الأكسجين المذاب ودورة المغذيات
التفاعل بين عملية التمثيل الضوئي على السطح والتنفس في الأعماق يشكل الأنماط الرأسية للأكسجين والمغذيات في المحيط، متحكمًا في الأماكن التي تزدهر فيها الحياة وتلك التي تتوسع فيها المناطق التي تعاني من نقص الأكسجين.
Definition
دورة المغذيات هي حركة العناصر الأساسية بيولوجيًا بين المجمعات الذائبة والجسيمية والحية في المحيط، مقترنة بإنتاج واستهلاك الأكسجين المذاب أثناء التمثيل الضوئي والتنفس.
Scope
يغطي هذا الموضوع قابلية ذوبان الأكسجين المذاب وتوزيعه، وتكوين وديناميكيات مناطق الحد الأدنى للأكسجين، والمغذيات الرئيسية المحددة (النترات، الفوسفات، السيليكات) والمغذيات الدقيقة مثل الحديد، والمضخة البيولوجية التي تصدر المواد العضوية، وتجديد المغذيات واستهلاك الأكسجين أثناء التحلل.
Core questions
- ما الذي يتحكم في قابلية ذوبان الأكسجين المذاب وتوزيعه الرأسي في المحيط؟
- كيف تتشكل مناطق الحد الأدنى للأكسجين، ولماذا تتوسع؟
- ما هي المغذيات التي تحد من الإنتاج الأولي في مناطق المحيط المختلفة؟
- كيف تعيد المضخة البيولوجية توزيع الكربون والمغذيات بين المياه السطحية والعميقة؟
Key theories
- نسبة ريدفيلد وإعادة التمعدن
- تتشكل المواد العضوية البحرية وتتحلل بنسبة مميزة من الكربون إلى النيتروجين إلى الفوسفور، لذا فإن التنفس في الأعماق يستهلك الأكسجين ويجدد المغذيات بنسب يمكن التنبؤ بها.
- المضخة البيولوجية
- تنقل الجسيمات العضوية الغارقة الكربون والمغذيات من السطح المضاء بنور الشمس إلى المحيط العميق، حيث يؤدي تحللها إلى استهلاك الأكسجين وتخزين الكربون بعيدًا عن الغلاف الجوي.
Mechanisms
تستهلك العوالق النباتية في السطح المضاء بنور الشمس المغذيات وتطلق الأكسجين أثناء التمثيل الضوئي؛ المواد العضوية التي تنتجها تغوص ويتم تنفسها في الأعماق، مستهلكة الأكسجين ومطلقة المغذيات مرة أخرى في المحلول. حيثما يوفر الدوران القليل من الأكسجين ويكون التنفس مرتفعًا، تتطور مناطق الحد الأدنى للأكسجين، ويعيد الصعود المغذيات المتجددة لتغذية المزيد من الإنتاج.
Clinical relevance
يتحكم إمداد المغذيات في إنتاجية المحيط ومصايد الأسماك، بينما يهدد انخفاض الأكسجين وتوسع المناطق الميتة النظم البيئية البحرية؛ وكلاهما حساس لارتفاع درجة الحرارة وتغير الدوران، مما يجعلهما مؤشرين رئيسيين لصحة المحيط في ظل تغير المناخ.
History
أرسى ريدفيلد (Redfield) العلاقة التناسبية بين المغذيات البحرية والبيولوجيا في ثلاثينيات وخمسينيات القرن الماضي؛ كشفت الأعمال اللاحقة، بما في ذلك فرضية مارتن (Martin) للحديد في أواخر الثمانينيات، أن المغذيات الدقيقة النادرة يمكن أن تحد من الإنتاجية عبر مناطق المحيط الشاسعة، مما أعاد تشكيل فهم التحكم في المغذيات.
Key figures
- Alfred Redfield
- John Martin
Related topics
Seminal works
- sarmientoGruber2006
- redfield1958
Frequently asked questions
- ما هي منطقة الحد الأدنى للأكسجين؟
- هي طبقة عمق، عادة ما تكون في بضع مئات إلى ألف متر علوي، حيث ينخفض الأكسجين المذاب إلى مستويات منخفضة جدًا لأن التنفس يستهلك الأكسجين بشكل أسرع مما يمكن للدوران البطيء أن يعيد توفيره.
- لماذا يعتبر الحديد مغذيًا مهمًا في المحيط؟
- الحديد ضروري لعملية التمثيل الضوئي ولكنه نادر للغاية في معظم المحيط المفتوح، لذلك في المناطق الغنية بالمغذيات الأخرى يمكن أن يكون العامل الذي يحد من كمية العوالق النباتية التي يمكن أن تنمو.