1. The Impact of Variable Phytoplankton Stoichiometry on Projections of Primary Production, Food Quality, and Carbon Uptake in the Global Ocean
- Author
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Laurent Bopp, Philippe Ciais, Lester Kwiatkowski, Olivier Aumont, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] ( LSCE ), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Nucleus for European Modeling of the Ocean ( NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques ( LOCEAN ), Muséum National d'Histoire Naturelle ( MNHN ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Muséum National d'Histoire Naturelle ( MNHN ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) ( LMD ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -École polytechnique ( X ) -École des Ponts ParisTech ( ENPC ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ), European Project : 610028,EC:FP7:ERC,ERC-2013-SyG,IMBALANCE-P ( 2014 ), European Project : 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO ( 2015 ), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), 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)), 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)-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 - 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)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), ICOS-ATC (ICOS-ATC), 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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Project: 610028,EC:FP7:ERC,ERC-2013-SyG,IMBALANCE-P(2014), European Project: 641816,H2020,H2020-SC5-2014-two-stage,CRESCENDO(2015), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), 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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- Subjects
[ SDU.OCEAN ] Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere ,0106 biological sciences ,Atmospheric Science ,Biogeochemical cycle ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,Climate change ,ocean carbon uptake ,food quality ,Atmospheric sciences ,01 natural sciences ,Ocean gyre ,Phytoplankton ,[ SDU.ENVI ] Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment ,Environmental Chemistry ,14. Life underwater ,[SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment ,0105 earth and related environmental sciences ,General Environmental Science ,Redfield ratio ,[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere ,Global and Planetary Change ,geography ,variable stoichiometry ,geography.geographical_feature_category ,010604 marine biology & hydrobiology ,Carbon sink ,Primary production ,Biogeochemistry ,ocean biogeochemistry ,13. Climate action ,Environmental science ,primary production - Abstract
International audience Ocean biogeochemical models are integral components of Earth system models used to project the evolution of the ocean carbon sink, as well as potential changes in the physical and chemical environment of marine ecosystems. In such models the stoichiometry of phytoplankton C:N:P is typically fixed at the Redfield ratio. The observed stoichiometry of phytoplankton, however, has been shown to considerably vary from Redfield values due to plasticity in the expression of phytoplankton cell structures with different elemental compositions. The intrinsic structure of fixed C:N:P models therefore has the potential to bias projections of the marine response to climate change. We assess the importance of variable stoichiometry on 21st century projections of net primary production, food quality, and ocean carbon uptake using the recently developed Pelagic Interactions Scheme for Carbon and Ecosystem Studies Quota (PISCES‐QUOTA) ocean biogeochemistry model. The model simulates variable phytoplankton C:N:P stoichiometry and was run under historical and business‐as‐usual scenario forcing from 1850 to 2100. PISCES‐QUOTA projects similar 21st century global net primary production decline (7.7%) to current generation fixed stoichiometry models. Global phytoplankton N and P content or food quality is projected to decline by 1.2% and 6.4% over the 21st century, respectively. The largest reductions in food quality are in the oligotrophic subtropical gyres and Arctic Ocean where declines by the end of the century can exceed 20%. Using the change in the carbon export efficiency in PISCES‐QUOTA, we estimate that fixed stoichiometry models may be underestimating 21st century cumulative ocean carbon uptake by 0.5–3.5% (2.0–15.1 PgC).
- Published
- 2018