海洋生物地球化学循环

碳、氮、磷和其他元素在海洋中通过生物、化学和环流驱动的紧密耦合循环，使海洋成为地球气候和化学的巨大调节器。

Definition

海洋生物地球化学循环是指生物和地球化学重要元素在海洋中溶解态、颗粒态、生命态和沉积态储库之间移动并与大气交换的耦合途径。

Scope

本主题涵盖海洋碳循环、溶解度和生物碳泵、包括固氮、硝化和反硝化在内的氮循环、磷、硅和铁的循环、与大气的气体交换，以及这些循环与海洋环流和沉积物的耦合。

Core questions

• 溶解度和生物泵如何将碳从表层输送到深海？
• 哪些微生物转化驱动海洋氮循环，氮的输入和损失如何平衡？
• 不同元素的循环如何通过有机物和环流联系起来？
• 这些循环如何在短期和地质时间尺度上调节大气二氧化碳？

Key theories

溶解度和生物碳泵

碳通过物理方式（冷表层水下沉携带溶解的二氧化碳）和生物方式（下沉的有机颗粒将碳从表层输出）被吸入深海。

海洋氮循环平衡

生物固氮增加固定氮，而反硝化和厌氧氨氧化（anammox）去除固定氮，这些微生物过程的长期平衡调节着海洋中这种通常限制性营养物质的存量。

Mechanisms

光合作用将碳和营养物质固定为有机物，有机物下沉并在深处被呼吸，而气体交换和冷密水下沉将二氧化碳向下输送；微生物群落将氮在其氧化态之间转化，而沉积物中的缓慢埋藏在地质时间尺度上完成了这些循环。环流将表层和深层储库连接起来，决定了交换的时间尺度。

Clinical relevance

这些循环控制着海洋从大气中去除多少二氧化碳，从而调节气候的作用，而由变暖和污染驱动的营养物质和氧气循环变化则会改变生产力、死区以及氧化亚氮等温室气体的排放。

History

在雷德菲尔德元素比率的基础上，海洋生物地球化学的现代综合研究兴起于20世纪后期的全球调查项目（GEOSECS、JGOFS、WOCE）以及地球系统思维，后者将海洋循环视为行星碳和氮预算的核心组成部分。

Key figures

• Alfred Redfield
• Paul Falkowski
• Nicolas Gruber

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• falkowski2000

Frequently asked questions

什么是生物泵？

它是一系列过程的总称，通过这些过程，海洋生物将溶解的二氧化碳转化为有机物，有机物下沉到深海，从而将碳从与大气的接触中转移开。

海洋如何影响大气二氧化碳？

通过气体交换及其溶解度和生物泵，海洋吸收了人类排放的大部分二氧化碳，并且在更长的时间尺度上，调节着大气中该气体的自然水平。