Биогеохимические циклы океана

Углерод, азот, фосфор и другие элементы циркулируют в океане по тесно связанным циклам, движимым биологическими, химическими процессами и циркуляцией, что делает море обширным регулятором климата и химического состава Земли.

Definition

Биогеохимические циклы океана — это взаимосвязанные пути, по которым биологически и геохимически важные элементы перемещаются между растворенными, взвешенными, живыми и осадочными резервуарами в море и обмениваются с атмосферой.

Scope

Эта тема охватывает морской круговорот углерода, а также растворимость и биологические углеродные насосы, круговорот азота, включая фиксацию, нитрификацию и денитрификацию, круговорот фосфора, кремния и железа, газообмен с атмосферой и связь этих циклов с циркуляцией океана и отложениями.

Core questions

• Как растворимость и биологические насосы перемещают углерод из поверхностных вод в глубокий океан?
• Какие микробные трансформации движут морским циклом азота и как сбалансированы поступления и потери азота?
• Как циклы различных элементов связаны через органическое вещество и циркуляцию?
• Как эти циклы регулируют атмосферный углекислый газ в коротких и геологических временных масштабах?

Key theories

Растворимость и биологические углеродные насосы

Углерод поступает в глубокий океан как физически, когда холодная поверхностная вода опускается, унося растворенный углекислый газ, так и биологически, когда опускающиеся органические частицы экспортируют углерод из поверхностных вод.

Баланс морского цикла азота

Биологическая фиксация азота добавляет связанный азот, в то время как денитрификация и анаммокс удаляют его, и долгосрочный баланс этих микробных процессов регулирует запас этого часто лимитирующего питательного вещества в океане.

Mechanisms

Фотосинтез фиксирует углерод и питательные вещества в органическом веществе, которое опускается и респирируется на глубине, в то время как газообмен и погружение холодной плотной воды перемещают углекислый газ вниз; микробные сообщества трансформируют азот между его степенями окисления, а медленное захоронение в отложениях замыкает циклы в геологическом масштабе времени. Циркуляция связывает поверхностные и глубинные резервуары, определяя временные масштабы обмена.

Clinical relevance

Эти циклы контролируют, сколько углекислого газа океан удаляет из атмосферы, и, таким образом, его роль в смягчении климата, в то время как изменения в цикле питательных веществ и кислорода, вызванные потеплением и загрязнением, изменяют продуктивность, мертвые зоны и выбросы парниковых газов, таких как закись азота.

History

Опираясь на элементные соотношения Редфилда, современный синтез морской биогеохимии возник из глобальных программ исследований (GEOSECS, JGOFS, WOCE) в конце двадцатого века и из системного мышления о Земле, которое рассматривало океанические циклы как центральные компоненты планетарных бюджетов углерода и азота.

Key figures

• Alfred Redfield
• Paul Falkowski
• Nicolas Gruber

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• falkowski2000

Frequently asked questions

Что такое биологический насос?

Это совокупность процессов, посредством которых морская жизнь преобразует растворенный углекислый газ в органическое вещество, которое опускается в глубокий океан, перемещая углерод из контакта с атмосферой.

Как океан влияет на атмосферный углекислый газ?

Через газообмен и свои растворимые и биологические насосы океан поглощает значительную долю выбросов углекислого газа человеком и, в более длительной перспективе, регулирует естественный уровень этого газа в атмосфере.