溶存酸素と栄養塩循環

表層での光合成と深層での呼吸の相互作用は、海洋における酸素と栄養塩の垂直パターンを形成し、生命が繁栄する場所と酸素欠乏帯が拡大する場所を制御しています。

Definition

栄養塩循環とは、海洋における溶存、粒子状、および生物のプール間で生物学的に必須な元素が移動することであり、光合成と呼吸中の溶存酸素の生成と消費と関連しています。

Scope

このトピックでは、溶存酸素の溶解度と分布、貧酸素水塊の形成と動態、主要な制限栄養塩（硝酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩）および鉄などの微量栄養塩、有機物を輸出する生物ポンプ、そして分解中の栄養塩の再生と酸素消費について扱います。

Core questions

• 海洋における溶存酸素の溶解度と垂直分布を制御する要因は何ですか？
• 貧酸素水塊はどのように形成され、なぜ拡大しているのですか？
• 異なる海洋域で一次生産を制限する栄養塩は何ですか？
• 生物ポンプは表層水と深層水の間で炭素と栄養塩をどのように再分配しますか？

Key theories

レッドフィールド比と再石灰化

海洋有機物は、特徴的な炭素、窒素、リンの比率で形成および分解されるため、深層での呼吸は酸素を消費し、予測可能な比率で栄養塩を再生します。

生物ポンプ

沈降する有機粒子は、太陽光が当たる表層から深海へ炭素と栄養塩を輸送し、そこでそれらの分解が酸素を消費し、炭素を大気から隔離します。

Mechanisms

太陽光が当たる表層の植物プランクトンは、光合成中に栄養塩を取り込み酸素を放出します。生成された有機物は沈降し、深層で呼吸によって分解され、酸素を消費し栄養塩を溶液中に放出します。循環による酸素供給が少なく、呼吸が高い場所では、貧酸素水塊が発達し、湧昇によって再生された栄養塩がさらなる生産を促進するために表層に戻されます。

Clinical relevance

栄養塩の供給は海洋生産性と漁業を左右し、酸素の減少とデッドゾーンの拡大は海洋生態系を脅かします。これらはともに温暖化と循環の変化に敏感であり、気候変動下での海洋の健康状態を示す重要な指標となっています。

History

レッドフィールドは1930年代から1950年代にかけて、海洋の栄養塩と生物学の間の比例関係を確立しました。その後、1980年代後半のマーティンの鉄仮説を含む研究により、希少な微量栄養塩が広大な海洋域での生産性を制限する可能性があることが明らかになり、栄養塩制御に関する理解が再構築されました。

Key figures

• Alfred Redfield
• John Martin

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• redfield1958

Frequently asked questions

貧酸素水塊とは何ですか？

これは、通常、上部数百メートルから千メートル程度の深さの層で、呼吸が停滞した循環による酸素の再供給よりも速く酸素を消費するため、溶存酸素が非常に低いレベルにまで低下する場所です。

なぜ鉄は海洋において重要な栄養塩なのですか？

鉄は光合成に必要ですが、外洋の大部分では極めて希少であるため、他の栄養塩が豊富な地域では、植物プランクトンの成長量を制限する要因となることがあります。