Measurements of air‐sea gas exchange rates are reported from two deliberate tracer experiments in the southern North Sea during February 1992 and 1993. A conservative tracer, spores of the bacterium Bacillus globigii var. Niger , was used for the first time in an in situ air‐sea gas exchange experiment. This nonvolatile tracer is used to correct for dispersive dilution of the volatile tracers and allows three estimations of the transfer velocity for the same time period. The first estimation of the power dependence of gas transfer on molecular diffusivity in the marine environment is reported. This allows the impact of bubbles on estimates of the transfer velocity derived from changes in the helium/sulphur hexafluoride ratio to be assessed. Data from earlier dual tracer experiments are reinterpreted, and findings suggest that results from all dual tracer experiments are mutually consistent. The complete data set is used to test published parameterizations of gas transfer with wind speed. A gas ex‐ change relationship that shows a dependence on wind speed intermediate between those of Liss and Merlivat [1986] and Wanninkhof [1992] is found to be optimal. The dual tracer data are shown to be reasonably consistent with global estimates of gas exchange based on the uptake of natural and bomb‐derived radiocarbon. The degree of scatter in the data when plotted against wind speed suggests that parameters not scaling with wind speed are also influencing gas exchange rates.

A patch of sulfur hexafluoride was released in May 1992 in the eastern North Atlantic on an isopycnal surface near 300 m depth and was surveyed over a period of 30 months as it dispersed across and along isopycnal surfaces. The diapycnal eddy diffusivity K estimated for the first 6 months was 0.12±0.02 cm 2 /s, while for the subsequent 24 months it was 0.17±0.02 cm 2 /s. The vertical tracer distribution remained very close to Gaussian for the full 30 months, as the root mean square (rms) dispersion grew from 5 to 50 m. Lateral dispersion was measured on several scales. The growth of the rms width of the tracer streaks from less than 100 m to approximately 300 m within 2 weeks implies an isopycnal diffusivity of 0.07 m 2 /s at scales of 0.1 to 1 km, larger than expected from the interaction between vertical shear of the internal waves and diapycnal mixing. Teasing of the overall patch, initially about 25 km across, into streaks with an overall length of 1800 km within 6 months supports predictions of exponential growth by the mesoscale strain field at a rate of 3±0.5 × 10 −7 s −1 . The rms width of these streaks, estimated as 3 km and maintained in the face of the streak growth, indicates an isopycnal diffusivity of 2 m 2 /s at scales of 1 to 10 km, much greater than expected from internal wave shear dispersion. The patch was painted in, albeit streakily, by 12 months, confirming expectations from analytical and numerical models. Homogenization of the patch continued during the subsequent 18 months, while the patch continued to spread with an effective isopycnal eddy diffusivity on the order of 1000 m 2 /s, acting at scales of 30 to 300 km.

The SOLAS Air‐Sea Gas Exchange (SAGE) Experiment was conducted in the western Pacific sector of the Southern Ocean. During SAGE, gas transfer velocities were determined using the 3 He/SF 6 dual gas tracer technique, and results were obtained at higher wind speeds (16.0 m s −1 ) than in previous open ocean dual tracer experiments. The results clearly reveal a quadratic relationship between wind speed and gas transfer velocity rather than a recently proposed cubic relationship. A new parameterization between wind speed and gas transfer velocity is proposed, which is consistent with previous 3 He/SF 6 dual tracer results from the coastal and open ocean obtained at lower wind speeds. This suggests that factors controlling air‐sea gas exchange in this region are similar to those in other parts of the world ocean, and that the parameterization presented here should be applicable to the global ocean.

Phosphate addition to surface waters of the ultraoligotrophic, phosphorus-starved eastern Mediterranean in a Lagrangian experiment caused unexpected ecosystem responses. The system exhibited a decline in chlorophyll and an increase in bacterial production and copepod egg abundance. Although nitrogen and phosphorus colimitation hindered phytoplankton growth, phosphorous may have been transferred through the microbial food web to copepods via two, not mutually exclusive, pathways: (i) bypass of the phytoplankton compartment by phosphorus uptake in heterotrophic bacteria and (ii) tunnelling, whereby phosphate luxury consumption rapidly shifts the stoichiometric composition of copepod prey. Copepods may thus be coupled to lower trophic levels through interactions not usually considered.

Using ancillary datasets and interpolation schemes, 20+ years of the Munida Time Series (MTS) observations were used to evaluate the seasonal to decadal variability in the regional carbon cycle off the southeast coast of New Zealand. The contributions of gas exchange, surface freshwater flux, physical transport processes and biological productivity to mixed layer carbon were diagnostically assessed using a mass-balanced surface ocean model. The seasonal and interannual variability in this region is dominated by horizontal advection of water with higher dissolved inorganic carbon (DIC) concentration primarily transported by the Southland Current, a unique feature in this western boundary current system. The large advection term is primarily balanced by net community production and calcium carbonate production, maintaining a net sink for atmospheric CO 2 with a mean flux of 0.84±0.62 mol C m -2 y -1 . However, surface layer pCO 2 shows significant decadal variability, with the growth rate of 0.53±0.26 μ atm yr -1 during 1998–2010 increasing to 2.24±0.47 μ atm yr -1 during 2010–2019, driven by changes in advection and heat content. Changes in circulation have resulted in the regional sink for anthropogenic CO 2 being 50% higher and pH 0.011±.003 higher than if there had been no long-term changes in circulation. Detrended cross-correlation analysis was used to evaluate correlations between the Southern Annular Mode, the Southern Oscillation Index and various regional DIC properties and physical oceanographic processes over frequencies corresponding the duration of the MTS. The drivers of variability in the regional carbon cycle and acidification rate indicate sensitivity of the region to climate change and associated impacts on the Southern Ocean and South Pacific.

Abstract Dimethyl sulphide (DMS) and methanethiol (MeSH) emissions from South Pacific surface seawater were determined in deck board Air‐Sea Interface Tanks during the Sea2Cloud voyage in March 2020. The measured fluxes from water to headspace (F) varied with water mass type, with lowest fluxes observed with Subtropical and Subantarctic waters and highest fluxes from Frontal waters. Measured DMS fluxes were consistent with fluxes calculated using a two‐layer model and seawater DMS concentrations. The MeSH:DMS flux ratio was 11%–18% across the three water mass types, confirming that MeSH may represent a significant unaccounted contribution to the atmospheric sulfur budget, with potentially important implications for marine aerosol formation and growth in models. Combining data from the ASITs and ambient surface seawater identified significant Spearman rank correlations for both dissolved DMS and MeSH with nanophytoplankton cell abundance ( p value < 0.012), suggesting an important role for this phytoplankton size class in determining regional DMS and MeSH emissions. Applying a nanophytoplankton‐based parameterization to estimate DMS w provided good agreement with a recent DMS climatology. Consequently, the observed relationship between DMS w , MeSH w and nanophytoplankton cell abundances may be applicable for modeling atmospheric fluxes.