N2 fixation as a dominant new N source in the western tropical South Pacific Ocean (OUTPACE cruise)

• Published in: Biogeosciences
• Main Authors: CAFFIN, Mathieu, Moutin, Thierry, Foster, Rachel Ann, Bouruet-Aubertot, Pascale, Doglioli, Andrea M., BERTHELOT, Hugo, Guieu, Cécile, Grosso, Olivier, HELIAS NUNIGE, Sandra, Leblond, Nathalie, GIMENEZ, Audrey, PETRENKO, Anne, DE VERNEIL, Alain, BONNET, Sophie
• Other Authors: Institut méditerranéen d'océanologie (MIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Toulon (UTLN), Stockholm University, Interactions et Processus au sein de la couche de Surface Océanique (IPSO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2018
• Subjects: ACL; CROCOSPHAERA-WATSONII; VERTICAL FLUX; DINITROGEN-FIXATION; EXPERIMENT NEW-CALEDONIA; DIEL MIGRANT ZOOPLANKTON; NORTH-ATLANTIC OCEAN; DISSOLVED ORGANIC-CARBON; DIAZOTROPH-DERIVED NITROGEN; MEDITERRANEAN-SEA; STATION ALOHA; envir; geo; Austral; Pacific; North Atlantic
• Online Access: https://doi.org/10.5194/bg-15-2565-2018; https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01790784/file/Caffin_et_al_BG_2018a.pdf; https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01790784

We performed nitrogen (N) budgets in the photic layer of three contrasting stations representing different trophic conditions in the western tropical South Pacific (WTSP) Ocean during austral summer conditions (FebruaryMarch 2015). Using a Lagrangian strategy, we sampled the same water mass for the entire duration of each long-duration (5 days) station, allowing us to consider only vertical exchanges for the budgets. We quantified all major vertical N fluxes both entering (N-2 fixation, nitrate turbulent diffusion, atmospheric deposition) and leaving the photic layer (particulate N export). The three stations were characterized by a strong nitracline and contrasted deep chlorophyll maximum depths, which were lower in the oligotrophic Melanesian archipelago (MA, stations LD A and LD B) than in the ultra-oligotrophic waters of the South Pacific Gyre (SPG, station LD C). N-2 fixation rates were extremely high at both LD A (593 +/- 51 mu mol N m(-2) d(-1)) and LD B (706 +/- 302 mu mol N m(-2)d(-1)), and the diazotroph community was dominated by Trichodesmium. N-2 fixation rates were lower (59 +/- 16 mu mol N m(-2) d(-1)) at LD C, and the diazotroph community was dominated by unicellular N-2-fixing cyanobacteria (UCYN). At all stations, N-2 fixation was the major source of new N (> 90 %) before atmospheric deposition and upward nitrate fluxes induced by turbulence. N-2 fixation contributed circa 1318 % of primary production in the MA region and 3 in the SPG water and sustained nearly all new primary production at all stations. The e ratio (e ratio articulate carbon export / primary production) was maximum at LD A (9.7 ) and was higher than the e ratio in most studied oligotrophic regions (< 5), indicating a high efficiency of the WTSP to export carbon relative to primary production. The direct export of diazotrophs assessed by qPCR of the nifH gene in sediment traps represented up to 30.6 of the PC export at LD A, while their contribution was 5 and < 0.1 % at LD B and LD C, respectively. At the three studied ...