment mostra que la desagregació, la disminució en la mida de les partícules i l'advecció física pel flux pausat de les aigüesintermèdies i profundes cap a l'oest provoca probablement el decreixement substancial en la transferència de partícules a profunditats mesopelàgiques.L'evolució temporal dels fluxos prop del fons està controlada per la transferència cap avall de matèria particular des d'aigües intermèdies i l'aportació advectiva per capes nefeloides de material majoritàriament litogènic i carbonàtic. Durant els períodes d'exportació intensificada des de les aigües superficials hi ha tambéuna important transferència, talús avall i prop del fons, de material ric en fracció biogènica acumulat prèviament en el fons de les àrees més somes. Les dades dels correntímetres mostren com els polsos del flux d'aigua profunda cap a l'oest influencien l'activitat nefeloide al fons.Ambdós, la degradació de la matèria orgànica i l'advecció durant la sedimentació a través de profunditats mesopelàgiques, i la redistribució prop del fons talús avall, constitueixen mecanismes pel qual el carboni pot ésser extret efectivament des de les aigües superficials i reconduït cap a masses d'aigua i sediments profunds.El darrer procés mostra a més que els sediments profunds del Mar d'Alboran poden enregistrar acuradament els esdeveniments productius de les aigües superficials que afecten tota la conca.Els estudis geoquímics dels sediments superficials mostren que, a escales temporals de desenes a centenars d'anys, les taxes d'acumulació de sediment decreixen a mida que la profunditat augmenta, i que el relleu submarí profund juga un paper determinant en la distribució de sediment a la Conca d'Alboran. Lacomparació de les dades dels sediments profunds amb les dades de les trampes de sediment de la Conca Occidental d'Alboran mostra que l'aportació advectiva de partícules fins a 30 metres sobre el fons correspon al 50-70% del material acumulat en el fons. L'abundància i les taxes d'acumulació de matèria orgànica concorden amb la distribució espacial de la producció primària al Mar d'Alboran, que és més alta a l'oest. Lacomparació amb les dades de les trampes de sediment permet estimar que la degradació de la matèria orgànica és d'almenys el 30-40% de la que arriba al fons. La sílice biogènica produïda i exportada des de les aigües superficials no s'acumula de manera efectiva en el fons.L'anàlisi granulomètric i geoquímic dels sediments recuperats a la Conca de Bransfield mostra que s'han acumulat majoritàriament a través de processos hemipelàgics, i en menor proporció, per corrents de terbolesa.La comparació amb dades de trampes mostra que els processos hemipelàgics a la Conca de Bransfield estan dominats per l'advecció lateral prop del fons (70%)i la sedimentació vertical des de les aigües superficials(30%). Les fluctuacions en la contribució de partícules per aquests dos processos explicaria la formació de làmines amb diferents gruixos i abundàncies en constituents biogènics. La relació entre clima i la contribució d'aquests dos processos és utilitzada per a reconstruir les fluctuacions ambientals dels darrers 3000 anys, el que demostra que els sediments hemipelàgics de la Conca de Bransfield contenen un registre d'alta resolució de les fluctuacions climàtiques durant l'Holocè.

Els organismes vius estan composats d'elements químics, principalment C, H, O, N, P i S. L'estudi d'aquests elements essencials és una eina molt útil que permet moure'ns entre diferents nivells d'organització biològica, estudiant relacions entre elements (estequiometria), així com estimant fluxos i balanços de massa entre i des d'orgànuls i cèl·lules fins a conques senceres o tota la biosfera. L'objectiu d'aquesta tesi consisteix en establir les relacions entre aquests elements tant a l'interior com a l'exterior de les cèl·lules del fitoplàncton de la Mar Catalana (Mar Mediterrània Occidental).S'han reunit dades oceanogràfiques de 28 campanyes realitzades a la Mar Catalana entre 1982 i 2003, fent un total de 1361 estacions. Amb aquestes dades s'ha fet un control de qualitat per cada una de les variables (nutrients inorgànics, oxigen dissolt i clorofil·la a). La diferència més important en les metodologies d'anàlisi de nutrients al llarg dels anys és la congelació de mostres. En primer lloc es descriuen els rangs de concentració de nutrients, oxigen dissolt i clorofil·la a a la Mar Catalana obtinguts en aplicar els controls de qualitat. Amb l'excepció del fosfat i l'oxigen dissolt, s'han definir rangs específics per l'hivern, degut a que les concentracions son excepcionalment altes en superfície com a conseqüència de la barreja amb aigües profundes. S'ha calculat la concentració mitjana en les diferents masses d'aigua i s'ha estudiat l'estequiometria entre els nutrients i l'oxigen utilitzat per a la remineralització. A 500 m, on pràcticament tota la matèria orgànica s'ha remineralitzat, l'estequiometria és (-O2) : C : N : P : Si = 190 : 127 : 23 : 1 : 21.S'han trobat diferències significatives al comparar els perfils mitjans de concentració obtinguts després d'aplicar els controls de qualitat, entre les estacions de la plataforma continental (menys de 200 m de fons) i les estacions de mar obert (més de 200 m de fons): fosfat, nitrat + nitrit, silicat i oxigen dissolt són menors a la plataforma, mentre que la clorofil·la a i el nitrit són superiors. També s'han trobat variacions estacionals a la capa superficial (0 - 100 m) i a la capa intermèdia (200 - 600 m). Analitzada la tendència al llarg dels anys (1982 - 2003) s'ha trobat un increment de la concentració de silicat, nitrat + nitrit i nitrit a l'aigua superficial, un increment de nitrat + nitrit, silicat, densitat, oxigen dissolt i disminució de l'AOU a l'aigua intermèdia i un increment de fosfat i nitrat + nitrit a la capa profunda. Per estudiar l'estequiometria dels organismes s'ha modificat la metodologia per microanàlisi de raigs - X en microscopi electrònic de rastreig (SEM - EDS), i s'ha creat un nou suport per a SEM. A mes s'ha portat a terme una intercalibració entre dos microscopis (SEM i STEM - EDS) trobant que els resultats dels anàlisis elementals quantitatius i qualitatius de C i N són comparables. Aplicant aquesta metodologia s'han quantificat els principals elements que constitueixen cèl·lules individuals de fitoplàncton de la Mar Catalana. Els resultats indiquen que les dinoflagel·lades contenen més C, P, S, Na, Cl i K que les diatomees per unitat de volum, mentre que les concentracions de N, O i Mg són equivalents. Com a conseqüència, l'estequiometria C:N:P també és diferent (162:21:1 en dinoflagel·lades i 129:38:1 en diatomees).Finalment al comparar l'estequiometria entre els nutrients a l'aigua i la dels organismes, s'observa que l'estacionalitat en la concentració de nutrients inorgànics, oxigen dissolt i AOU a la capa intermèdia es correspon amb la successió en la composició química i en espècies del fitoplàncton de la capa superficial, i d'acord amb la definició de la relació de Redfield es constata que l'estequiometria dels organismes és igual a la de les capes profundes de la Mar Catalana.Aquesta tesi és el primer treball que defineix rangs de concentració de nutrients inorgànics, oxigen dissolt i clorofil·la a a la Mar Catalana, utilitzant més de 100000 dades. També s'han descrit per primer cop variacions estacionals en la concentració de nutrients en capes intermèdies a la Mar Mediterrània, i tendències al llarg dels anys en la concentració de silicat i nitrit en capes superficials i d'oxigen dissolt en capes intermèdies. També és el primer treball en què s'analitza la composició elemental en cèl·lules individuals del fitoplàncton marí, provinents directament del mar, i se'n calcula l'estequiometria C:N:Si:P:S per cada organisme.Per concloure, els resultats de la tesi permeten assentar una base sòlida i esbossar la trajectòria de l'impacte del canvi global en el cicle biogeoquímic de la Mar Catalana, així com identificar alguns processos rellevants d'aquest canvi. / Living organisms are composed by chemical elements, mainly C, H, O, N, P and S. The study of these essential elements is a powerful tool for comparing different levels of biological organization. For example, it is possible to compare elemental ratios (stoichiometry) or assess fluxes and mass balances within and between organelles, cells, whole ocean basins, or even the biosphere. The aim of this thesis is to establish the ratios between these chemical elements both within and outside phytoplankton cells from the Catalan Sea part of theNW Mediterranean Sea.Oceanographic data from 28 cruises performed in the Catalan Sea between 1982 and 2003, amounting to 1361 stations, have been gathered. The Quality of each of the key variables (inorganic nutrients, dissolved oxygen and chlorophyll a) was assessed and outlyers were examined for veracity. The most important difference in the analytical nutrient methodology was the occasional use of frozen samples.Firstly, the ranges of nutrient concentrations, dissolved oxygen and chlorophyll a for the Catalan Sea, are described. Except for the phosphate and the dissolved oxygen, specific winter ranges for the other variables have to be defined, since the winter surface concentrations are particularly high due to deep water mixing. The mean concentration for the different water masses, and also the stoichiometry between nutrients and oxygen utilization (AOU) have been calculated. At 500 m, where supposedly all the organic matter has been completely remineralized, the stoichiometry is: -O2:C:N:P:Si=190:127:23:1:21.When comparing the average profiles of concentrations, obtained after the application of the quality controls, significant differences have been found between the continental shelf stations (less than 200 m of depth) and those of open sea (more than 200m): phosphate, nitrate + nitrite, silicate, and dissolved oxygen are lower in the shelf, whereas chlorophyll a and nitrite are higher. There are also seasonal variations in the surface layer (0-100 m), and in the intermediate layer (200-600 m). The analysis of the temporal trend from 1982 to 2003, shows an increase in nitrate + nitrite, silicate, density and dissolved oxygen, and a decrease in AOU in the intermediate water, whereas in the deep layer there is an increase in phosphate and nitrate + nitrite.In order to study the stoichiometry of the organisms, STEM-EDS X-ray microanalysis methodology has been adapted to a scanning electronic microscope (SEM - EDS) and a new holder for SEM has been designed. In addition an inter-calibration between the two microscopes (SEM and STEM-EDS) has been performed, showing comparable quantitative and qualitative results for C and N.Using this methodology the main chemical constituents of individual phytoplanktonic cells of the Catalan Sea have been quantified. Results suggest that dinoflagellates contain more C, P, S, Na, Cl, and K per volume than diatoms, whereas concentrations of N, O and Mg are similar. As a consequence, the stoichiometry of C:N:P is also different (162:21:1 in dinoflagellates, and 129:38:1 in diatoms). Finally, when comparing the stoichiometry between the nutrients in the water and that of the organisms, it is evident that the seasonality in the concentration of inorganic nutrients, dissolved oxygen and AOU in the intermediate water is consistent with the succession of the surface layer phytoplankton species and their chemical composition. As the Redfield ratio definition predicts, the stoichiometry of organisms in the surface layers matches that of the deep waters of the Catalan Sea.This thesis is the first study that defines ranges of inorganic nutrient concentration, dissolved oxygen and chlorophyll a in the Catalan Sea. The study is based on more than 100000 data points. Also for the first time, seasonal variations in nutrient concentrations in the intermediate waters of the western Mediterranean Sea have been described. Temporal trends in the concentrations of silicate and nitrite in surface waters, and of dissolved oxygen in intermediate layers are observed. This is also the first study in which the elemental composition of individual marine phytoplankton cells, sampled directly from the sea, has been analysed, and the first study in which the stoichiometry C:N:Si:P:S has been calculated at the organism level.In conclusion, the results of this thesis solidly establishes the boundary conditions for nutrients in the Catalan Sea; it identifies the incipient impact of global change on the biogeochemical cycles in the Catalan Sea; and develops hypotheses explaining the oceanographic processes behinds these impacts.