해양 생지화학적 순환

탄소, 질소, 인 및 기타 원소들은 생물학, 화학, 순환에 의해 구동되는 긴밀하게 연결된 고리를 통해 해양에서 순환하며, 바다를 지구 기후와 화학의 거대한 조절자로 만듭니다.

Definition

해양 생지화학적 순환은 생물학적 및 지구화학적으로 중요한 원소들이 해양의 용존, 입자, 생물, 퇴적물 저장고 사이를 이동하고 대기와 교환하는 연계된 경로입니다.

Scope

이 주제는 해양 탄소 순환과 용해도 및 생물학적 탄소 펌프, 질소 고정, 질산화 및 탈질을 포함한 질소 순환, 인, 규소 및 철의 순환, 대기와의 기체 교환, 그리고 이러한 순환과 해양 순환 및 퇴적물 간의 연계를 다룹니다.

Core questions

• 용해도 펌프와 생물학적 펌프는 어떻게 탄소를 표층에서 심해로 이동시키는가?
• 어떤 미생물 변환이 해양 질소 순환을 주도하며, 질소 유입과 손실은 어떻게 균형을 이루는가?
• 서로 다른 원소들의 순환은 유기물과 순환을 통해 어떻게 연결되는가?
• 이러한 순환은 단기 및 지질학적 시간 규모에 걸쳐 대기 중 이산화탄소를 어떻게 조절하는가?

Key theories

용해도 펌프와 생물학적 탄소 펌프

탄소는 차가운 표층수가 용해된 이산화탄소를 운반하며 침강하는 물리적 방식과, 침강하는 유기 입자가 표층에서 탄소를 배출하는 생물학적 방식을 통해 심해로 유입됩니다.

해양 질소 순환 균형

생물학적 질소 고정은 고정 질소를 추가하고, 탈질화 및 아나목스(anammox)는 이를 제거합니다. 이러한 미생물 과정의 장기적인 균형은 종종 제한적인 영양소인 해양 질소의 총량을 조절합니다.

Mechanisms

광합성은 탄소와 영양분을 유기물로 고정하며, 이 유기물은 침강하여 심해에서 호흡됩니다. 동시에 기체 교환과 차가운 고밀도 해수의 침강은 이산화탄소를 아래로 이동시킵니다. 미생물 군집은 질소를 다양한 산화 상태로 변환하며, 퇴적물 내의 느린 매장은 지질학적 시간 규모에 걸쳐 순환을 완성합니다. 순환은 표층과 심층 저장고를 연결하여 교환의 시간 규모를 설정합니다.

Clinical relevance

이러한 순환은 해양이 대기에서 얼마나 많은 이산화탄소를 제거하는지를 제어하여 기후 조절에 중요한 역할을 합니다. 반면, 온난화와 오염으로 인한 영양분 및 산소 순환의 변화는 생산성, 데드존(dead zones) 및 아산화질소와 같은 온실가스 배출을 변화시킵니다.

History

레드필드(Redfield)의 원소 비율에 기반하여, 해양 생지화학의 현대적 종합은 20세기 후반의 전 지구적 조사 프로그램(GEOSECS, JGOFS, WOCE)과 지구 시스템 사고에서 비롯되었습니다. 이는 해양의 순환을 행성 탄소 및 질소 예산의 핵심 구성 요소로 보았습니다.

Key figures

• Alfred Redfield
• Paul Falkowski
• Nicolas Gruber

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• falkowski2000

Frequently asked questions

생물학적 펌프란 무엇인가요?

이는 해양 생물이 용해된 이산화탄소를 유기물로 전환하여 심해로 침강시키고, 대기와의 접촉으로부터 탄소를 멀리 이동시키는 일련의 과정입니다.

해양은 대기 중 이산화탄소에 어떻게 영향을 미치나요?

해양은 기체 교환과 용해도 및 생물학적 펌프를 통해 인간의 이산화탄소 배출량 중 상당 부분을 흡수하며, 장기적으로는 대기 중 가스의 자연적인 수준을 조절합니다.