Decrease of nutrients in the upper northwestern Pacific Ocean: Analysis of 40-year observational data

Abstract

The Kuroshio current, passing through the northwestern Pacific Ocean, transports heat and nutrients in the subtropical North Pacific and its various marginal seas. Previous studies have reported that the increasing anthropogenic input into the North Pacific has led to increase in the budget of nitrogen (N) in the ocean. Conversely, other studies have reported that enhanced surface stratification from climate change has caused decreased surface nutrient concentrations in the region. The present study shows that nutrient concentrations in the Kuroshio current have decreased strikingly in the upper ocean (0-850 m) over the last four decades. Observational data compiled over 37 years (from 1980 to 2017) was utilized to identify the long-term trends in nutrients in the upper ocean and to suggest the mechanism for this change. Surface (0-100 m) nutrient concentration declines are revealed to have mainly resulted from subsurface (100-850 m) nutrient reservoir decreases that is associated with the physical regime shift in the region rather than the previously presumed surface water stratification or mixed layer shoaling. The ongoing depletion of nutrients in the upper 850 m of the Kuroshio current seems to extend to the entire Kuroshio system that includes the subtropical North Pacific and its marginal seas. The consequences of these changes include ~30% depression in new production and decreased N:P ratio in the surface. Thus, marine desertification of the northwestern Pacific Ocean seems to be occurring with implications of decreased carbon sequestration, extended impacts on fishery productivity, and ecological shifts toward greatly N-limited environments in the region.

북서태평양을 통과하는 쿠로시오 해류는 아열대 북태평양과 그 주변 해역에 열과 영양염을 운반한다. 이전 연구에 의하면 북태평양에서 인류 기원 영양염 유입의 증가에 의해 해양의 질소 (N) 층량이 증가했다고 하는 반면에 기후변화로 인해 강화된 표면 성층화 현상이 해당 지역의 표층 영양염 농도 감소 추세를 야기했다는 상반된 결과도 보고되었다. 본 연구는 37 년에 (1980-2017 년) 걸쳐 집계된 관측 자료를 활용해 상층 해역 (0-850 m) 영양염의 장기적인 경향을 파악하고 이러한 변화의 원인을 제시하였다. 연구 결과 쿠로시오 해류의 영양염 농도는 지난 약 40년 동안 해역의 상층부에서 (0-850 m) 현저하게 감소하였다. 특히 표층 (0-100 m) 영양염 농도 감소는 기존에 추정된 표면 성층화 또는 혼합층 깊이의 감소보다 북서태평양의 물리적 체제 변화와 관련된 아표층 (100-850 m) 영양염의 감소에 주로 기인한 것으로 밝혀졌다. 쿠로시오 해류 상층부에서의 지속적 감소 현상은 아열대성 북태평양과 그 주변 해역을 모두 포함하는 쿠로시오 시스템 전체에서 발생하고 있는 것으로 보이며, 이러한 변화로 해당 해역의 신생산량의 약 30% 감소와 표층 N:P 비율의 감소가 나타났다. 따라서, 북서태평양의 빈영양화 현상은 탄소의 심층 저장량의 감소, 어업 생산성에 대한 영향, 그리고 아주 N이 제한된 환경으로의 생태적 변화까지 발생시킬 것으로 보인다.