الدورات البيوجيوكيميائية للمحيطات
تتدفق عناصر الكربون والنيتروجين والفوسفور وغيرها عبر المحيط في حلقات مترابطة بإحكام، مدفوعة بالبيولوجيا والكيمياء والدوران، مما يجعل البحر منظمًا هائلاً لمناخ الأرض وكيميائها.
Definition
الدورات البيوجيوكيميائية للمحيطات هي المسارات المقترنة التي تتحرك من خلالها العناصر ذات الأهمية البيولوجية والجيوكيميائية بين الخزانات الذائبة والجسيمية والحية والرسوبية في البحر وتتبادل مع الغلاف الجوي.
Scope
يغطي هذا الموضوع دورة الكربون البحرية ومضخات الكربون الذائبة والبيولوجية، ودورة النيتروجين بما في ذلك التثبيت والنترجة ونزع النتروجين، ودورة الفوسفور والسيليكون والحديد، وتبادل الغازات مع الغلاف الجوي، وربط هذه الدورات بدوران المحيطات والرواسب.
Core questions
- كيف تنقل مضخات الذوبان والمضخات البيولوجية الكربون من السطح إلى أعماق المحيط؟
- ما هي التحولات الميكروبية التي تدفع دورة النيتروجين البحرية، وكيف يتم موازنة مدخلات ومخرجات النيتروجين؟
- كيف ترتبط دورات العناصر المختلفة من خلال المادة العضوية والدوران؟
- كيف تنظم هذه الدورات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على المدى القصير والجيولوجي؟
Key theories
- مضخات الكربون الذائبة والبيولوجية
- يُسحب الكربون إلى أعماق المحيط فيزيائيًا، حيث تغوص المياه السطحية الباردة حاملة ثاني أكسيد الكربون المذاب، وبيولوجيًا، حيث تقوم الجسيمات العضوية الغارقة بتصدير الكربون بعيدًا عن السطح.
- توازن دورة النيتروجين البحرية
- يضيف تثبيت النيتروجين البيولوجي النيتروجين المثبت بينما تزيله عملية نزع النتروجين (denitrification) وعملية الأناموكس (anammox)، وينظم التوازن طويل الأمد لهذه العمليات الميكروبية مخزون المحيط من هذه المغذيات التي غالبًا ما تكون محدودة.
Mechanisms
يعمل التمثيل الضوئي على تثبيت الكربون والمغذيات في المادة العضوية التي تغوص ويتم تنفسها في الأعماق، بينما يؤدي تبادل الغازات وغرق المياه الباردة الكثيفة إلى نقل ثاني أكسيد الكربون إلى الأسفل؛ وتحول المجتمعات الميكروبية النيتروجين بين حالات الأكسدة المختلفة، ويغلق الدفن البطيء في الرواسب الدورات على مدى الزمن الجيولوجي. يربط الدوران الخزانات السطحية والعميقة معًا، مما يحدد الجداول الزمنية للتبادل.
Clinical relevance
تتحكم هذه الدورات في كمية ثاني أكسيد الكربون التي يزيلها المحيط من الغلاف الجوي، وبالتالي في دوره في تعديل المناخ، بينما تؤدي التحولات في دورة المغذيات والأكسجين الناتجة عن الاحترار والتلوث إلى تغيير الإنتاجية، والمناطق الميتة، وانبعاث غازات الدفيئة مثل أكسيد النيتروز.
History
بناءً على نسب العناصر التي وضعها ريدفيلد، ظهر التوليف الحديث للكيمياء البيوجيوكيميائية البحرية من برامج المسح العالمية (GEOSECS, JGOFS, WOCE) في أواخر القرن العشرين ومن فكر نظام الأرض، الذي اعتبر دورات المحيط مكونات مركزية لميزانيات الكربون والنيتروجين الكوكبية.
Key figures
- Alfred Redfield
- Paul Falkowski
- Nicolas Gruber
Related topics
Seminal works
- sarmientoGruber2006
- falkowski2000
Frequently asked questions
- ما هي المضخة البيولوجية؟
- هي مجموعة العمليات التي تحول بها الحياة البحرية ثاني أكسيد الكربون المذاب إلى مادة عضوية تغوص في أعماق المحيط، ناقلة الكربون بعيدًا عن التماس مع الغلاف الجوي.
- كيف يؤثر المحيط على ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي؟
- من خلال تبادل الغازات ومضخاته الذائبة والبيولوجية، يمتص المحيط جزءًا كبيرًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية، وعلى مدى فترات أطول، ينظم المستوى الطبيعي للغاز في الغلاف الجوي.