The flashing ratchet and unidirectional transport of matter

We study the flashing ratchet model of a Brownian motor, which consists in cyclical switching between the Fokker-Planck equation with an asymmetric ratchet-like potential and the pure diffusion equation. We show that the motor really performs unidirectional transport of mass, for proper parameters of the model, by analyzing the attractor of the problem and the stationary vector of a related Markov chain.Comment: 11 page

Variabilidad estacional y a mesoescala de algunos parámetros biológicos y químicos en relación con la hidrodinámica del canal de Ibiza (Mediterráneo occidental)

Este trabajo está basado en el análisis tridimensional a mesoescala de la relación entre la hidrodinámica y la distribución espacial de los nutrientes (nitratos), el porcentaje de saturación de oxígeno y la concentración de clorofila a, de acuerdo con los resultados obtenidos en cuatro campañas llevadas a cabo en el canal de Ibiza en noviembre de 1990, marzo de 1991 y a principios y mediados de julio de 1992. El estudio comparado de estas cuatro campañas muestra una fenomenología diversa y cambiante, aunque puede ser descrita como variación de un patrón básico consistente en la generación de un sistema ciclónico y un frente originado por el agua entrante en el canal, de procedencia atlántica, situada sobre el agua residente que sale a través de él. Este fenómeno determina la fertilización por afloramiento producido por el sistema divergencia superficial - convergencia profunda asociado al sistema frontal y al torbellino ciclónico. La variabilidad espacial detectada a mesoescala está estrechamente relacionada con las distribuciones hidrográficas y la escasa duración de algunas estructuras de dimensiones reducidas. En consecuencia, este tipo de fenomenología puede ser considerada independiente de la época del año, que condiciona principalmente los gradientes verticales y la circulación general. De acuerdo con esto, en noviembre de 1990, las concentraciones relativamente bajas de clorofila a observadas pueden estar relacionadas con fenómenos de difusión y transporte debido a la intensidad de la corriente de agua de procedencia atlántica. Por el contrario, en la campaña efectuada en marzo de 1991, parece existir un fenómeno de confinamiento del material producido en una cuña ciclónica, que queda relativamente aislada y horizontalmente comprimida por una masa de agua situada al norte de la misma que, simultáneamente, obstaculiza el avance hacia el norte del agua de procedencia atlántica. Esto puede explicar, en parte, las elevadas concentraciones de clorofila observadas en el área ciclónica. La comparación de las campañas realizadas a primeros y mediados de julio de 1992 muestra cómo un simple desplazamiento hacia el sur del sistema ciclónico puede alterar, de manera importante, tanto los aportes de nutrientes como la distribución de los máximos de clorofila. En ambos casos las elevadas, aunque discontinuas, concentraciones de clorofila registradas pueden ser causadas por un mecanismo de acumulación que abarcaría conjuntamente procesos tales como un relativamente pequeño transporte advectivo y la disminución de la velocidad de sedimentación del fitoplancton a través de la picnoclina, así como la acumulación de nutrientes debida a la compresión vertical de los afloramientos que alcanzan la picnoclina, pudiendo permitir la producción fitoplanctónica cerca de los máximos de clorofilaPublicado

Seasonal and mesoscale variability of biological and chemical parameters related to the hydrodynamics of the Ibiza Channel (western Mediterranean)

Este trabajo está basado en el análisis tridimensional a mesoescala de la relación entre la hidrodinámica y la distribución espacial de los nutrientes (nitratos), el porcentaje de saturación de oxígeno y la concentración de clorofila a, de acuerdo con los resultados obtenidos en cuatro campañas llevadas a cabo en el canal de Ibiza en noviembre de 1990, marzo de 1991 y a principios y mediados de julio de 1992. El estudio comparado de estas cuatro campañas muestra una fenomenología diversa y cambiante, aunque puede ser descrita como variación de un patrón básico consistente en la generación de un sistema ciclónico y un frente originado por el agua entrante en el canal, de procedencia atlántica, situada sobre el agua residente que sale a través de él. Este fenómeno determina la fertilización por afloramiento producido por el sistema divergencia superficial - convergencia profunda asociado al sistema frontal y al torbellino ciclónico. La variabilidad espacial detectada a mesoescala está estrechamente relacionada con las distribuciones hidrográficas y la escasa duración de algunas estructuras de dimensiones reducidas. En consecuencia, este tipo de fenomenología puede ser considerada independiente de la época del año, que condiciona principalmente los gradientes verticales y la circulación general. De acuerdo con esto, en noviembre de 1990, las concentraciones relativamente bajas de clorofila a observadas pueden estar relacionadas con fenómenos de difusión y transporte debido a la intensidad de la corriente de agua de procedencia atlántica. Por el contrario, en la campaña efectuada en marzo de 1991, parece existir un fenómeno de confinamiento del material producido en una cuña ciclónica, que queda relativamente aislada y horizontalmente comprimida por una masa de agua situada al norte de la misma que, simultáneamente, obstaculiza el avance hacia el norte del agua de procedencia atlántica. Esto puede explicar, en parte, las elevadas concentraciones de clorofila observadas en el área ciclónica. La comparación de las campañas realizadas a primeros y mediados de julio de 1992 muestra cómo un simple desplazamiento hacia el sur del sistema ciclónico puede alterar, de manera importante, tanto los aportes de nutrientes como la distribución de los máximos de clorofila. En ambos casos las elevadas, aunque discontinuas, concentraciones de clorofila registradas pueden ser causadas por un mecanismo de acumulación que abarcaría conjuntamente procesos tales como un relativamente pequeño transporte advectivo y la disminución de la velocidad de sedimentación del fitoplancton a través de la picnoclina, así como la acumulación de nutrientes debida a la compresión vertical de los afloramientos que alcanzan la picnoclina, pudiendo permitir la producción fitoplanctónica cerca de los máximos de clorofila.The interactions between the hydrodynamics and the spatial distribution of nutrients (nitrates), percentage of oxygen saturation and chlorophyll-a concentration were studied by means of a 3-D mesoscale analysis. The data were obtained from four surveys carried out in the Ibiza Channel in November 1990, March 1991 and twice in July 1992. The comparative study of the data showed a high variability due to variations of a cyclonic eddy and a frontal system caused by the incoming modified Atlantic water, layered anta the resident water that flows out of the channel. This phenomenon determined fertilisation by upwelling, as a consequence of the surface-divergence/deep-convergence system associated with the front and the cyclonic gyre. Mesoscale spatial variability was closely related to hydrographic parameters. The short life of some small-scale structures can be considered independently of the season, which mainly causes vertical gradients and general circulation. In November 1990, the relatively low chlorophyll concentrations could be related to transport and diffusion phenomena caused by the intense inflow of the Modified Atlantic Water (MAW) mass. On the other hand, in March 1991, it seems that an enclosure phenomenon was found. The material produced was accumulated in a relatively isolated cyclonic area, horizontally compressed by a northern water mass, which also obstructed the normal inflow of the MAW. This could explain the high chlorophyll concentrations observed in the cyclonic area. The comparison between the surveys carried out in early and mid-July 1992 showed how a single southward displacement of the cyclonic system could have a great impact on the intensity of nutrient inputs and the location of chlorophyll maxima. In both cases, the very high, but patchy, chlorophyll concentrations observed might have been caused by an accumulation mechanism. This mechanism could be based on a joint process involving a slight advective transport and a drop in the phytoplankton's sinking rate through the pycnocline. Also, accumulation al nutrients due to vertical compression of upwelling phenomena reaching the pycnocline may lead to some phytoplankton production near the deep chlorophyll maxima.Instituto Español de Oceanografí

Variabilidad de la clorofila a fitoplanctónica y de los nutrientes inorgánicos en aguas de la plataforma insular de las Islas Baleares

A lo largo de cuatro campañas llevadas a cabo en abril, julio y octubre de 2008 y marzo de 2009, se han tomado nuevos datos de clorofila a y nutrientes inorgánicos (nitratos, nitritos, fosfatos y silicatos), en diversas estaciones oceanográficas distribuidas en aguas de las plataformas insulares de Mallorca, Menorca e Ibiza, a tres niveles de profundidad (5, 25 y 50m o en las proximidades del fondo en algunos casos). Poniendo especial énfasis en la variabilidad estacional de la clorofila a (basada en los promedios de la zona muestreada), se ha constatado una ligera disminución de su concentración al pasar de abril a julio con un aumento hacia octubre y especialmente en marzo de 2009), en los niveles más superficiales. Los nutrientes, a excepción de los fosfatos, han mostrado un comportamiento similar aunque no siempre tan claro. Comparando los promedios globales de este ciclo estacional con los del ciclo anterior (2005-2006), se observa una disminución en algunos parámetros, así como un cierto aumento en otros, aunque, sin que existan cambios importantes que afecten al carácter, en general oligiotrófico, de estas agua

Wound-up phase turbulence in the Complex Ginzburg-Landau equation

We consider phase turbulent regimes with nonzero winding number in the one-dimensional Complex Ginzburg-Landau equation. We find that phase turbulent states with winding number larger than a critical one are only transients and decay to states within a range of allowed winding numbers. The analogy with the Eckhaus instability for non-turbulent waves is stressed. The transition from phase to defect turbulence is interpreted as an ergodicity breaking transition which occurs when the range of allowed winding numbers vanishes. We explain the states reached at long times in terms of three basic states, namely quasiperiodic states, frozen turbulence states, and riding turbulence states. Justification and some insight into them is obtained from an analysis of a phase equation for nonzero winding number: rigidly moving solutions of this equation, which correspond to quasiperiodic and frozen turbulence states, are understood in terms of periodic and chaotic solutions of an associated system of ordinary differential equations. A short report of some of our results has been published in [Montagne et al., Phys. Rev. Lett. 77, 267 (1996)].Comment: 22 pages, 15 figures included. Uses subfigure.sty (included) and epsf.tex (not included). Related research in http://www.imedea.uib.es/Nonlinea

Hysteresis and hierarchies: dynamics of disorder-driven first-order phase transformations

We use the zero-temperature random-field Ising model to study hysteretic behavior at first-order phase transitions. Sweeping the external field through zero, the model exhibits hysteresis, the return-point memory effect, and avalanche fluctuations. There is a critical value of disorder at which a jump in the magnetization (corresponding to an infinite avalanche) first occurs. We study the universal behavior at this critical point using mean-field theory, and also present preliminary results of numerical simulations in three dimensions.Comment: 12 pages plus 2 appended figures, plain TeX, CU-MSC-747

Annual variations of major oceanographic and planktonic variables at a neritic station in the Balearic Sea (1993-1994)

Seasonal variations between April 1993 and April 1994 of the major oceanographic parameters, as well as planktonic communities, of a neritic station (at 76 m) in the Balearic Sea are described. Hydrographic sampling shows a typical Western Mediterranean thermic regime, with temperatures ranging from 13.5 to 26.7 °C, and salinity values from 36.7 to 38.1 psu. During six months, a seasonal thermocline at a depth of 20-50 m conditioned all biological distribution. The winter homothermia, with typical Mediterranean waters, triggered a short but in tense fitoplanktonic bloom in the water column (1.11 µg Chl a/l) where the diatoms were most abundant, providing a zooplanktonic peak in March (5 940 indiv/m³). However, a fertilisation process appeared below the thermocline in late spring, when the phytoplankton maximum was found (1.75 µg Chl a/l), producing the highest zooplankton peak in summer (6 192 indiv/m³). Copepods were the most abundant zooplankton (62 %), although during summer other seasonal groups were also very abundant, such as cladocerans and Mollusca larvae. The estimated annual zooplankton average was 1 842 indiv/m³ and 7.34 ± 3.79 mg dry weight/m³. These oceanographic variables' variations over time highlight the short-lived, rapidly developing processes ocurring in the area, whose hydrography has a strong impact on the distribution of planktonic communities. A complex planktonic structure can be seen in this hydrological transition area between the northern and southern waters of the Western Mediterranean.Se describe el patrón de variación temporal de las principales variables oceanográficas entre abril de 1993 y abril de 1994, así como el de las comunidades de fito y zooplancton, en una estación nerítica (a 76 m) al suroeste de la isla de Mallorca. El muestreo hidrográfico permitió observar una distribución del régimen térmico típica del Mediterráneo occidental, siendo un año relativamente cálido con temperaturas que oscilaron entre 13,5 y 26,7 °C, y una salinidad entre 36,7 y 38,2 ups. Una termoclina estacional, entre 20 y 50 m de profundidad, condicionó la producción biológica durante seis meses del año, restringiendo los máximos a las capas más profundas. Durante el invierno, las aguas salinas del norte del Mediterráneo que se registraron en la zona originaron un corto pero importante florecimiento fitoplanctónico (1,11 µg de Cl a/l), lo que condicionó un pico de zooplancton (5 450 indiv/m³) a comienzos de marzo. El máximo valor de fitoplancton, sin embargo, se detectó a finales de la primavera debajo de la termoclina (1,75 µg de Cl a/l), dando lugar al máximo zooplanctónico anual en el periodo estival (6 192 indiv/m³). El grupo de los copépodos fue predominante (62 %) siendo máximo en invierno (98 %) y mínimo en verano (40 %) cuando otros grupos, como cladóceros y larvas de moluscos, aumentaron en número considerablemente. El valor medio se estimó en 1 842 indiv/m³, con una biomasa de 7,34 ± 3,79 mg peso seco/m³. Se pone de manifiesto la importancia de procesos cortos y rápidos en el desarrollo de los picos de abundancia planctónica, resaltando la enorme complejidad estructural de sus comunidades fuertemente influidas por la zona de transición hidrológica en que nos encontramos, entre aguas del norte y sur del Mediterráneo occidental.Instituto Español de Oceanografí