การผลิตขั้นปฐมภูมิในทะเลและแพลงก์ตอน

แพลงก์ตอนพืชที่ล่องลอยอยู่ ซึ่งแต่ละตัวมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่เมื่อรวมกันแล้วมีจำนวนมหาศาล ทำหน้าที่สังเคราะห์แสงประมาณครึ่งหนึ่งของโลก เปลี่ยนแสงอาทิตย์และสารอาหารให้เป็นสารอินทรีย์ที่เป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดในทะเล

Definition

การผลิตขั้นปฐมภูมิในทะเลคือการสังเคราะห์สารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์โดยสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงในทะเล; แพลงก์ตอนคือสิ่งมีชีวิตที่ล่องลอย — แพลงก์ตอนพืช แพลงก์ตอนสัตว์ และจุลินทรีย์ — ที่ดำเนินการและบริโภคผลผลิตนี้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงแพลงก์ตอนพืชที่สังเคราะห์แสงและแพลงก์ตอนสัตว์ที่กินแพลงก์ตอนพืช การวัดการผลิตขั้นปฐมภูมิ การควบคุมการผลิตโดยแสงและสารอาหาร พลวัตตามฤดูกาลของการบานของแพลงก์ตอน และกลุ่มแพลงก์ตอนหลักและบทบาททางนิเวศวิทยาของพวกมัน

Core questions

• สิ่งมีชีวิตใดบ้างที่ทำการผลิตขั้นปฐมภูมิในมหาสมุทร และวัดได้อย่างไร?
• การมีอยู่ของแสงและสารอาหารกำหนดอัตราและตำแหน่งของการผลิตได้อย่างไร?
• อะไรเป็นตัวกระตุ้นและยุติการบานของแพลงก์ตอนพืชตามฤดูกาล?
• การกินของแพลงก์ตอนสัตว์และวงจรจุลินทรีย์มีผลต่อชะตากรรมของการผลิตขั้นปฐมภูมิอย่างไร?

Key theories

สมมติฐานความลึกวิกฤต

การบานของแพลงก์ตอนพืชเกิดขึ้นเมื่อชั้นผสมตื้นขึ้น ทำให้แสงเฉลี่ยเหนือชั้นผสมเกินระดับที่การสังเคราะห์แสงสมดุลกับการหายใจ ซึ่งเชื่อมโยงฟิสิกส์ของมวลน้ำกับช่วงเวลาการบาน

ข้อจำกัดของแสงและสารอาหาร

การผลิตถูกจำกัดร่วมกันโดยแสง ซึ่งลดลงตามความลึก และโดยสารอาหาร ซึ่งเพิ่มขึ้นตามความลึก ทำให้การผลิตส่วนใหญ่จำกัดอยู่ในชั้นที่มีแสงแดดส่องถึง ซึ่งผลผลิตขึ้นอยู่กับการเติมสารอาหาร

Mechanisms

แพลงก์ตอนพืชในเขตยูโฟติกใช้แสงอาทิตย์ในการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์และสารอาหารให้เป็นสารอินทรีย์ การเจริญเติบโตของพวกมันถูกจำกัดเมื่อแสงน้อยในระดับความลึก หรือสารอาหารน้อยที่ผิวน้ำ การอุ่นขึ้นตามฤดูกาลและการผสมที่ลดลงทำให้เซลล์ติดอยู่ในชั้นที่มีแสงสว่าง กระตุ้นให้เกิดการบานซึ่งต่อมาถูกจำกัดโดยการหมดไปของสารอาหารและการถูกกินโดยแพลงก์ตอนสัตว์

Clinical relevance

การผลิตขั้นปฐมภูมิกำหนดผลผลิตของการประมงและความแข็งแกร่งของแหล่งกักเก็บคาร์บอนในมหาสมุทร ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงในชุมชนแพลงก์ตอนและช่วงเวลาการบานเป็นตัวบ่งชี้ที่ละเอียดอ่อนของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ; การบานของสาหร่ายที่เป็นอันตรายในแพลงก์ตอนบางชนิดก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์และการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ

History

การนับแพลงก์ตอนเชิงปริมาณของ Hensen ในทศวรรษ 1880 ได้ก่อตั้งการศึกษาผลผลิตของมหาสมุทร; ทฤษฎีความลึกวิกฤตของ Sverdrup ในปี 1953 ได้เชื่อมโยงการเริ่มต้นของการบานกับการผสมและแสง และการสำรวจสีมหาสมุทรด้วยดาวเทียมตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา ทำให้สามารถสร้างแผนที่โลกของการผลิตขั้นปฐมภูมิในทะเลได้เป็นครั้งแรก

Key figures

• Harald Sverdrup
• Gordon Riley
• Paul Falkowski

Seminal works

• millerWheeler2012
• falkowskiRaven2007

Frequently asked questions

การสังเคราะห์แสงบนโลกเกิดขึ้นในมหาสมุทรมากน้อยเพียงใด?

แพลงก์ตอนพืชในทะเลคิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของการผลิตขั้นปฐมภูมิสุทธิทั่วโลก ซึ่งเทียบเท่ากับพืชบกทั้งหมดรวมกัน แม้ว่าจะคิดเป็นเพียงส่วนเล็กน้อยของชีวมวลที่สังเคราะห์แสงของโลกก็ตาม

ทำไมการบานของแพลงก์ตอนพืชจึงเกิดขึ้นในฤดูใบไม้ผลิ?

เมื่อการอุ่นขึ้นในฤดูใบไม้ผลิลดการผสมในแนวดิ่ง แพลงก์ตอนพืชจะอยู่ในชั้นผิวน้ำที่มีแสงแดดส่องถึงนานพอที่จะเติบโตได้เร็วกว่าการสูญเสียไป ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของจำนวนประชากร