Percampuran Turbulen dan Perannya Terhadap Fluks Nutrien di Perairan Barat Daya Laut Arafura

Abstract

Percampuran turbulen memiliki peran penting dalam mengatur suplai nutrien dan produktivitas perairan di wilayah Indonesia. Namun, mekanisme yang mengontrol proses pencampuran di kawasan perairan barat daya Laut Arafura masih belum dilakukan penelitian, terutama pada wilayah dengan pengaruh topografi slope yang curam. Kondisi ini menimbulkan interaksi pasang surut internal yang berpotensi meningkatkan turbulensi dan memengaruhi ketersediaan nutrien pada lapisan perairan dalam. Penelitian ini dilakukan untuk melihat kekuatan percampuran turbulen serta perannya terhadap fluks nutrien pada berbagai zona topografi, yaitu laut lepas, slope, dan shallow shelf di perairan barat daya Laut Arafura. Data oseanografi dikumpulkan melalui pengukuran CTD dan model keluaran dari Copernicus Marine Environment Monitoring (CMEM) yang meliputi parameter suhu laut, arus, nutrien (nitrat dan fosfat), klorofil-a, dan oksigen. Stratifikasi ditentukan menggunakan bouyancy frekuensi (N²), sedangkan parameter stabilitas dievaluasi melalui bilangan Richardson dan Turner Angle. Laju disipasi turbulen (e) serta difusivitas vertikal densitas (K?) dihitung menggunakan metode perhitungan overturn Thorpe. Peran pasang internal dianalisis melalui permodelan Raypath komponen pasang M2 dan evaluasi kondisi pasang saat pengambilan data. Perhitungan fluks nutrien dilakukan pada beberapa stasiun dengan menggabungkan gradien vertikal nitrat dan nilai K? yang diperoleh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa zona termoklin pada kedalaman 50–200 m berfungsi sebagai penghalang pencampuran pada area laut lepas dan perairan dangkal, dengan nilai K? yang cenderung rendah atau <10?4 m² s?¹. Sebaliknya, pada wilayah slope ditemukan percampuran yang lebih intens akibat stratifikasi yang melemah pada kedalaman 600–1000 m, sehingga memicu terbentuknya overturn berukuran besar disertai peningkatan laju disipasi turbulen hingga mencapai orde 10?7–10?8 W kg?¹ serta difusivitas yang lebih tinggi. Peningkatan fluks nitrat terutama teramati pada lapisan penyokong nutrien (NRL), meskipun nilai K? pada lapisan pemanfaatan nutrien (NDL) relatif lebih besar, yang menunjukkan bahwa fluks nutrien lebih dipengaruhi oleh besarnya gradien konsentrasi nutrien dibandingkan oleh intensitas percampuran. Pola peningkatan turbulensi ini juga sejalan dengan penguatan pasang internal yang dipantulkan oleh topografi supercritical, mengindikasikan peran dominan interaksi pasang internal–topografi sebagai hotspot turbulen di slope. Temuan ini menunjukkan bahwa slope di perairan barat daya Laut Arafura berfungsi sebagai hotspot percampuran turbulen yang berperan dalam mendukung suplai nutrien. Penelitian lanjutan perlu dilakukan dengan data observasi arus untuk menelusuri jalur energi pasang internal serta implikasinya terhadap dinamika ekosistem laut secara lebih komprehensif.

Turbulent mixing plays a crucial role in regulating nutrient supply and marine productivity in Indonesian waters. However, the mechanisms controlling mixing in the southwestern Arafura Sea remain poorly investigated, particularly in regions strongly influenced by steep slope topography. Such bathymetric conditions can induce internal tide–topography interactions that enhance turbulence and influence nutrient availability in deeper water layers. This study aims to assess the strength of turbulent mixing and its contribution to nutrient fluxes across different topographic regimes—offshore, slope, and shallow-shelf areas of the southwestern Arafura Sea. Oceanographic data were collected from CTD measurements and Copernicus Marine Environment Monitoring (CMEM) model outputs, including temperature, currents, nutrients (nitrate and phosphate), chlorophyll-a, and dissolved oxygen. Stratification was examined using buoyancy frequency (N²), while stability parameters were evaluated through the Richardson number and Turner angle. Turbulent dissipation rate (e) and vertical diffusivity of density (K?) were estimated using the Thorpe-scale overturn method. The role of internal tides was analyzed through M2 tidal Raypath modeling and by assessing tidal phase conditions during CTD sampling. Nutrient fluxes were calculated at selected stations by combining vertical nitrate gradients with K? values. The results show that the thermocline zone at depths of 50–200 m acts as a barrier to vertical mixing in offshore and shallow shelf regions, with generally low K? values (<10?4 m² s?¹). In contrast, more intense mixing was observed over the slope region due to weakened stratification at depths of 600–1000 m, leading to the formation of large-scale overturns accompanied by enhanced turbulent dissipation rates on the order of 10?7–10?8 W kg?¹ and higher diffusivity. Enhanced nitrate fluxes were primarily observed in the nutrient repleted layer (NRL), despite relatively higher K? values in the nutrient depleted layer (NDL), indicating that nutrient fluxes are more strongly controlled by the magnitude of nutrient concentration gradients than by mixing intensity alone. This enhancement in turbulence is consistent with intensified internal tides reflected by supercritical topography, highlighting the dominant role of internal tide–topography interactions in generating turbulent hotspots over the slope. These findings demonstrate that the slope waters of the southwestern Arafura Sea act as a turbulent mixing hotspot that enhances nutrient supply to subsurface layers. Improved understanding of these processes is critical for examining biogeochemical variability and productivity in the region. Further investigations incorporating long-term current observations are required to better resolve internal tide energy pathways and their broader implications for marine ecosystem dynamics.