Patterns in ocean metabolism: rates, balance and controls

Abstract

[eng] The balance between the gross primary production (GPP) and the community respiration (CR) in oceanic ecosystems has been the subject of much discussion and controversy in the scientific community. The expanded observational basis resulting from these debates provided an opportunity to elucidate patterns in the metabolic balance in the Ocean, including examination of the magnitude of the differences in rates derived by different methods and describe the scaling among different metrics of plankton metabolic rates, evaluate regional and global variability in plankton metabolism and determine the threshold gross primary production separating heterotrophic from autotrophic communities. We analyse also here environmental parameters such as irradiance or water temperature that play an important role in controlling the metabolic balance of planktonic communities. We show here that the metabolism of plankton communities varies greatly across different oceanic regions with heterotrophic plankton communities more prevalent in the continental shelf consistent with high allochthonous inputs to the coastal ocean. The existence of a threshold of GPP of, on average 1.1 mmol O2 m-3 d-1 , separating less productive from more productive is exposed also here, providing evidence that less productive planktonic communities tend to be net heterotrophic. We report also in this work the evidence that the compensation depth for plankton community metabolism averages 36 ± 9 m. Furthermore, a threshold temperature of 23.5 ºC has been exposed here for a P/R ratio of 1, indicative of metabolic balance. The results presented in this dissertation reveal, in summary, important patterns of metabolic balance for planktonic communities across the ocean, their rates and controls. Continuing to explore the oceans and evaluating the metabolic balance of their planktonic communities is fundamental considering the major role planktonic community play in the global carbon cycle.

[cat] L'equilibri entre la producció primària bruta (GPP) i la respiració de la comunitat (CR) en els ecosistemes oceànics ha estat objecte de molta discussió i controvèrsia en la comunitat científica. L’àmplia base d'observació resultant d'aquests debats ens proporciona l'oportunitat d'aclarir els patrons en l'equilibri metabòlic a l'oceà, inclòs l’estudi de la magnitud de les diferències en les taxes obtingudes per diferents mètodes i descriure l'escala entre els diferents mesures de taxes metabòliques de plàncton, avaluar la variabilitat regional i global en el metabolisme del plàncton i determinar el llindar que separa la producció primària bruta de les comunitats heterotròfiques i autotròfiques i la irradiància llindar necessària per equilibrar la producció primària i la respiració. S'analitzen també els paràmetres ambientals com ara la llum o la temperatura de l'aigua que juguen un paper important en el control de l'equilibri metabòlic de les comunitats planctòniques. Hem demostrat que el metabolisme de les comunitats planctòniques varia enormement entre diferents regions oceàniques. Les comunitats de plàncton heteròtrofes són freqüents a la plataforma continental de conformitat amb elevada aportació alòctona a l'oceà costaner. L'existència d'un llindar de GPP de mitjana 1.1 mmol O2 m-3 d-1 , que separa els menys productius dels més productius s'exposa també aquí, proporcionant evidència que les comunitats planctòniques menys productivess tendeixen a ser netament hetertròfiques. Es presenta també en aquest treball l'evidència que la profunditat de compensació pel metabolisme de la comunitat de plàncton és de 36 ± 9 m. D'altra banda, un llindar de temperatura de 23.5 º C s'ha exposat aquí per obtenir una relació P / R de 1, indicatiu de balanç metabòlic. Els resultats presentats en aquesta tesi revelen, en resum, importsants patrons d'equilibri metabòlic important per a les comunitats planctòniques a través de l'oceà, els seus tipus i controls. Continuar estudiant els oceans i l'avaluació del balanç metabòlic de les seves comunitats planctòniques és fonamental considerant l'important paper que juga la comunitat planctònica en el cicle global del carboni.

[fra] L’équilibre entre la production primaire brute (GPP) et la respiration (CR) de la communauté planctonique dans les écosystèmes océaniques a fait l’objet de multiples discussions et de controverses au sein de la communauté scientifique. La large base de données provenant de ces débats a permis d’élucider les tendances de l’équilibre métabolique dans l’océan qui inclut l’examen de l’ampleur des différences au sein des taux métaboliques dûes à différentes méthodes, la description de l’échelle de différence des taux du métabolisme planctonique, l’évaluation de la variation régionale et globale du métabolisme, la détermination de la limite de GPP séparant les communautés hétérotrophes d’autotrophes. On a analysé également dans ce travail les paramètres environnementaux telle que la lumière et la température de l’eau qui jouent un rôle important dans le contrôle de l’équilibre métabolique de la communauté planctonique. On a montré que le métabolisme de la communauté planctonique varie de manière importante le long des différentes régions océaniques où les communautés planctoniques hétérotrophes sont plus répandues sur le plateau continental en accord avec les forts apports allochtones de l’océan côtier. L’existence d’une limite de GPP, en moyenne de 1.1 mmol O2 m-3 d-1 , séparant les communautés moins productives des plus productives a été exposée ici, apportant l’évidence que les communautés planctonique les moins productives tendent à être hétérotrophes. On a rapporté également dans ce travail l’évidence que la profondeur de compensation pour la communauté planctonique environnée 36 ± 9 m. De plus, une limite de température de 23.5 ºC a été montrée ici pour un rapport P/R de 1, indiquant un équilibre métabolique. Les résultats présentés dans ce manuscrit révèlent, en résumé, d’importantes tendances de l’équilibre métabolique de la communauté planctonique au travers les océans, leurs taux et leurs contrôles. L’exploration des océans et l’évaluation de l’équilibre métabolique des communautés planctoniques sont fondamentales si on considère le rôle majeur de la communauté planctonique dans le cycle global du carbone.