Các Chu Trình Sinh Địa Hóa Đại Dương

Carbon, nitơ, phốt pho và các nguyên tố khác luân chuyển trong đại dương theo các vòng lặp liên kết chặt chẽ, được thúc đẩy bởi sinh học, hóa học và sự lưu thông, biến biển thành một yếu tố điều hòa rộng lớn khí hậu và hóa học của Trái Đất.

Definition

Các chu trình sinh địa hóa đại dương là các con đường liên kết mà qua đó các nguyên tố quan trọng về mặt sinh học và địa hóa di chuyển giữa các bể chứa hòa tan, dạng hạt, sinh vật sống và trầm tích trong biển, đồng thời trao đổi với khí quyển.

Scope

Chủ đề này bao gồm chu trình carbon biển và các bơm carbon hòa tan và sinh học, chu trình nitơ bao gồm cố định, nitrat hóa và khử nitrat, chu trình phốt pho, silic và sắt, sự trao đổi khí với khí quyển, và sự liên kết của các chu trình này với sự lưu thông và trầm tích của đại dương.

Core questions

• Các bơm hòa tan và sinh học vận chuyển carbon từ bề mặt xuống đại dương sâu như thế nào?
• Những biến đổi vi sinh vật nào thúc đẩy chu trình nitơ biển, và sự cân bằng giữa đầu vào và mất mát nitơ diễn ra như thế nào?
• Các chu trình của các nguyên tố khác nhau được liên kết thông qua vật chất hữu cơ và sự lưu thông như thế nào?
• Các chu trình này điều hòa carbon dioxide trong khí quyển như thế nào trong các thang thời gian ngắn và địa chất?

Key theories

Các bơm carbon hòa tan và sinh học

Carbon được kéo vào đại dương sâu cả về mặt vật lý, khi nước bề mặt lạnh chìm xuống mang theo carbon dioxide hòa tan, và về mặt sinh học, khi các hạt hữu cơ chìm xuống vận chuyển carbon ra khỏi bề mặt.

Cân bằng chu trình nitơ biển

Quá trình cố định nitơ sinh học bổ sung nitơ cố định trong khi quá trình khử nitrat và anammox loại bỏ nó, và sự cân bằng dài hạn của các quá trình vi sinh vật này điều hòa lượng chất dinh dưỡng thường hạn chế này trong đại dương.

Mechanisms

Quá trình quang hợp cố định carbon và chất dinh dưỡng vào vật chất hữu cơ, sau đó chìm xuống và được hô hấp ở độ sâu, trong khi sự trao đổi khí và sự chìm xuống của nước lạnh đậm đặc vận chuyển carbon dioxide xuống dưới; các cộng đồng vi sinh vật biến đổi nitơ giữa các trạng thái oxy hóa của nó, và sự chôn vùi chậm trong trầm tích khép kín các chu trình trong thời gian địa chất. Sự lưu thông liên kết các bể chứa bề mặt và sâu lại với nhau, thiết lập thang thời gian trao đổi.

Clinical relevance

Các chu trình này kiểm soát lượng carbon dioxide mà đại dương loại bỏ khỏi khí quyển và do đó vai trò của nó trong việc điều hòa khí hậu, trong khi những thay đổi trong chu trình chất dinh dưỡng và oxy do sự ấm lên và ô nhiễm làm thay đổi năng suất, các vùng chết và sự phát thải khí nhà kính như oxit nitơ.

History

Dựa trên tỷ lệ nguyên tố của Redfield, sự tổng hợp hiện đại của sinh địa hóa biển nổi lên từ các chương trình khảo sát toàn cầu (GEOSECS, JGOFS, WOCE) vào cuối thế kỷ XX và từ tư duy hệ thống Trái Đất, vốn coi các chu trình của đại dương là thành phần trung tâm của ngân sách carbon và nitơ của hành tinh.

Key figures

• Alfred Redfield
• Paul Falkowski
• Nicolas Gruber

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• falkowski2000

Frequently asked questions

Bơm sinh học là gì?

Đó là tập hợp các quá trình mà qua đó sinh vật biển chuyển đổi carbon dioxide hòa tan thành vật chất hữu cơ chìm xuống đại dương sâu, vận chuyển carbon ra khỏi sự tiếp xúc với khí quyển.

Đại dương ảnh hưởng đến carbon dioxide trong khí quyển như thế nào?

Thông qua sự trao đổi khí và các bơm hòa tan và sinh học của nó, đại dương hấp thụ một phần lớn lượng khí thải carbon dioxide của con người và, trong thời gian dài hơn, điều hòa mức độ tự nhiên của khí này trong khí quyển.