N 2 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)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), 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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), 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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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)-Université Paris Diderot - 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), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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 Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), LEFE-CyBER programme, GOPS programme, CNES (BC T23, ZBC 4500048836), ANR-14-CE01-0007,OUTPACE,Sequestration océanique du CO2 et fixation d'azote atmosphérique dans l'océan oligotrophe (campagne océanographique OUTPACE).(2014)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2018
• Subjects: ACL; STATION ALOHA; CROCOSPHAERA-WATSONII; VERTICAL FLUX; EXPERIMENT NEW-CALEDONIA; DIEL MIGRANT ZOOPLANKTON; NORTH-ATLANTIC OCEAN; DINITROGEN-FIXATION; MEDITERRANEAN-SEA; DISSOLVED ORGANIC-CARBON; DIAZOTROPH-DERIVED NITROGEN; [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean; Atmosphere; [SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology; North Atlantic
• Online Access: https://hal.science/hal-01790784; https://hal.science/hal-01790784/document; https://hal.science/hal-01790784/file/Caffin_et_al_BG_2018a.pdf; https://doi.org/10.5194/bg-15-2565-2018

International audience 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, ...