Impact of climate change and ocean acidification on the marine

Impact of climate change and ocean acidification on the marine nitrogen cycle
Abstract
The marine nitrogen cycle is responsible of two climate feedbacks in the Earth System.
Firstly, it modulates the fixed nitrogen pool available for phytoplankton growth and hence it
modulates in part the strength of the biological pump, one of the mechanisms contributing to
the oceanic uptake of anthropogenic CO2. Secondly, the nitrogen cycle produces a powerful
greenhouse gas and ozone (O3) depletion agent called nitrous oxide (N2O). Future changes of
the nitrogen cycle in response to global warming, ocean deoxygenation and ocean
acidification are largely unknown. Processes such as N2-fixation, nitrification, denitrification
and N2O production will experience changes under the simultaneous effect of these three
stressors. Global ocean biogeochemical models allow us to study such interactions. Using
NEMO-PISCES and the CMIP5 model ensemble we project changes in year 2100 under the
business-as-usual high CO2 emissions scenario in global scale N2-fixation rates, nitrification
rates, N2O production and N2O sea-to-air fluxes adding CO2 sensitive functions into the
model parameterizations. Second order effects due to the combination of global warming in
tandem with ocean acidification on the fixed nitrogen pool, primary productivity and N2O
radiative forcing feedbacks are also presented.
Résumé
Le cycle océanique de l'azote est à l'origine de deux rétro-actions climatiques au sein du
système terre. D'une part, il participe au contrôle du réservoir d'azote fixé disponible au
développement du phytoplancton et à la modulation de la pompe biologique, un des
mécanismes de séquestration du carbone anthropique. D'autre part, le cycle de l'azote produit
un gaz à effet de serre et destructeur d'ozone, le protoxyde d'azote (N2O). L'évolution future
du cycle de l'azote sous l'influence du réchauffement climatique, de la désoxygénation et de
l'acidification des océans reste une question ouverte. Les processus tels que la fixation d'azote,
la dénitrification et la production de protoxyde d'azote seront modifiés sous l'influence
conjuguée de ces trois stresseurs. Ces interactions peuvent être évaluées grâce aux modèles
globaux de biogéochimie marine. Nous utilisons NEMO-PISCES et l'ensemble des modèles
CMIP5 pour projeter les modifications des taux de fixation d'azote, de nitrification, de
production et des flux air-mer de N2O à l'horizon de 2100 en réponse au scénario 'business-as-
usual'. Les effets liés à l'action combinée du réchauffement climatique et de l'acidification des
océans sur le réservoir d'azote fixé, la production primaire et la rétro-action sur le bilan
radiatif sont également presentés.