Морская первичная продукция и планктон

Дрейфующий фитопланктон, невидимый по отдельности, но огромный в совокупности, осуществляет примерно половину фотосинтеза Земли, превращая солнечный свет и питательные вещества в органическое вещество, которое питает почти всю жизнь в море.

Definition

Морская первичная продукция — это синтез органического вещества из углекислого газа фотосинтезирующими организмами в море; планктон — это дрейфующие организмы (фитопланктон, зоопланктон и микробы), которые осуществляют и потребляют эту продукцию.

Scope

Эта тема охватывает фотосинтезирующий фитопланктон и пасущийся на нем зоопланктон, измерение первичной продукции, контроль продуктивности светом и питательными веществами, сезонную динамику цветения планктона, а также основные группы планктона и их экологические роли.

Core questions

• Какие организмы осуществляют первичную продукцию в океане и как она измеряется?
• Как доступность света и питательных веществ определяет скорость и местоположение продукции?
• Что вызывает и прекращает сезонное цветение фитопланктона?
• Как выедание зоопланктоном и микробная петля формируют судьбу первичной продукции?

Key theories

Гипотеза критической глубины

Цветение фитопланктона развивается, когда смешанный слой мелеет настолько, что средний свет в смешанном слое превышает уровень, при котором фотосинтез уравновешивает дыхание, связывая физику водной толщи со сроками цветения.

Ограничение светом и питательными веществами

Продукция совместно ограничивается светом, который уменьшается с глубиной, и питательными веществами, которые увеличиваются с глубиной, ограничивая большую часть продукции солнечным слоем, продуктивность которого зависит от возобновления поступления питательных веществ.

Mechanisms

Фитопланктон в эвфотической зоне использует солнечный свет для фиксации углекислого газа и питательных веществ в органическое вещество; их рост ограничен там, где света мало на глубине или питательных веществ мало на поверхности. Сезонное потепление и уменьшение перемешивания удерживают клетки в освещенном слое, вызывая цветение, которое впоследствии прекращается из-за истощения питательных веществ и выедания зоопланктоном.

Clinical relevance

Первичная продукция определяет продуктивность рыболовства и мощность океанического поглотителя углерода, в то время как изменения в сообществах планктона и сроках цветения являются чувствительными индикаторами изменения климата; вредоносное цветение водорослей среди некоторых видов планктона представляет риски для здоровья человека и аквакультуры.

History

Количественные подсчеты планктона Хенсеном в 1880-х годах положили начало изучению продуктивности океана; теория критической глубины Свердрупа 1953 года связала начало цветения с перемешиванием и светом, а спутниковое зондирование цвета океана с 1980-х годов позволило создать первые глобальные карты морской первичной продукции.

Key figures

• Harald Sverdrup
• Gordon Riley
• Paul Falkowski

Seminal works

• millerWheeler2012
• falkowskiRaven2007

Frequently asked questions

Какая часть фотосинтеза Земли происходит в океане?

Морской фитопланктон составляет примерно половину глобальной чистой первичной продукции, что сопоставимо со всеми наземными растениями вместе взятыми, несмотря на то, что он составляет лишь крошечную долю фотосинтезирующей биомассы планеты.

Почему цветение фитопланктона происходит весной?

Поскольку весеннее потепление уменьшает вертикальное перемешивание, фитопланктон остается в освещенном поверхностном слое достаточно долго, чтобы расти быстрее, чем он теряется, что приводит к быстрому увеличению его численности.