A substantial amount of atmospheric carbon taken up on land is transported laterally from upland terrestrial ecosystems to the ocean. A synthesis of the available literature suggests that human activities have significantly increased soil carbon inputs to inland waters, but have only slightly affected carbon delivery to the open ocean. A substantial amount of the atmospheric carbon taken up on land through photosynthesis and chemical weathering is transported laterally along the aquatic continuum from upland terrestrial ecosystems to the ocean. So far, global carbon budget estimates have implicitly assumed that the transformation and lateral transport of carbon along this aquatic continuum has remained unchanged since pre-industrial times. A synthesis of published work reveals the magnitude of present-day lateral carbon fluxes from land to ocean, and the extent to which human activities have altered these fluxes. We show that anthropogenic perturbation may have increased the flux of carbon to inland waters by as much as 1.0 Pg C yr−1 since pre-industrial times, mainly owing to enhanced carbon export from soils. Most of this additional carbon input to upstream rivers is either emitted back to the atmosphere as carbon dioxide (∼0.4 Pg C yr−1) or sequestered in sediments (∼0.5 Pg C yr−1) along the continuum of freshwater bodies, estuaries and coastal waters, leaving only a perturbation carbon input of ∼0.1 Pg C yr−1 to the open ocean. According to our analysis, terrestrial ecosystems store ∼0.9 Pg C yr−1 at present, which is in agreement with results from forest inventories but significantly differs from the figure of 1.5 Pg C yr−1 previously estimated when ignoring changes in lateral carbon fluxes. We suggest that carbon fluxes along the land–ocean aquatic continuum need to be included in global carbon dioxide budgets.

Abstract Over the past decade, estimates of the atmospheric CO 2 uptake by continental shelf seas were constrained within the 0.18–0.45 Pg C yr −1 range. However, most of those estimates are based on extrapolations from limited data sets of local flux measurements ( n < 100). Here we propose to derive the CO 2 air‐sea exchange of the shelf seas by extracting 3 · 10 6 direct surface ocean CO 2 measurements from the global database SOCAT (Surface Ocean CO 2 Atlas), atmospheric CO 2 values from GlobalVIEW and calculating gas transfer rates using readily available global temperature, salinity, and wind speed fields. We then aggregate our results using a global segmentation of the shelf in 45 units and 152 subunits to establish a consistent regionalized CO 2 exchange budget at the global scale. Within each unit, the data density determines the spatial and temporal resolutions at which the air‐sea CO 2 fluxes are calculated and range from a 0.5° resolution in the best surveyed regions to a whole unit resolution in areas where data coverage is limited. Our approach also accounts, for the first time, for the partial sea ice cover of polar shelves. Our new regionalized global CO 2 sink estimate of 0.19 ± 0.05 Pg C yr −1 falls in the low end of previous estimates. Reported to an ice‐free surface area of 22 · 10 6 km 2 , this value yields a flux density of 0.7 mol C m −2 yr −1 , ~40% more intense than that of the open ocean. Our results also highlight the significant contribution of Arctic shelves to this global CO 2 uptake (0.07 Pg C yr −1 ).

Abstract Net primary production (NPP) is the foundation of the oceans’ ecosystems and the fisheries they support. In the Arctic Ocean, NPP is controlled by a complex interplay of light and nutrients supplied by upwelling as well as lateral inflows from adjacent oceans and land. But so far, the role of the input from land by rivers and coastal erosion has not been given much attention. Here, by upscaling observations from the six largest rivers and using measured coastal erosion rates, we construct a pan-Arctic, spatio-temporally resolved estimate of the land input of carbon and nutrients to the Arctic Ocean. Using an ocean-biogeochemical model, we estimate that this input fuels 28–51% of the current annual Arctic Ocean NPP. This strong enhancement of NPP is a consequence of efficient recycling of the land-derived nutrients on the vast Arctic shelves. Our results thus suggest that nutrient input from the land is a key process that will affect the future evolution of Arctic Ocean NPP.

Abstract. Nitrous oxide (N2O) is a long-lived potent greenhouse gas and stratospheric ozone-depleting substance that has been accumulating in the atmosphere since the preindustrial period. The mole fraction of atmospheric N2O has increased by nearly 25 % from 270 ppb (parts per billion) in 1750 to 336 ppb in 2022, with the fastest annual growth rate since 1980 of more than 1.3 ppb yr−1 in both 2020 and 2021. According to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC AR6), the relative contribution of N2O to the total enhanced effective radiative forcing of greenhouse gases was 6.4 % for 1750–2022. As a core component of our global greenhouse gas assessments coordinated by the Global Carbon Project (GCP), our global N2O budget incorporates both natural and anthropogenic sources and sinks and accounts for the interactions between nitrogen additions and the biogeochemical processes that control N2O emissions. We use bottom-up (BU: inventory, statistical extrapolation of flux measurements, and process-based land and ocean modeling) and top-down (TD: atmospheric measurement-based inversion) approaches. We provide a comprehensive quantification of global N2O sources and sinks in 21 natural and anthropogenic categories in 18 regions between 1980 and 2020. We estimate that total annual anthropogenic N2O emissions have increased 40 % (or 1.9 Tg N yr−1) in the past 4 decades (1980–2020). Direct agricultural emissions in 2020 (3.9 Tg N yr−1, best estimate) represent the large majority of anthropogenic emissions, followed by other direct anthropogenic sources, including fossil fuel and industry, waste and wastewater, and biomass burning (2.1 Tg N yr−1), and indirect anthropogenic sources (1.3 Tg N yr−1) . For the year 2020, our best estimate of total BU emissions for natural and anthropogenic sources was 18.5 (lower–upper bounds: 10.6–27.0) Tg N yr−1, close to our TD estimate of 17.0 (16.6–17.4) Tg N yr−1. For the 2010–2019 period, the annual BU decadal-average emissions for both natural and anthropogenic sources were 18.2 (10.6–25.9) Tg N yr−1 and TD emissions were 17.4 (15.8–19.20) Tg N yr−1. The once top emitter Europe has reduced its emissions by 31 % since the 1980s, while those of emerging economies have grown, making China the top emitter since the 2010s. The observed atmospheric N2O concentrations in recent years have exceeded projected levels under all scenarios in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6), underscoring the importance of reducing anthropogenic N2O emissions. To evaluate mitigation efforts and contribute to the Global Stocktake of the United Nations Framework Convention on Climate Change, we propose the establishment of a global network for monitoring and modeling N2O from the surface through to the stratosphere. The data presented in this work can be downloaded from https://doi.org/10.18160/RQ8P-2Z4R (Tian et al., 2023).