ออกซิเจนละลายน้ำและวัฏจักรของสารอาหาร
การทำงานร่วมกันของการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ผิวน้ำและการหายใจที่ระดับความลึก ก่อให้เกิดรูปแบบแนวดิ่งของออกซิเจนและสารอาหารในมหาสมุทร ซึ่งควบคุมว่าสิ่งมีชีวิตจะเจริญเติบโตได้ที่ใด และบริเวณที่ขาดออกซิเจนจะขยายตัวออกไปที่ใด
Definition
วัฏจักรของสารอาหารคือการเคลื่อนที่ของธาตุที่จำเป็นต่อชีวภาพระหว่างแหล่งที่ละลายอยู่ อนุภาค และสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทร ซึ่งเชื่อมโยงกับการผลิตและการใช้ออกซิเจนละลายน้ำในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงความสามารถในการละลายและการกระจายตัวของออกซิเจนละลายน้ำ การก่อตัวและพลวัตของเขตออกซิเจนต่ำ สารอาหารหลักที่จำกัดการเจริญเติบโต (ไนเตรต ฟอสเฟต ซิลิเกต) และธาตุอาหารรอง เช่น เหล็ก รวมถึงปั๊มชีวภาพที่ส่งออกสารอินทรีย์ และการสร้างสารอาหารใหม่และการใช้ออกซิเจนในระหว่างการย่อยสลาย
Core questions
- อะไรเป็นตัวควบคุมความสามารถในการละลายและการกระจายตัวในแนวดิ่งของออกซิเจนละลายน้ำในมหาสมุทร?
- เขตออกซิเจนต่ำก่อตัวขึ้นได้อย่างไร และเหตุใดจึงขยายตัว?
- สารอาหารใดที่จำกัดการผลิตขั้นปฐมภูมิในภูมิภาคต่างๆ ของมหาสมุทร?
- ปั๊มชีวภาพกระจายคาร์บอนและสารอาหารระหว่างผิวน้ำและน้ำลึกได้อย่างไร?
Key theories
- อัตราส่วนเรดฟิลด์และการคืนแร่ธาตุ
- สารอินทรีย์ในทะเลก่อตัวและสลายตัวด้วยอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนต่อฟอสฟอรัสที่เป็นลักษณะเฉพาะ ดังนั้นการหายใจที่ระดับความลึกจะใช้ออกซิเจนและสร้างสารอาหารใหม่ในสัดส่วนที่คาดการณ์ได้
- ปั๊มชีวภาพ
- อนุภาคอินทรีย์ที่จมลงจะขนส่งคาร์บอนและสารอาหารจากผิวน้ำที่ได้รับแสงไปยังมหาสมุทรลึก ซึ่งการย่อยสลายของพวกมันจะลดออกซิเจนและกักเก็บคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศ
Mechanisms
แพลงก์ตอนพืชในชั้นผิวน้ำที่ได้รับแสงจะดูดซับสารอาหารและปล่อยออกซิเจนในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง สารอินทรีย์ที่พวกมันผลิตจะจมลงและถูกหายใจที่ระดับความลึก ซึ่งจะใช้ออกซิเจนและปล่อยสารอาหารกลับคืนสู่สารละลาย ในบริเวณที่การหมุนเวียนของน้ำนำออกซิเจนมาให้ได้น้อยและการหายใจสูง เขตออกซิเจนต่ำจะพัฒนาขึ้น และการผุดขึ้นของน้ำจะนำสารอาหารที่สร้างใหม่กลับมาเพื่อกระตุ้นการผลิตต่อไป
Clinical relevance
การจัดหาสารอาหารควบคุมผลิตภาพของมหาสมุทรและการประมง ในขณะที่ออกซิเจนที่ลดลงและการขยายตัวของเขตมรณะคุกคามระบบนิเวศทางทะเล ทั้งสองสิ่งนี้มีความอ่อนไหวต่อภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงการหมุนเวียนของน้ำ ทำให้เป็นตัวบ่งชี้สำคัญของสุขภาพมหาสมุทรภายใต้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
History
เรดฟิลด์ได้สร้างความเชื่อมโยงตามสัดส่วนระหว่างสารอาหารในทะเลและชีววิทยาในช่วงทศวรรษ 1930-1950 งานวิจัยในภายหลัง รวมถึงสมมติฐานเหล็กของมาร์ตินในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ได้เปิดเผยว่าธาตุอาหารรองที่หายากสามารถจำกัดผลิตภาพในพื้นที่มหาสมุทรอันกว้างใหญ่ ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับการควบคุมสารอาหาร
Key figures
- Alfred Redfield
- John Martin
Related topics
Seminal works
- sarmientoGruber2006
- redfield1958
Frequently asked questions
- เขตออกซิเจนต่ำคืออะไร?
- เป็นชั้นความลึก โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงสองสามร้อยถึงหนึ่งพันเมตรแรก ซึ่งออกซิเจนละลายน้ำลดลงสู่ระดับที่ต่ำมาก เนื่องจากกระบวนการหายใจใช้ออกซิเจนเร็วกว่าที่การหมุนเวียนของน้ำที่เชื่องช้าจะสามารถเติมเต็มได้
- ทำไมเหล็กจึงเป็นสารอาหารที่สำคัญในมหาสมุทร?
- เหล็กเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่หายากมากในมหาสมุทรเปิดส่วนใหญ่ ดังนั้นในภูมิภาคที่อุดมไปด้วยสารอาหารอื่นๆ เหล็กจึงอาจเป็นปัจจัยที่จำกัดปริมาณการเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนพืช