วงจรชีวธรณีเคมีในมหาสมุทร
คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และธาตุอื่นๆ หมุนเวียนอยู่ในมหาสมุทรในวงจรที่เชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด โดยมีชีววิทยา เคมี และการหมุนเวียนเป็นตัวขับเคลื่อน ทำให้ทะเลเป็นตัวควบคุมสภาพภูมิอากาศและเคมีของโลกที่สำคัญอย่างยิ่ง
Definition
วงจรชีวธรณีเคมีในมหาสมุทรคือเส้นทางที่เชื่อมโยงกันซึ่งธาตุสำคัญทางชีววิทยาและธรณีเคมีเคลื่อนที่ไปมาระหว่างแหล่งกักเก็บที่ละลาย อนุภาค สิ่งมีชีวิต และตะกอนในทะเล และแลกเปลี่ยนกับชั้นบรรยากาศ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมวงจรคาร์บอนในทะเลและปั๊มคาร์บอนแบบละลายและแบบชีวภาพ วงจรไนโตรเจนรวมถึงการตรึงไนโตรเจน การเกิดไนตริฟิเคชัน และการเกิดดีไนตริฟิเคชัน การหมุนเวียนของฟอสฟอรัส ซิลิคอน และเหล็ก การแลกเปลี่ยนก๊าซกับชั้นบรรยากาศ และการเชื่อมโยงของวงจรเหล่านี้กับการหมุนเวียนของมหาสมุทรและตะกอน
Core questions
- ปั๊มคาร์บอนแบบละลายและแบบชีวภาพเคลื่อนย้ายคาร์บอนจากผิวน้ำลงสู่มหาสมุทรลึกได้อย่างไร?
- การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ใดที่ขับเคลื่อนวงจรไนโตรเจนในทะเล และการนำเข้าและการสูญเสียไนโตรเจนมีความสมดุลกันอย่างไร?
- วงจรของธาตุต่างๆ เชื่อมโยงกันผ่านสารอินทรีย์และการหมุนเวียนได้อย่างไร?
- วงจรเหล่านี้ควบคุมคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศในช่วงเวลาสั้นๆ และช่วงเวลาทางธรณีวิทยาได้อย่างไร?
Key theories
- ปั๊มคาร์บอนแบบละลายและแบบชีวภาพ
- คาร์บอนถูกดึงลงสู่มหาสมุทรลึกทั้งทางกายภาพ เมื่อน้ำผิวดินเย็นจมลงโดยนำคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ไปด้วย และทางชีวภาพ เมื่ออนุภาคอินทรีย์ที่จมลงส่งออกคาร์บอนออกจากผิวน้ำ
- ความสมดุลของวงจรไนโตรเจนในทะเล
- การตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพจะเพิ่มไนโตรเจนที่ถูกตรึง ในขณะที่การเกิดดีไนตริฟิเคชันและแอนามอกซ์จะกำจัดไนโตรเจนออกไป และความสมดุลระยะยาวของกระบวนการจุลินทรีย์เหล่านี้จะควบคุมปริมาณสารอาหารที่มักจะเป็นปัจจัยจำกัดในมหาสมุทร
Mechanisms
การสังเคราะห์ด้วยแสงจะตรึงคาร์บอนและสารอาหารให้เป็นสารอินทรีย์ที่จมลงและถูกหายใจออกในระดับความลึก ในขณะที่การแลกเปลี่ยนก๊าซและการจมลงของน้ำเย็นที่มีความหนาแน่นสูงจะถ่ายโอนคาร์บอนไดออกไซด์ลงไปด้านล่าง ชุมชนจุลินทรีย์จะเปลี่ยนไนโตรเจนระหว่างสถานะออกซิเดชันต่างๆ และการฝังตัวอย่างช้าๆ ในตะกอนจะปิดวงจรในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา การหมุนเวียนจะเชื่อมโยงแหล่งกักเก็บที่ผิวน้ำและน้ำลึกเข้าด้วยกัน กำหนดช่วงเวลาของการแลกเปลี่ยน
Clinical relevance
วงจรเหล่านี้ควบคุมปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่มหาสมุทรดูดซับออกจากชั้นบรรยากาศ ซึ่งส่งผลต่อบทบาทในการปรับสภาพภูมิอากาศ ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงของวงจรสารอาหารและออกซิเจนที่เกิดจากภาวะโลกร้อนและมลพิษจะเปลี่ยนแปลงผลผลิต เขตมรณะ และการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เช่น ไนตรัสออกไซด์
History
จากการสร้างบนอัตราส่วนธาตุของ Redfield การสังเคราะห์ชีวธรณีเคมีทางทะเลสมัยใหม่เกิดขึ้นจากโครงการสำรวจทั่วโลก (GEOSECS, JGOFS, WOCE) ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 และจากการคิดแบบระบบโลก ซึ่งกำหนดให้วงจรของมหาสมุทรเป็นองค์ประกอบหลักของงบประมาณคาร์บอนและไนโตรเจนของดาวเคราะห์
Key figures
- Alfred Redfield
- Paul Falkowski
- Nicolas Gruber
Related topics
Seminal works
- sarmientoGruber2006
- falkowski2000
Frequently asked questions
- ปั๊มชีวภาพคืออะไร?
- คือชุดของกระบวนการที่สิ่งมีชีวิตในทะเลเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ให้เป็นสารอินทรีย์ที่จมลงสู่มหาสมุทรลึก ซึ่งเป็นการถ่ายโอนคาร์บอนออกจากการสัมผัสกับชั้นบรรยากาศ
- มหาสมุทรส่งผลต่อคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศอย่างไร?
- ผ่านการแลกเปลี่ยนก๊าซและปั๊มแบบละลายและแบบชีวภาพ มหาสมุทรดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ที่มนุษย์ปล่อยออกมาเป็นจำนวนมาก และในระยะยาว จะควบคุมระดับก๊าซธรรมชาติในชั้นบรรยากาศ