201. An estimate of thorium 234 partition coefficients through global inverse modeling
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Laurent Mémery, Olivier Aumont, Guillaume Le Gland, Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin (LEMAR) (LEMAR), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-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), 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 - 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 - 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)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), ANR-10-LABX-0019,LabexMER,LabexMER Marine Excellence Research: a changing ocean(2010), ANR-17-CE32-0008,CIGOEF,Impacts des changements climatiques sur les écosystèmes et les pêcheries océaniques globaux.(2017), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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), ANR-10-LABX-0019/10-LABX-0019,LabexMER,LabexMER Marine Excellence Research: a changing ocean(2010), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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)), and 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)
- Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences ,chibido ,Geotraces ,small phytoplankton ,chemistry.chemical_element ,Mineralogy ,[PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph] ,particle flux ,inverse modeling ,Biogenic silica ,Oceanography ,partition coefficient ,01 natural sciences ,upper ocean export ,surface waters ,vertical flux ,Geochemistry and Petrology ,Earth and Planetary Sciences (miscellaneous) ,thorium 234 ,14. Life underwater ,Diffusion (business) ,[SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography ,0105 earth and related environmental sciences ,poc fluxes ,Advection ,particulate organic-carbon ,ACL ,biological carbon pump ,Particulates ,north ,particle-flux ,biological carbon ,Partition coefficient ,Geophysics ,chemistry ,13. Climate action ,Space and Planetary Science ,Th-234/U-238 disequilibrium ,[SDE]Environmental Sciences ,pump ,Environmental science ,Particle ,spatial variability ,[SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology ,Carbon - Abstract
32 pages, 14 figures, 3 tables, 2 appendixes, supporting Information https://doi.org/10.1029/2018JC014668.-- The source code of NEMO is available on the NEMO website (http://www. nemo-ocean.eu). The GlobColour data (http://globcolour.info) used in this study has been developed, validated, and distributed by ACRI-ST, France. The data used in this study, together with the studies they come from, are listed in the supporting information, Thorium‐234 (234Th), an insoluble radioisotope scavenged by marine particles, can be used as a proxy of the biological carbon pump. Thorium‐234 observations can constrain biogeochemical models, but a necessary first step is to estimate the poorly known partition coefficients between particulate and dissolved phases. In this study, the 234Th partition coefficients for five particle types, differing in size and chemical composition, are estimated by fitting a global 3‐D 234Th model based on the coupled ocean general circulation‐biogeochemistry model NEMO‐PISCES (at a resolution of 2°) to a global 234Th data set (including GEOTRACES data). Surface partition coefficients are estimated between 0.79 and 16.7×106. Biogenic silica has the smallest partition coefficients. Small particulate organic carbon and lithogenic dust have the largest. Thorium‐234 observations at depth cannot be recovered without allowing partition coefficients to increase by one order of magnitude from surface to 1,000 m deep. In our time‐dependent global 3‐D model, the biases introduced by three common assumptions made in biological carbon pump studies can be quantified. First, using the C:234Th ratio of large particles alone leads to an overestimation of carbon export at the base of the euphotic layer, by up to a factor 2. Furthermore, assuming steady state and neglecting transport by advection and diffusion can bias fluxes by as much as 50%, especially at high latitudes and in upwellings, with a sign and intensity depending on the season, This work is part of the first author's PhD, supported by the “Laboratoire d'Excellence” LabexMER (ANR-10-LABX-19) and cofunded by a grant from the French government under the program “Investissements d'Avenir”, by a grant from the Regional Council of Brittany and by project ANR CIGOEF
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- 2019
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