Upper Water Column Nitrous Oxide Distributions in the Northeast Subarctic Pacific Ocean

Abstract

This is the first study to investigate the magnitude and distribution of N2O concentrations along the Line P oceanographic transect in the Northeast (NE) subarctic Pacific Ocean. Concentrations of N2O were measured from the surface to 600 m depth at five stations between 126°W and 145°W. Although nitrification within the mixed layer may produce some N2O, we conclude that mixing and diffusion processes, which vertically transport N2O upwards from below the mixed layer, are the primary sources of N2O to the surface waters of the NE subarctic Pacific Ocean. Below the mixed layer, nitrification appears to be the dominant source of N2O, and based on correlations of excess N2O (ΔN2O) versus apparent oxygen utilization and NO3 − concentrations, we estimated that the N2O yield from nitrification was approximately 0.028 to 0.040%. The longitudinal distributions of N2O concentrations below the mixed layer were variable and we consider the potential role that different transiting water masses may play in contributing to this variability. Finally, we estimated that the regional average sea-to-air N2O flux was 4.37 mol of N2O km−2 d−1, a value which is approximately four times that of the global average seawater-to-air flux rate. Our N2O yield estimates are within the range of those expected under oxic conditions, leading us to conclude that decreasing dissolved O2 concentrations in the NE subarctic Pacific Ocean, and the water masses that influence this region, over the past 50 years have yet to produce a substantial increase in N2O production. Given the expectation that dissolved O2 concentrations in the subarctic Pacific Ocean will continue to decrease during this century, this study has provided an important baseline from which future studies will be able to track changes in seawater N2O concentrations and fluxes to the atmosphere. [Traduit par la rédaction] La présente étude est la première à s'intéresser à la valeur et à la distribution des concentrations de N2O le long du transect océanographique de la ligne P dans le Pacifique Nord-Est subarctique. Les concentrations de N2O ont été mesurées de la surface jusqu’à une profondeur de 600 m à cinq stations entre 126°O et 145°O. Bien que la nitrification à l'intérieur de la couche de mélange puisse produire du N2O, nous concluons que le mélange et les processus de diffusion, qui transportent verticalement le N2O vers le haut à partir d'en dessous de la couche de mélange, sont les sources principales de N2O pour les eaux de surface du Pacifique Nord-Est subarctique. En dessous de la couche mélange, la nitrification semble être la principale source de N2O, et d'après les corrélations de l'excès de N2O (ΔN2O) par rapport à l'utilisation apparente d'oxygène et aux concentrations de NO3 −, nous avons estimé que le rendement en N2O de la nitrification était approximativement de 0,028 à 0,040%. Les distributions longitudinales des concentrations de N2O en dessous de la couche de mélange étaient variables et nous considérons le rôle possible que des différentes masses d'eau transitoires peuvent avoir à jouer dans cette variabilité. Finalement, nous avons estimé que la moyenne régionale du flux mer–air de N2O était de 4,37 moles de N2O km−2 j−1, une valeur qui est environ quatre fois celle du taux planétaire moyen du flux eau de mer–air. Nos estimations du rendement en N2O sont de l'ordre de celles attendues dans des conditions oxyques, ce qui nous amène à conclure que la diminution des concentrations d'oxygène dissout dans le Pacifique Nord–Est subarctique, et dans les masses d'eau qui influencent cette région, au cours des cinquante dernières années ont encore à produire une augmentation substantielle de production de N2O. Étant donné qu'on s'attend à ce que les concentrations d'oxygène dissout dans le Pacifique subarctique continuent à diminuer durant le présent siècle, cette étude a fourni une importante base de référence à partir de laquelle de futures études pourront suivre les changements dans les concentrations de N2O dans l'eau de mer et dans ses flux vers l'atmosphère.