Oxy hòa tan và Chu trình dinh dưỡng

Sự tương tác giữa quang hợp ở bề mặt và hô hấp ở độ sâu tạo nên các mô hình phân bố oxy và chất dinh dưỡng theo chiều dọc của đại dương, kiểm soát nơi sự sống phát triển mạnh và nơi các vùng thiếu oxy mở rộng.

Definition

Chu trình dinh dưỡng là sự di chuyển của các nguyên tố thiết yếu về mặt sinh học giữa các bể hòa tan, dạng hạt và sinh vật sống trong đại dương, gắn liền với quá trình sản xuất và tiêu thụ oxy hòa tan trong quá trình quang hợp và hô hấp.

Scope

Chủ đề này bao gồm độ hòa tan và sự phân bố của oxy hòa tan, sự hình thành và động lực học của các vùng thiếu oxy tối thiểu, các chất dinh dưỡng hạn chế chính (nitrat, phosphat, silicat) và các vi chất dinh dưỡng như sắt, bơm sinh học xuất khẩu chất hữu cơ, và sự tái tạo chất dinh dưỡng cùng sự tiêu thụ oxy trong quá trình phân hủy.

Core questions

• Yếu tố nào kiểm soát độ hòa tan và sự phân bố theo chiều dọc của oxy hòa tan trong đại dương?
• Các vùng thiếu oxy tối thiểu hình thành như thế nào và tại sao chúng lại mở rộng?
• Những chất dinh dưỡng nào hạn chế sản xuất sơ cấp ở các vùng đại dương khác nhau?
• Bơm sinh học phân phối lại carbon và chất dinh dưỡng giữa nước bề mặt và nước sâu như thế nào?

Key theories

Tỷ lệ Redfield và quá trình khoáng hóa

Chất hữu cơ biển hình thành và phân hủy với tỷ lệ carbon, nitơ và phốt pho đặc trưng, do đó hô hấp ở độ sâu tiêu thụ oxy và tái tạo chất dinh dưỡng theo tỷ lệ có thể dự đoán được.

Bơm sinh học

Các hạt hữu cơ chìm vận chuyển carbon và chất dinh dưỡng từ bề mặt được chiếu sáng xuống đại dương sâu, nơi sự phân hủy của chúng làm giảm oxy và lưu trữ carbon tránh xa khí quyển.

Mechanisms

Thực vật phù du ở bề mặt được chiếu sáng hấp thụ chất dinh dưỡng và giải phóng oxy trong quá trình quang hợp; chất hữu cơ mà chúng tạo ra chìm xuống và được hô hấp ở độ sâu, tiêu thụ oxy và giải phóng chất dinh dưỡng trở lại dung dịch. Ở những nơi tuần hoàn cung cấp ít oxy và hô hấp cao, các vùng thiếu oxy tối thiểu phát triển, và sự trồi lên của nước mang các chất dinh dưỡng đã được tái tạo trở lại để thúc đẩy sản xuất tiếp theo.

Clinical relevance

Nguồn cung cấp chất dinh dưỡng chi phối năng suất đại dương và nghề cá, trong khi oxy suy giảm và các vùng chết mở rộng đe dọa các hệ sinh thái biển; cả hai đều nhạy cảm với sự ấm lên và thay đổi tuần hoàn, khiến chúng trở thành các chỉ số chính về sức khỏe đại dương dưới tác động của biến đổi khí hậu.

History

Redfield đã thiết lập mối liên hệ tỷ lệ giữa các chất dinh dưỡng biển và sinh học vào những năm 1930-1950; các công trình sau này, bao gồm giả thuyết sắt của Martin vào cuối những năm 1980, đã tiết lộ rằng các vi chất dinh dưỡng khan hiếm có thể hạn chế năng suất trên các vùng đại dương rộng lớn, định hình lại sự hiểu biết về kiểm soát chất dinh dưỡng.

Key figures

• Alfred Redfield
• John Martin

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• redfield1958

Frequently asked questions

Vùng thiếu oxy tối thiểu là gì?

Đó là một lớp độ sâu, thường là trong vài trăm đến hàng nghìn mét trên cùng, nơi oxy hòa tan giảm xuống mức rất thấp vì hô hấp tiêu thụ oxy nhanh hơn so với khả năng tuần hoàn chậm chạp có thể bổ sung.

Tại sao sắt là một chất dinh dưỡng quan trọng trong đại dương?

Sắt cần thiết cho quá trình quang hợp nhưng cực kỳ khan hiếm ở phần lớn đại dương mở, vì vậy ở những vùng giàu các chất dinh dưỡng khác, nó có thể là yếu tố hạn chế lượng thực vật phù du có thể phát triển.