Cycles biogéochimiques océaniques

Le carbone, l'azote, le phosphore et d'autres éléments circulent dans l'océan selon des boucles étroitement couplées sous l'effet de la biologie, de la chimie et de la circulation, faisant de la mer un vaste régulateur du climat et de la chimie de la Terre.

Definition

Les cycles biogéochimiques océaniques sont les voies couplées par lesquelles les éléments importants sur le plan biologique et géochimique se déplacent entre les réservoirs dissous, particulaires, vivants et sédimentaires dans la mer et s'échangent avec l'atmosphère.

Scope

Ce sujet couvre le cycle du carbone marin et les pompes à carbone de solubilité et biologique, le cycle de l'azote, y compris la fixation, la nitrification et la dénitrification, le cycle du phosphore, du silicium et du fer, l'échange de gaz avec l'atmosphère, et le couplage de ces cycles avec la circulation océanique et les sédiments.

Core questions

• Comment les pompes de solubilité et biologique déplacent-elles le carbone de la surface vers l'océan profond ?
• Quelles transformations microbiennes animent le cycle de l'azote marin, et comment les apports et les pertes d'azote sont-ils équilibrés ?
• Comment les cycles des différents éléments sont-ils liés par la matière organique et la circulation ?
• Comment ces cycles régulent-ils le dioxyde de carbone atmosphérique sur des échelles de temps courtes et géologiques ?

Key theories

Pompes à carbone de solubilité et biologique

Le carbone est entraîné dans l'océan profond à la fois physiquement, lorsque l'eau de surface froide coule en transportant du dioxyde de carbone dissous, et biologiquement, lorsque les particules organiques qui coulent exportent le carbone loin de la surface.

Équilibre du cycle de l'azote marin

La fixation biologique de l'azote ajoute de l'azote fixé tandis que la dénitrification et l'anammox l'éliminent, et l'équilibre à long terme de ces processus microbiens régule l'inventaire océanique de ce nutriment souvent limitant.

Mechanisms

La photosynthèse fixe le carbone et les nutriments dans la matière organique qui coule et est respirée en profondeur, tandis que l'échange gazeux et l'enfoncement d'eau froide et dense transfèrent le dioxyde de carbone vers le bas ; les communautés microbiennes transforment l'azote entre ses états d'oxydation, et l'enfouissement lent dans les sédiments ferme les cycles sur des échelles de temps géologiques. La circulation relie les réservoirs de surface et profonds, définissant les échelles de temps des échanges.

Clinical relevance

Ces cycles contrôlent la quantité de dioxyde de carbone que l'océan retire de l'atmosphère et donc son rôle dans la modération du climat, tandis que les changements dans le cycle des nutriments et de l'oxygène, entraînés par le réchauffement et la pollution, altèrent la productivité, les zones mortes et l'émission de gaz à effet de serre tels que l'oxyde nitreux.

History

S'appuyant sur les rapports élémentaires de Redfield, la synthèse moderne de la biogéochimie marine a émergé des programmes d'enquête mondiaux (GEOSECS, JGOFS, WOCE) à la fin du XXe siècle et de la pensée systémique terrestre, qui a encadré les cycles de l'océan comme des composantes centrales des bilans planétaires de carbone et d'azote.

Key figures

• Alfred Redfield
• Paul Falkowski
• Nicolas Gruber

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• falkowski2000

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la pompe biologique ?

C'est l'ensemble des processus par lesquels la vie marine convertit le dioxyde de carbone dissous en matière organique qui coule dans l'océan profond, éloignant le carbone du contact avec l'atmosphère.

Comment l'océan affecte-t-il le dioxyde de carbone atmosphérique ?

Par l'échange gazeux et ses pompes de solubilité et biologique, l'océan absorbe une grande fraction des émissions humaines de dioxyde de carbone et, sur des périodes plus longues, régule le niveau naturel du gaz dans l'atmosphère.