Jump to content

Морские биогеохимические циклы

Морские биогеохимические циклы
Доминирующей особенностью планеты, просмотренной из космоса, является вода - океаны жидкой воды затопляют большую часть поверхности, в то время как водяные пары кружится в атмосферных облаках, а столбы покрыты льдом. В целом, океаны образуют одну морскую систему, где жидкая вода - «универсальный растворитель» - растворяет питательные вещества и вещества, содержащие такие элементы, как кислород, углерод, азот и фосфор. Эти вещества бесконечно циклеруют и переработаны, химически комбинируются, а затем снова разбиты, растворяются, а затем ускоряются или испаряются, импортируются и экспортируются обратно в землю, атмосферу и дно океана. Прикрепленные как биологической активностью морских организмов, так и природными силами Солнца, так и приливами и движениями в коре Земли, это морские биогеохимические циклы.

Морские биогеохимические циклы - это биогеохимические циклы , которые встречаются в морских средах , то есть в соленой воде морей или океанов или солоноватой воде прибрежных устьев . Эти биогеохимические циклы являются путями химические вещества и элементы проходят через морскую среду. Кроме того, вещества и элементы могут быть импортированы или экспортированы из морской среды. Этот импорт и экспорт могут происходить в виде обменов с атмосферой выше, дном океана внизу или в качестве стока из земли.

Существуют биогеохимические циклы для элементов кальция , углерода , водорода , ртути , азота , кислорода , фосфора , селена и серы ; молекулярные циклы для воды и кремнезема ; Макроскопические циклы, такие как цикл камней ; а также индуцированные человеком циклы для синтетических соединений, таких как полихлорированный бифенил (ПХБ). В некоторых циклах есть резервуары, где вещество можно хранить в течение длительного времени. Велосипед этих элементов взаимосвязан.

Морские организмы , и особенно морские микроорганизмы имеют решающее значение для функционирования многих из этих циклов. Силы, управляющие биогеохимическими циклами, включают метаболические процессы в организмах, геологические процессы с участием мантии Земли, а также химические реакции среди самих веществ, поэтому они называются биогеохимическими циклами. В то время как химические вещества могут быть разбиты и перечислены, сами химические элементы не могут быть не созданы и не разрушены этими силами, поэтому помимо некоторых потерь и выигрывает от космоса, элементы переработаны или хранятся (секвестрируются) где -то на или внутри планеты Полем

Энергия протекает направлено через экосистемы, вступая в солнечный свет (или неорганические молекулы для химитотрофов) и оставляя в качестве тепла во время многих передач между трофическими уровнями. Однако вопрос, который составляет живые организмы, сохраняется и переработана. Шесть наиболее распространенных элементов, связанных с органическими молекулами - углерод, азот, водород, кислород, фосфор и сера, - обрабатывать различные химические формы и могут существовать в течение длительных периодов атмосферы, на земле, в воде или под поверхностью Земли Полем Геологические процессы, такие как выветривание, эрозия, дренаж воды и субдукция континентальных пластин, все играют роль в этой переработке материалов. Поскольку геология и химия играют важную роль в изучении этого процесса, переработка неорганической материи между живыми организмами и их окружающей средой называется биогеохимическим циклом. [ 1 ]

Шесть вышеупомянутых элементов используются организмами различными способами. Водород и кислород обнаруживаются в воде и органических молекулах, оба из которых необходимы для жизни. Углерод обнаруживается во всех органических молекулах, тогда как азот является важным компонентом нуклеиновых кислот и белков. Фосфор используется для изготовления нуклеиновых кислот и фосфолипидов, которые составляют биологические мембраны. Сера имеет решающее значение для трехмерной формы белков. Велосипед этих элементов взаимосвязан. Например, движение воды имеет решающее значение для выщелачивания серы и фосфора в реки, которые затем могут течь в океаны. Минералы циклически проходят через биосферу между биотическими и абиотическими компонентами и от одного организма к другому. [ 2 ]

Цикл воды

[ редактировать ]
Взаимодействие наземных и атмосферных водных циклов с циклом морской воды

Вода - это среда океанов, среда, которая несет все вещества и элементы, участвующие в морских биогеохимических циклах. Вода, найденная в природе, почти всегда включает растворенные вещества, поэтому вода была описана как «универсальный растворитель» для его способности растворять так много веществ. [ 3 ] [ 4 ] Эта способность позволяет быть « растворителем жизни» [ 5 ] Вода также является единственным распространенным веществом, которое существует в виде твердого , жидкости и газа в нормальных земных условиях. [ 6 ] Поскольку жидкая вода течет, океанские воды циклически цифруют и текут в течениях по всему миру. Поскольку вода легко меняет фазу, ее можно перенести в атмосферу в качестве водяного пара или замороженного в качестве айсберга. Затем он может осадить или плавить, чтобы снова стать жидкой водой. Вся морская жизнь погружена в воду, матрицу и саму чреву жизни. [ 7 ] Вода может быть разбита на его составляющий водород и кислород с помощью метаболических или абиотических процессов, а затем рекомбинация, чтобы снова стать водой.

В то время как водный цикл сам по себе является биогеохимическим циклом , поток воды и под землей является ключевым компонентом цикла других биогеохимических веществ. [ 8 ] Стоки отвечают практически за весь транспорт эродированного осадка и фосфора от земли к водяным костям . [ 9 ] Культурная эвтрофикация озер происходит в первую очередь из -за фосфора, применяемого в избытке к сельскохозяйственным полям у удобрений , а затем транспортируется по суше и вниз по рекам. Как сток, так и поток подземных вод играют значительную роль в транспортировке азота из земли в водные тела. [ 10 ] Мертвая зона в выходе реки Миссисипи является следствием того, что нитраты из удобрений переносятся с сельскохозяйственных полей и направляются вниз по речной системе в Мексиканский залив . Стоки также играют роль в углеродном цикле , опять же, через транспортировку разрушенной скалы и почвы. [ 11 ]

Океанская соленость

[ редактировать ]

Соленость океана происходит в основном из выветривания камней и транспортировки растворенных солей из земли, с меньшим вкладом гидротермальных вентиляционных отверстий в морском дне. [ 12 ] Испарение океанской воды и образование морского льда еще больше повышают соленость океана. Однако эти процессы, которые увеличивают соленость, постоянно уравновешиваются процессами, которые уменьшают соленость, такие как непрерывный ввод пресной воды из рек, осаждение дождя и снега и плавление льда. [ 13 ] Двумя наиболее распространенными ионами в морской воде являются хлорид и натрия. Вместе они составляют около 85 процентов всех растворенных ионов в океане. Ионы магния и сульфата составляют большую часть остальных. Соленость варьируется в зависимости от температуры, испарения и осадков. Как правило, он низкий на экваторе и полюсах и высокий в средних затратах. [ 12 ]

Морской спрей

[ редактировать ]
Морский спрей, содержащий морские микроорганизмы , и все вещества и элементы, содержащиеся в их телах, могут быть охвачены высоко в атмосферу. Там они становятся аэропланктоном и могут путешествовать по миру, прежде чем упасть на землю.

Поток воздушных микроорганизмов окружает планету над погодными системами, но ниже коммерческих воздушных дорожек. [ 16 ] Некоторые перипатетические микроорганизмы охвачены от наземных пыльных бури, но большинство из них происходят из морских микроорганизмов при морском спрея . В 2018 году ученые сообщили, что сотни миллионов вирусов и десятков миллионов бактерий ежедневно откладываются на каждом квадратном метре вокруг планеты. [ 17 ] [ 18 ] Это еще один пример воды, способствующей транспортировке органического материала на больших расстояниях, в данном случае в форме живых микроорганизмов.

Растворенная соль не испаряется обратно в атмосферу, как воду, но она образует аэрозоли морской соли при морском спрее . Многие физические процессы над поверхностью океана генерируют аэрозоли морской соли. Одной из распространенных причин является разрыв пузырьков воздуха , которые увлекаются напряжением ветра во время образования WhiteCap . Другой - разрыв капель с волновых топов. [ 19 ] Общий поток морской соли от океана к атмосфере составляет около 3300 тг (3,3 миллиарда тонн) в год. [ 20 ]

Циркуляция океана

[ редактировать ]
Upwelling, вызванный оффшорным ветром в трении с поверхностью океана
Впвеллинг может быть вызван, если ветер вдоль берега движется к экватору, вызывая транспорт Экмана
Два механизма, которые приводят к повышению . В каждом случае, если бы направление ветра было изменено, оно вызвало бы понижение . [ 21 ]
Вентиляция глубокого океана
Антарктический циркумполярный ток с ветвями, соединяющимися с глобальной конвейерной лентой

Солнечное излучение влияет на океаны: теплая вода от экватора имеет тенденцию циркулировать к полюсам , в то время как холодная полярная вода направляется к экватору. Поверхностные токи изначально продиктованы условиями поверхностного ветра. Пассаты дуют на запад в тропиках, [ 22 ] и западные взорвались на восток в середине латинота. [ 23 ] Эта схема ветра применяет напряжение к поверхности субтропического океана с негативным скручиванием через северное полушарие , [ 24 ] и наоборот через южное полушарие . Полученный транспорт Sverdrup является экватором. [ 25 ] Из-за сохранения потенциальной завихренности, вызванной ветром, движущимися по шесту на западной периферии субтропического хребта , и повышенной относительной завихренностью воды, движущейся полюсовой, транспорт сбалансируется узким, ускоряющимся током полюса, который течет вдоль западной границы Океанский бассейн, перевешивая последствия трения с холодным западным пограничным током, который происходит от высоких широт. [ 26 ] Общий процесс, известный как западная интенсификация , вызывает то, что течения на западной границе бассейна океана сильнее, чем на восточной границе. [ 27 ]

По мере того, как он путешествует по шесту, теплой вода, транспортируемая сильным теплой водой, подвергается испарительному охлаждению. Охлаждение приводится к ветру: ветер, движущийся над водой, охлаждает воду, а также вызывает испарение , оставляя более соленый рассол. В этом процессе вода становится более соленой и плотной. и уменьшается по температуре. Как только морской лед образуется, соли остаются вне льда, процесс, известный как исключение рассола. [ 28 ] Эти два процесса производят воду, которая более плотнее и холоднее. Вода через Северный Атлантический океан становится настолько плотной, что начинает опускаться через менее соленую и менее плотную воду. Этот нисходящий поток тяжелой, холодной и плотной воды становится частью северной Атлантической глубокой воды , южно -жидкости. [ 29 ]

Ветры управляют океанскими течениями в верхних 100 метрах поверхности океана. Тем не менее, океанские течения также текут тысячи метров ниже поверхности. Эти глубокие токи обусловлены различиями в плотности воды, которая контролируется температурой (термо) и соленостью (Галин). Этот процесс известен как термогалиновая циркуляция. В полярных регионах Земли вода океана становится очень холодной, образуя морской лед. Как следствие, окружающая морская вода становится более соленой, потому что, когда образуется морской лед, соль остается позади. По мере того, как морская вода становится более соленой, его плотность увеличивается, и она начинает тонуть. Поверхностная вода втягивается, чтобы заменить тонущую воду, которая, в свою очередь, становится холодной и достаточно соленой, чтобы опуститься. Это инициирует глубокоокеанские токи, управляющие глобальной конвейерной лентой. [ 30 ]

Термогалиновая циркуляция ведет глобальную систему токов, называемую «глобальной конвейерной лентой». Конвейерная лента начинается на поверхности океана возле полюса в Северной Атлантике. Здесь вода охлаждается арктическими температурами. Это также становится более соленой, потому что, когда образуется морской лед, соль не замерзает и остается в окружающей воде. Холодная вода теперь более плотная из -за дополнительных солей и опускается к дну океана. Поверхностная вода движется, чтобы заменить тонущую воду, создавая тем самым ток. Эта глубокая вода движется на юг, между континентами, мимо экватора и вплоть до конца Африки и Южной Америки. Ток движется по краю Антарктиды, где вода остывает и снова опускается, как это происходит в Северной Атлантике. Таким образом, конвейерная лента "перезаряжается". Когда он перемещается вокруг Антарктиды, две секции разделились от конвейера и поворачиваются на север. Один участок движется в Индийский океан, другой в Тихий океан. Эти две секции, которые разделяют разогрев и становятся менее плотными, когда они движутся на север в направлении экватора, так что они поднимаются на поверхность (Upwelling). Затем они отступают на юг и на запад к южной Атлантике, в конечном итоге возвращаясь в Северную Атлантику, где начинается цикл. Конвейерная лента движется с гораздо более медленной скоростью (несколько сантиметров в секунду), чем ветровые или приливные токи (от десятков до сотен сантиметров в секунду). По оценкам, любой заданный кубический метр воды занимает около 1000 лет, чтобы завершить путешествие по глобальной конвейерной ленте. Кроме того, конвейер перемещает огромный объем воды - в 100 раз больше потока реки Амазонки (Ross, 1995). Конвейерная лента также является жизненно важным компонентом мировых циклов питательных веществ в океане и углекислого газа. Теплые поверхностные воды истощены питательными веществами и углекислым газом, но они снова обогащены, когда они проходят через конвейерную ленту как глубокие или нижние слои. Основание мировой пищевой цепи зависит от прохладных, богатых питательными веществами воды, которые поддерживают рост водорослей и водорослей. [ 31 ]

Среднее время проживания мирового проживания молекулы воды в океане составляет около 3200 лет. Для сравнения среднее время проживания в атмосфере составляет около девяти дней. Если он заморожен в Антарктике или втянут в глубокие грунтовые воды, его можно секвестрировать в течение десяти тысяч лет. [ 32 ] [ 33 ]

Езда на велосипеде ключевых элементов

[ редактировать ]
Некоторые ключевые элементы, участвующие в морских биогеохимических циклах
Элемент
Диаграмма Описание
Углерод
Морской углеродный цикл включает в себя процессы, которые обмениваются углеродом между различными бассейнами в океане, а также между атмосферой, внутренней частью земли и морским днем . Углеродный цикл является результатом многих взаимодействующих сил в течение нескольких временных и пространственных масштабов, которые циркулируют углерод вокруг планеты, гарантируя, что углерод будет доступен во всем мире. Морский углеродный цикл является центральным в глобальном углеродном цикле и содержит как неорганический углерод (углерод, который не связан с живым существом, таким как углекислый газ), так и органический углерод (углерод, который или был включен в живое существо). Часть морского углеродного цикла трансформирует углерод между неживым и живым веществом. Три основных процесса (или насосы), которые составляют морской углеродный цикл, приводят к атмосферному углекисению (CO 2 ) в внутреннюю часть океана и распределяют его через океаны. Эти три насоса: (1) насос растворимости, (2) карбонатный насос и (3) биологический насос. Общий активный бассейн углерода на поверхности Земли на протяжении длительности менее 10 000 лет составляет примерно 40 000 гигатонов C (GT C, гигатон - один миллиард тонн, или вес приблизительно 6 миллионов синие киты ), и около 95% (~ 38 000 гт c) хранятся в океане, в основном как растворенный неорганический углерод. [ 34 ] [ 35 ] Видообразование растворенного неорганического углерода в морском углеродном цикле является первичным контроллером химии кислотной базы в океанах.
Кислород
Кислородный цикл включает биогеохимические переходы кислорода атомов между различными состояниями окисления в ионах , оксидах и молекулах посредством окислительно -восстановительных реакций внутри и между сферами/резервуарами планеты Земля. [ 36 ] Слово кислород в литературе обычно относится к молекулярному кислороду (O 2 ), поскольку оно является общим продуктом или реагентом многих биогеохимических окислительно -восстановительных реакций в цикле. [ 37 ] Процессы внутри кислородного цикла считаются биологическими или геологическими и оцениваются как источник (O 2 производство) или раковина (O 2 потребление). [ 36 ] [ 37 ]
Водород
Хиходный цикл состоит из обмена водородами между биотическими (живыми) и абиотическими (неживых) источниками и поглотителями водородных соединений. Водород (H) является наиболее распространенным элементом во вселенной. [ 38 ] На Земле общие H-содержащие неорганические молекулы включают воду (H 2 O), газ водорода (H 2 ), метан (CH 4 ), серо водорода (H 2 S) и аммиак (NH 3 ). Многие органические соединения также содержат атомы H, такие как углеводороды и органическое вещество . Учитывая повсеместность атомов водорода в неорганических и органических химических соединениях, водородный цикл фокусируется на молекулярном водороде (H 2 ).
Азот
Азотный цикл - это процесс, с помощью которого азот превращается в множественные химические формы, поскольку он циркулирует среди атмосферы , наземных и морских экосистем . Преобразование азота может быть проведено как посредством биологических, так и через физические процессы. Важные процессы в цикле азота включают фиксацию , аммонификацию , нитрификацию и денитрификацию . 78% атмосферы Земли составляет молекулярный азот (N 2 ), [ 39 ] Сделать его самым большим источником азота. Тем не менее, атмосферный азот имеет ограниченную доступность для биологического использования, что приводит к дефициту полезного азота во многих типах экосистем . Цикл азота представляет особый интерес для экологов , поскольку доступность азота может влиять на скорость ключевых экосистемных процессов, включая первичное производство и разложение . Человеческие действия, такие как сжигание ископаемого топлива, использование искусственных азотных удобрений и высвобождение азота в сточных водах, значительно изменили глобальный азотный цикл . [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] Модификация человека глобального азотного цикла может негативно повлиять на систему природной среды, а также на здоровье человека. [ 43 ] [ 44 ]
Фосфор
Цикл фосфора - это движение фосфора через литосферу , гидросферу и биосферу . В отличие от многих других биогеохимических циклов, атмосфера не играет существенной роли в движении фосфора, потому что фосфор и соединения на основе фосфора обычно являются твердыми веществами на типичных диапазонах температуры и давления, обнаруженных на Земле. Производство фосфинового газа происходит только в специализированных местных условиях. Следовательно, цикл фосфора следует просматривать из всей системы Земли, а затем специально фокусироваться на цикле в наземных и водных системах. Местно, трансформации фосфора являются химическими, биологическими и микробиологическими: однако основные долгосрочные переводы в глобальном цикле обучаются тектоническими движениями в геологическое время . [ 45 ] Люди вызвали серьезные изменения в глобальном цикле фосфорса посредством доставки фосфорных минералов и использования фосфорных удобрений , а также доставку продуктов питания с ферм в города, где он теряется в качестве сточных вод.
Сера
Цикл серы - это коллекция процессов, с помощью которых сера движется между породами, водными путями и живыми системами. Такие биогеохимические циклы важны в геологии, потому что они влияют на многие минералы. Биохимические циклы также важны для жизни, потому что сера является важным элементом , являющимся компонентом многих белков и кофакторов , а соединения серы могут использоваться в качестве окислителей или редуктантов в микробном дыхании. [ 46 ] Глобальный цикл серы включает в себя трансформации видов серы через различные состояния окисления, которые играют важную роль как в геологических, так и в биологических процессах. Основная раковина Земли - океаны, так что 4 2− , где это основной окислительный агент . [ 47 ]
Железо
Цикл железа (Fe) является биогеохимическим циклом железа через атмосферу , гидросферу , биосферу и литосферу . В то время как FE очень распространен в земной коре, [ 48 ] Это реже в оксигенированных поверхностных водах. Железо является ключевым микроэлементом в первичной продуктивности , [ 49 ] и ограничивающее питательное вещество в южной части океана, восточной экваториальной части Тихого океана и Субарктического Тихого океана, называемого областями с высоким содержанием питательных веществ, низкофулорофилла (HNLC) океана. [ 50 ] Железо существует в диапазоне состояний окисления от -2 до +7; Однако на Земле он преобладает в своем окислительно-восстановительном состоянии +2 или +3 и является первичным окислительно-восстановительным металлом на Земле. [ 51 ] Велосипед железа между его +2 и +3 состояниями окисления называется циклом железа. Этот процесс может быть полностью абиотичным или облегченным микроорганизмами , особенно железо-окисляющими бактериями . Абиотические процессы включают ржавчину железных металлов, где Fe 2+ абиотически окисляется до Fe 3+ в присутствии кислорода и восстановления Fe 3+ в Fe 2+ Железные минералы. Биологический велосипед Fe 2+ выполняется путем окисления железа и уменьшения микробов. [ 52 ] [ 53 ]
Кальций
Кальциевый цикл представляет собой перенос кальция между растворенными и твердыми фазами. Существует непрерывное снабжение ионов кальция в водные пути из пород , организмов и почв . [ 54 ] [ 55 ] Ионы кальция потребляются и удаляются из водной среды, поскольку они реагируют на образование нерастворимых структур, таких как карбонат кальция и силикат кальция, [ 54 ] [ 56 ] который может нанести на сформулирование отложений или экзоскелетов организмов. [ 57 ] Ионы кальция также могут быть использованы биологически , так как кальций имеет важное значение для биологических функций, таких как производство костей и зубов или клеточная функция. [ 58 ] [ 59 ] Кальциевый цикл является общей нитью между наземными, морскими, геологическими и биологическими процессами. [ 60 ] Морской кальциевый цикл влияет изменение атмосферного диоксида углерода из -за подкисления океана . [ 57 ]
Кремний
Цикл кремнезема включает в себя транспортировку кремнезема между системами Земли. Опал кремнезем (SIO 2 ), также называемый диоксидом кремния , представляет собой химическое соединение кремния . Кремний является биологическим элементом и является одним из самых распространенных элементов на Земле. [ 61 ] [ 62 ] Цикл кремнезема имеет значительное перекрытие с углеродным циклом (см. Цикл карбоната -силиката ) и играет важную роль в секвестрации углерода посредством континентального выветривания , биогенного экспорта и погребения, когда вытекает на геологических временных масштабах. [ 63 ]

Модели коробок

[ редактировать ]
Основная модель с одной коробкой
Модели коробок широко используются для иллюстрации потоков в биогеохимических циклах [ 64 ]

Модели коробок широко используются для моделирования биогеохимических систем. [ 65 ] Модели ящиков являются упрощенными версиями сложных систем, уменьшая их в коробки (или резервуары для хранения ) для химических материалов, связанных с потоками материала (потоки). Простые модели коробок имеют небольшое количество коробок со свойствами, такими как громкость, которые не меняются со временем. Предполагается, что коробки ведут себя так, как если бы они были смешаны. [ 64 ] Эти модели часто используются для получения аналитических формул, описывающих динамику и стационарную изобилие химических видов.

Диаграмма справа показывает основную модель с одной коробкой. Водохранилище содержит количество материала M рассматриваемого , как определено химическими, физическими или биологическими свойствами. Источник Q - это поток материала в резервуар, а раковина S - поток материала из резервуара. Бюджет - это проверка и баланс источников и раковин, влияющих на текучесть материала в резервуаре. Водохранилище находится в стабильном состоянии , если Q = S , то есть, если источники уравновешивают раковины, и со временем нет никаких изменений. [ 64 ]

Измерительные единицы

Глобальные биогеохимические модели коробок обычно измеряются:
            - Массы водохранилища в Петграммах (PG)
            - Потоки потока в петиграммах в год (PG YR −1 )
           Диаграммы в этой статье в основном используют эти единицы
________________________________________________
одна петиграмма = 10 15 грамм = одна гигатонна = один миллиард (10 9 ) тонны

Время оборота (также называемое временем обновления или возрастом выхода) является средним временным материалом тратит резидент в водохранилище. Если резервуар находится в стабильном состоянии, это то же самое, что и время, которое необходимо для заполнения или истощения резервуара. Таким образом, если τ - время оборота, то τ = m/s. [ 64 ] Уравнение, описывающее скорость изменения контента в резервуаре, является

Когда два или более резервуаров подключены, материал может рассматриваться как езда на велосипеде между резервуарами, и в циклическом потоке могут быть предсказуемые закономерности. [ 64 ] Более сложные модели с несколькими многобокс обычно решаются с использованием численных методов.

Упрощенный бюджет океанских углеродных потоков пример модели трех коробок [ 66 ]
Экспорт и показатели захоронения наземного органического углерода в океане
Пример более сложной модели со многими взаимодействующими коробками
Массы резервуара здесь представляют собой запасы углерода , измеренные в PG C. Потоки обмена углерода, измеренные в PG C YR −1 , встречаются между атмосферой и двумя основными раковинами, землей и океаном. Черные числа и стрелы указывают на массу резервуара и потоки обмена, оцененные за 1750 год, незадолго до промышленной революции . Красные стрелы (и связанные с ними цифры) указывают годовые изменения потока из -за антропогенной активности, усредненные в течение периода времени 2000–2009 годов. Они представляют, как карбоновый цикл изменился с 1750 года. Красные числа в водохранилищах представляют собой кумулятивные изменения в антропогенном углероде с момента начала промышленного периода, 1750–2011. [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]

На диаграмме выше показан упрощенный бюджет углеродных потоков океана. Он состоит из трех простых взаимосвязанных моделей ящиков, одну для эвфотической зоны , одна для океанского внутреннего или темного океана и одну для океанских отложений . В эйвфотической зоне чистое производство фитопланктона составляет около 50 пг C каждый год. Около 10 пг экспортируется во внутреннюю часть океана, в то время как остальные 40 пг хранятся. Органическое деградация углерода происходит, когда частицы ( морской снег ) оседают через внутреннюю часть океана. Только 2 пг в конечном итоге прибывают в морское дно, в то время как остальные 8 пг хранятся в темном океане. В отложениях масштаб времени, доступная для деградации, увеличивается на порядки величины, в результате чего 90% доставляемого органического углерода разлагается и только 0,2 пг. −1 в конечном итоге похоронен и перенесен из биосферы в геосферу. [ 66 ]

Растворенное и частичное вещество

[ редактировать ]
Док -чистый производство, транспорт и экспорт в океане
Регионы значительного чистого производства DOC (широкие стрелы) включают в себя прибрежные и экваториальные регионы, которые поддерживают большую часть глобального нового производства. Док транспортируется в субтропические круги с ветроэнергетической циркуляцией. Экспорт имеет место, если при перевороте толщи воды присутствует экспортируемый DOC (повышенные концентрации, обозначенные темно -синими полями). Предшественник для глубокой и промежуточной образования массы воды. Док также экспортируется с субдукцией в Гире. В областях, где полярные лобные системы предотвращают докенришевую воду, служить предшественником для опрокидывания циркуляции (например, на участках Антарктической нижней воды в южном океане). Экспорт DOC является слабым компонентом биологического насоса. У водах к югу от Антарктического полярного фронта не хватает значительного экспортируемого документа (изображенного голубого полем) зимой. [ 70 ]
Растворенное органическое вещество (DOM)
Диаграмма Венна различных форм растворенного органического вещества (DOM), обнаруженная в воде. Общее количество органического вещества (TOM), общего органического углерода (TOC), растворенного органического углерода (DOC), органического углерода (POC), растворенного органического азота (DON) и растворенного органического фосфора (DOP). DOC может быть дополнительно разбит на его гуминовую ( гуминовую кислоту , фульво кислоту и HUMIN ) и не-химический материал. [ 71 ]
Размер и классификация морских частиц [ 72 ]
Адаптировано из Simon et al., 2002. [ 73 ]

Биологические насосы

[ редактировать ]
Важность антарктического криля в биогеохимических циклах
Процессы в биологическом насосе
Указанные цифры являются углеродными потоками (GT C YR -1) в белых ящиках
и углеродные массы (GT C) в темных коробках
Phytoplankton Convert CO 2 , который растворился из атмосферы в поверхностные океаны в органический углерод (POC) во время первичной продукции. Фитопланктон затем потребляется крилью и небольшими зоопланктонами, которые, в свою очередь, охотятся на более высокие трофические уровни. Любые бессомодействующие фитопланктонные агрегаты образуют агрегаты, а также наряду с зоопланктонами фекальные гранулы, быстро погружаются и экспортируются из смешанного слоя. Криль, зоопланктон и микробы перехватывают фитопланктон в поверхностном океане и тонущие детритовые частицы на глубине, потребляя и дыхали в этом POC в CO 2 (растворенный неорганический углерод, DIC), так что лишь небольшая доля поверхностного углерода в глубокий океан поглощает углерод в глубокий океан, в глубокий океан потерпел углерод в глубокий океан. (т.е. глубины> 1000 м). В качестве криля и более мелкого питания зоопланктона они также физически фрагментируют частицы в небольшие, медленные или неживые кусочки (посредством неаккуратного кормления, копла, при фрагментировании фекалий), задерживая экспорт POC. Это выпускает растворенный органический углерод (DOC) либо непосредственно из клеток, либо косвенно посредством бактериальной солюбилизации (желтый круг вокруг DOC). Бактерии могут затем повторно повторно рассказать DOC в DIC (CO 2 , микробное садоводство). Диэль вертикально мигрируя криль, меньший зоопланктон и рыба могут активно переносить углерод в глубину, потребляя POC в поверхностном слое ночью и метаболизируя его в дневной, мезопелагической резиденции. В зависимости от истории жизни вида, активный транспорт также может происходить на сезонной основе. [ 74 ]

, Биологический насос в его простейшей форме, представляет собой биологически управляемую океаном секвестрацию углерода от атмосферы до океана и отложений морского дна . [ 75 ] Это часть океанического углеродного цикла, ответственная за цикл органического вещества , образованного в основном фитопланктоном во время фотосинтеза (насос мягких тканей), а также цикл карбоната кальция (Caco 3 ), образованный в раковинах определенными организмами, такими как планктон и моллюски (карбонатный насос). [ 76 ]

Биологический насос можно разделить на три отдельных этапа, [ 77 ] Первым из которых является производство фиксированного углерода с помощью планктонных фототтрофов в эйфотической (солнечной) области поверхности океана. В этих поверхностных водах фитопланктон использует углекислый газ (CO 2 ), азот (N), фосфор (P) и другие следовые элементы ( барий , железо , цинк и т. Д.) Во время фотосинтеза, чтобы сделать углеводы , липиды и белки . Некоторые планктон (например, кокколитофоры и фораминифер ) объединяют кальций (CA) и растворенные карбонаты ( карбокислота и бикарбонат ), образуя защитное покрытие карбоната кальция (Caco 3 ).

Насос океанического кита, где киты циклически цифровые питательные вещества через толщу воды

Как только этот углерод зафиксируется в мягкую или твердую ткань, организмы либо остаются в эйуфотической зоне, которые будут переработаны как часть регенеративного цикла питательных веществ , либо после того, как они умирают, продолжитесь до второй фазы биологического насоса и начните тонуть в океан пол. Тонущие частицы часто образуют агрегаты, когда они погружаются, значительно увеличивая скорость тонущего. Именно эта агрегация дает частицам больше шансов избежать хищничества и разложения в толще воды и в конечном итоге добраться до морского дна.

Фиксированный углерод, который либо разлагается бактериями на пути вниз, либо один раз на морском дне, затем вступает в конечную фазу насоса и реминерализован, который будет снова использоваться в первичном производстве . Частицы, которые полностью избегают этих процессов, секвестрированы в отложениях и могут оставаться там в течение миллионов лет. Именно этот секвестрированный углерод отвечает за в конечном итоге снижение атмосферного CO 2 .

Внешние видео
видео значок Циклы морского кислорода и углекислого газа
  • Brum JR, Morris JJ, Décima M и Stukel MR (2014) «Смертность в океанах: причины и последствия». ECO-DAS IX Симпозиум-разбирательство , глава 2, страницы 16–48. Ассоциация наук о лимнологии и океанографии. ISBN   978-0-9845591-3-8 .
  • Матеус, MD (2017) «Соединение разрыва между знанием и моделированием вирусов в морских системах - предстоящей границей». Границы в морской науке , 3 : 284. Два : 10.3389/fmars.2016.00284
  • Beckett, SJ и Weitz, JS (2017) «Соревнование по дебютированию нишевой соревнования от пастбищной смертности в экспериментах по разбавлению фитопланктона». PLOS One , 12 (5): E0177517. doi : 10.1371/journal.pone.0177517 .

Роль микроорганизмов

[ редактировать ]
Dom, POM и вирусный шунт
Связи между различными отсеками живых (бактерии/вирусов и фито-/зоопланктон) и неживой (DOM/POM и неорганическая вещество) среда [ 78 ]

Углерод, кислород и водородные циклы

[ редактировать ]

Морский углеродный цикл состоит из процессов, которые обмениваются углеродом между различными бассейнами в океане, а также между атмосферой, внутренней частью земли и морским днем . Углеродный цикл является результатом многих взаимодействующих сил в течение нескольких временных и пространственных масштабов, которые циркулируют углерод вокруг планеты, гарантируя, что углерод будет доступен во всем мире. Цикл углерода океанического углерода является центральным процессом глобального углеродного цикла и содержит как неорганический углерод (углерод, не связанный с живым существом, таким как углекислый газ), так и органический углерод (углерод, который или был включен в живое существо) Полем Часть морского углеродного цикла трансформирует углерод между неживым и живым веществом.

Три основных процесса (или насосы), которые составляют морской углеродный цикл, приводят к атмосферному углекисению (CO 2 ) в внутреннюю часть океана и распределяют его через океаны. Эти три насоса: (1) насос растворимости, (2) карбонатный насос и (3) биологический насос. Общий активный бассейн углерода на поверхности Земли на протяжении длительности менее 10 000 лет составляет примерно 40 000 гигатонов C (GT C, гигатон - один миллиард тонн, или вес приблизительно 6 миллионов синих китов ) и около 95% (~ 38 000 гт C) хранится в океане, в основном как растворенный неорганический углерод. [ 34 ] [ 35 ] Видообразование растворенного неорганического углерода в морском углеродном цикле является первичным контроллером химии кислотной базы в океанах.

Формы углерода [ 80 ]
Углеродная форма Химическая формула Состояние Главный водохранилище
углекислый газ CO 2 газ атмосфера
углекислота H 2 CO 3 жидкость океан
бикарбонатный ион HCO 3 - жидкость
(Распущенный ион )
океан
органические соединения Примеры:
C 6 H 12 O 6 (глюкоза)
CH 4 (Метан)
твердый
газ
Морские организмы
Органические отложения
( ископаемое топливо )
Другие углеродные соединения Примеры:
Caco 3 (карбонат кальция)
CAMG (CO 3 ) 2
(Карбонат кальциевого магния)
твердый раковины
осадочный рок

Циклы азота и фосфора

[ редактировать ]
Мертвые зоны встречаются в океане, когда фосфор и азот из удобрений в стоке на земле вызывают чрезмерный рост микроорганизмов, которые истощают кислород и убивают фауну. Во всем мире крупные мертвые зоны встречаются в прибрежных районах с высокой плотностью населения. [ 1 ]
Взаимодействие между морским биогеохимическим
Циклы углерода, азота и фосфора

RDOC: непостоянный растворенный органический углерод                                                   
DOM: растворенное органическое материал                  POM: органический материал частиц

Цикл азота так же важен в океане, как и на суше. Хотя общий цикл похож в обоих случаях, в океане существуют разные игроки и способы передачи азота. [ 81 ] Азот попадает в океан через осадки, сток или как n 2 из атмосферы. Азот не может быть использован фитопланктоном в качестве N 2, поэтому он должен подвергаться азотной фиксации , которая выполняется преимущественно цианобактериями . [ 82 ] Без поставки фиксированного азота, попадающего в морской цикл, фиксированный азот будет использован примерно через 2000 лет. [ 83 ] Фитопланктон нуждается в азоте в биологически доступных формах для первоначального синтеза органического вещества. Аммиак и мочевина выпускаются в воду путем выведения из планктона. Источники азота удаляются из эуфотической зоны путем нисходящего движения органического вещества. Это может произойти от тонущего фитопланктона, вертикального смешивания или погружения отходов вертикальных миграторов. Погружение приводит к тому, что аммиак вводится на более низких глубинах ниже эвфотической зоны. Бактерии способны преобразовать аммиак в нитрит и нитрат , но они ингибируются светом, так что это должно происходить ниже эуфотической зоны. [ 82 ] Аммонификация или минерализация выполняется бактериями для преобразования органического азота в аммиак. Затем может возникнуть нитрификация для преобразования аммония в нитрит и нитрат. [ 84 ] Нитрат может быть возвращен в эуфотическую зону с помощью вертикального смешивания и подъема , где он может быть поднят фитопланктоном для продолжения цикла. N 2 может быть возвращен в атмосферу посредством денитрификации .

Считается, что аммоний является предпочтительным источником фиксированного азота для фитопланктона, поскольку его ассимиляция не включает окислительно -восстановительную реакцию и, следовательно, требует небольшой энергии. Нитрат требует окислительно -восстановительной реакции для ассимиляции, но более распространен, поэтому большинство фитопланктона адаптировались, чтобы иметь ферменты, необходимые для выполнения этого восстановления ( нитратредуктаза ). Есть несколько известных и известных исключений, которые включают в себя большинство прохлорококков и некоторые Synechococcus , которые могут занимать только азот только как аммоний. [ 83 ]

Фосфор является важным питательным веществом для растений и животных. Фосфор является ограничивающим питательным веществом для водных организмов. Фосфор образует части важных жизнеобеспеченных молекул, которые очень распространены в биосфере. Фосфор действительно попадает в атмосферу в очень небольших количествах, когда пыль растворяется в дождевой воде и море, но остается в основном на земле и в горных и почвенных минералах. Восемьдесят процентов добытого фосфора используется для изготовления удобрений. Фосфаты из удобрений, сточных вод и моющих средств могут вызвать загрязнение в озерах и ручьях. Чрезмерное обогащение фосфата как в свежих, так и в прибрежных морских водах может привести к массивным цветам водорослей , которые, когда они умирают и разлагаются, приводят только к эвтрофикации только пресноводных вод. Недавние исследования показывают, что преобладающим загрязняющим веществом, ответственным за цветение водорослей в устьях соленой воды и прибрежной морской среды обитания, является азот. [ 85 ]

Фосфор встречается наиболее обильно в природе как часть ортофосфатного иона (PO 4 ) 3− , состоящий из атома P и 4 атомов кислорода. На суше большая часть фосфора находится в скалах и минералах. Богатые фосфоры отложения обычно образовались в океане или из гуано, и со временем геологические процессы приносят океанские отложения на землю. Выветривание пород и минералов высвобождает фосфор в растворимой форме, где он поднимается растениями, и он превращается в органические соединения. Затем растения могут быть потреблены травоядными животными , а фосфор либо включен в их ткани, либо выделяется. После смерти животные или растения распадаются, и фосфор возвращается в почву, где большая часть фосфора превращается в нерастворимые соединения. Стоки могут нести небольшую часть фосфора обратно в океан . [ 86 ]

Цикл питательных веществ

[ редактировать ]
Поток энергии и езда на велосипеде питательных веществ
Темно -зеленые линии представляют движение питательных веществ, а пунктирные линии представляют движение энергии. Питательные вещества остаются внутри системы, в то время как энергия входит через фотосинтез и оставляет систему в основном в качестве тепловой энергии, небиологически полезной формы энергии. [ 87 ]

Питательный цикл - это движение и обмен органической и неорганической материей обратно в производство вещества. Процесс регулируется путями, доступными в морских пищевых сетях , которые в конечном итоге разлагают органические вещества обратно в неорганические питательные вещества. Циклы питательных веществ происходят в экосистемах. Энергетический поток всегда следует по однонаправленному и нециклическому пути, тогда как движение минеральных питательных веществ является циклическим. Минеральные циклы включают углеродный цикл , кислородный цикл , цикл азота , фосфорный цикл и цикл серы , которые постоянно перерабатывают вместе с другими минеральными питательными веществами в продуктивное экологическое питание.

Существует значительное совпадение между терминами для биогеохимического цикла и цикла питательных веществ. Некоторые учебники интегрируют их и, кажется, рассматривают их как синонимичные термины. [ 88 ] Однако термины часто появляются независимо. Питательный цикл чаще используется в прямом обращении к идее внутрисистемного цикла, где экосистема функционирует как единица. С практической точки зрения не имеет смысла оценить наземную экосистему, рассматривая полную колонку воздуха над ней, а также большие глубины Земли под ней. В то время как экосистема часто не имеет четкой границы, в качестве рабочей модели практично учитывать функциональное сообщество, где происходит основная часть материи и переноса энергии. [ 89 ] Цикл питательных веществ происходит в экосистемах, которые участвуют в «более крупных биогеохимических циклах Земли через систему входов и выходов». [ 89 ] : 425 

Растворенные питательные вещества

[ редактировать ]

Питательные вещества, растворенные в морской воде, необходимы для выживания морской жизни. Азот и фосфор особенно важны. Они считаются ограничивающими питательными веществами во многих морских средах, потому что первичные производители, такие как водоросли и морские растения, не могут расти без них. Они имеют решающее значение для стимуляции продукции фитопланктоном первичной . Другими важными питательными веществами являются кремний, железо и цинк. [ 90 ]

Процесс велосипедных питательных веществ в море начинается с биологической перекачки , когда питательные вещества извлекаются из поверхностных вод фитопланктоном, чтобы стать частью их органического макияжа. Фитопланктон либо едят другие организмы, либо в конечном итоге умирают и дрейфуют как морской снег . Там они разрушаются и возвращаются в растворенное состояние, но на больших глубинах океана. Плодородие океанов зависит от численности питательных веществ и измеряется первичной продукцией , которая представляет собой скорость фиксации углерода на единицу воды на единицу времени. «Первичная продукция часто отображается спутниками, используя распределение хлорофилла, которое представляет собой пигмент, вырабатываемый растениями, которые поглощают энергию во время фотосинтеза. Распределение хлорофилла показано на рисунке выше. Вы можете увидеть самое высокое содержание вблизи береговых линий, где питательные вещества. Из земли кормится реками. [ 90 ]

Океанский поток питательных веществ
Земля -сток истощает питательные вещества и загрязняющие вещества в океан
Дренажные бассейны главных океанов и морей мира отмечены континентальными динамиками . Серые участки - это эндорхайские бассейны , которые не сливаются в океан.

"Другим критическим элементом здоровья океанов является содержание растворенного кислорода. Кислород в поверхностном океане постоянно добавляется по всему графику воздуха, а также с помощью фотосинтеза; он используется в дыхании морскими организмами и во время распада или Окисление органического материала, который дождь вниз в океане и осаждается на дне океана. которую мы рассмотрим, - это содержание растворенного 2 . CO Эти отношения будут иметь серьезные последствия для будущих океанов, как мы увидим ... конечная собственность морской воды , а также во время окисления органического вещества. пополнено во время дыхания , Планктоном во время фотосинтеза и [ 90 ]

Отношение азота к фосфору на поверхности океана. Питательные вещества доступны в трех областях HNLC ( с высоким содержанием пищи, с низким содержанием хлорофилла ) в достаточных отношениях Redfield для биологической активности.

Морской серной цикл

[ редактировать ]
Биогеохимический серный цикл морских отложений
Стрелки указывают потоки и пути биологических или химических процессов. Микробное диссимилирующее сульфатное восстановление сульфида является преобладающим терминальным путем минерализации органического вещества в аноксическом морском дне. Химическое или микробное окисление полученного сульфида устанавливает сложную сеть путей в цикле серы, что приводит к промежуточным видам серы и частично возвращается к сульфату. Промежуточные соединения включают элементную серу, полисульфиды, тиосульфат и сульфит, которые являются субстратами для дальнейшего микробного окисления, восстановления или диспропорции. Новые микробиологические открытия, такие как перенос электронов на расстоянии посредством сульфидных кабельных бактерий , добавляют к сложности. Реакции обмена изотопа играют важную роль для стабильной геохимии изотопов и для экспериментального исследования трансформаций серы с использованием радиотросеров. Микробиально катализируемые процессы частично обратимы, в результате чего обратная реакция влияет на нашу интерпретацию экспериментов Radiotracer и обеспечивает механизм фракционирования изотопа. [ 91 ]
Серный цикл

Снижение сульфата на морском дне тесно сосредоточено на ближних поверхностных отложениях с высокими показателями осаждения вдоль океанских краев. Поэтому цикл бентического морского серы чувствительна к антропогенному влиянию, таким как потепление океана и повышение нагрузки питательных веществ прибрежных морей. Это стимулирует фотосинтетическую продуктивность и приводит к усилению экспорта органического вещества в морское дно, часто в сочетании с низкой концентрацией кислорода в нижней воде (Rabalais et al., 2014; Breitburg et al., 2018). Таким образом, биогеохимическая зонация сжимается к поверхности осадка, а баланс минерализации органического вещества смещается с оксических и субоксических процессов в сторону восстановления сульфата и метаногенеза (Middelburg and Levin, 2009). [ 91 ]

Цикл серы в морской среде был хорошо изучен с помощью инструмента системы изотопа серы, выраженной как δ 34 S. Современные глобальные океаны имеют хранение серы 1,3 × 10 21 г, [ 92 ] в основном происходит сульфат с δ 34 S значение +21 ‰. [ 93 ] Общий входной поток составляет 1,0 × 10 14 G/год с изотопным составом серы ~ 3 ‰. [ 93 ] Речный сульфат, полученный в результате земного выветривания сульфидных минералов (Δ 34 S = +6 ‰) является основным вводом серы в океаны. Другими источниками являются метаморфическая, а вулканическая дегазация и гидротермальная активность (Δ 34 S = 0 ‰), которые высвобождают снижение видов серы (например, H 2 S и S 0 ) Существует два основных результата серы из океанов. Первая раковина-это захоронение сульфата либо в виде морских эвапоритов (например, гипса), либо сульфата, связанного с карбонатом (CAS), на который приходится 6 × 10 13 G/год (d 34 S = +21 ‰). Вторая раковина серы представляет собой захоронение пирита в осадках на полке или в глубоких отложениях морского дна (4 × 10 13 G/год? дюймовый 34 S = -20 ‰). [ 94 ] Общий выходной поток морской серы составляет 1,0 × 10 14 G/год, который соответствует входным потокам, подразумевая, что современный бюджет морской серы находится в стабильном состоянии. [ 93 ] Время проживания серы в современных глобальных океанах составляет 13 000 000 лет. [ 95 ]

В современных океанах гидрогеновибрио Crunogenus , Halothiobacillus и Geggiatoa являются первичными бактериями, окислившими серную, окисление серы, [ 96 ] [ 97 ] и образуют хемосинтетические симбиозы с хозяевами животных. [ 98 ] Хозяин предоставляет метаболические субстраты (например, CO 2 , O 2 , H 2 O) для симбионта, в то время как симбионт генерирует органический углерод для поддержания метаболической активности хозяина. Производимый сульфат обычно в сочетании с выщелачиваемыми ионами кальция с образованием гипса , который может образовывать широкие отложения в центрах распространения почти среднего океана. [ 99 ]

Гидротермические вентиляционные отверстия излучают сероводород, который поддерживает углеродную фиксацию хемолитотрофных бактерий , которые окисляют сероводород с кислородом, образуя элементарную серу или сульфат. [ 96 ]

Железный цикл и пыль

[ редактировать ]
Железный цикл
Биогеохимический железный цикл: железо циркулирует через атмосферу, литосферу и океаны. Маркированные стрелки показывают поток в ТГ железа в год. [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]

Цикл железа (Fe) является биогеохимическим циклом железа через атмосферу , гидросферу , биосферу и литосферу . В то время как FE очень распространен в земной коре, [ 104 ] Это реже в оксигенированных поверхностных водах. Железо является ключевым микроэлементом в первичной продуктивности , [ 49 ] и ограничивающее питательное вещество в южной части океана, восточной экваториальной части Тихого океана и Субарктического Тихого океана, называемого областями с высоким содержанием питательных веществ, низкофулорофилла (HNLC) океана. [ 50 ]

Железо в океанических циклах между планктоном, агрегированными частицами (небитовизируемым железом) и растворенным (биодоступным железом) и становится отложениями через погребение. [ 100 ] [ 105 ] [ 106 ] Гидротермальные вентиляционные отверстия высвобождают железо железа в океан [ 107 ] В дополнение к входу в океанических железа из земельных источников. Железо достигает атмосферы через вулканизм, [ 108 ] Эолийский ветер, [ 109 ] и некоторые через сжигание людей. В антропоцене железо удаляется из шахт в коре, а часть переосмысливается в репозиториях отходов. [ 103 ] [ 106 ]

Колонии морской цианобактерии триходесмий
взаимодействовать с другими бактериями, чтобы приобрести железо из пыли
а N 2 -Fixing Trichodesmium spp., Который обычно встречается в тропических и субтропических водах, имеет большое значение окружающей среды для оплодотворения океана с важными питательными веществами.
беременный Триходесмий может установить массивные цветы в области бедных питательных веществ с высоким осаждением пыли, отчасти благодаря их уникальной способности захватывать пыль, центрировать ее и впоследствии растворить ее.
в Предложенный путь приобретения в пыле FE: бактерии, проживающие в колониях, производят сидерофоры (CI), которые реагируют с частицами пыли в ядре колоний и генерируют растворенный Fe (C-II). Этот растворенный FE, комплексный с помощью сидерофоров, затем приобретается как Trichodesmium , так и его резидентскими бактериями (C-III), что приводит к взаимной выгоде для обоих партнеров консорциума . [ 110 ]
Роль морских животных в велосипеде железа в южном океане [ 111 ]
Глобальная пыль
Карта пыли в 2017 году
Глобальное океаническое распределение отложения пыли

Железо является важным микроэлементом почти для каждой формы жизни. Он является ключевым компонентом гемоглобина, важного для фиксации азота в рамках семейства ферментов нитрогеназы , а в рамках ядра железа ферредоксина он облегчает транспорт электронов в хлоропластах, эукариотических митохондриях и бактериях. Из -за высокой реактивности Fe 2+ с кислородом и низкой растворимостью Fe 3+ Железо является ограничивающим питательным веществом в большинстве регионов мира.

Циклы кальцие и кремнезема

[ редактировать ]
Карбонатный цикл (фокус углеродного цикла)

Кальциевый цикл представляет собой перенос кальция между растворенными и твердыми фазами. Существует непрерывное снабжение ионов кальция в водные пути из пород , организмов и почв . [ 54 ] [ 112 ] Ионы кальция потребляются и удаляются из водной среды, поскольку они реагируют на образование нерастворимых структур, таких как карбонат кальция и силикат кальция, [ 54 ] [ 113 ] который может нанести на сформулирование отложений или экзоскелетов организмов. [ 57 ] Ионы кальция также могут быть использованы биологически , так как кальций имеет важное значение для биологических функций, таких как производство костей и зубов или клеточная функция. [ 58 ] [ 59 ] Кальциевый цикл является общей нитью между наземными, морскими, геологическими и биологическими процессами. [ 114 ] Кальций перемещается через эти разные среды, когда он циклирует по всей Земле. Морской кальциевый цикл влияет изменение атмосферного диоксида углерода из -за подкисления океана . [ 57 ]

Биогенный карбонат кальция образуется, когда морские организмы, такие как кокколитофоры , кораллы , птероподы и другие моллюски , преобразуют ионы кальция и бикарбонат в раковины и экзоскелеты кальцита , или арагонита обе формы карбоната кальция. [ 57 ] Это доминирующая раковина для растворенного кальция в океане. [ 114 ] Мертвые организмы погружаются на дно океана, откладывая слои раковины, которые со временем цемент с образованием известняка . Это происхождение как морского, так и наземного известняка. [ 57 ]

Кальций осаждается в карбонат кальция в соответствии со следующим уравнением:

Что 2+ + 2HCO 3 → CO 2 + H 2 O + CACO 3 [ 112 ]

На взаимосвязь между растворенным кальцием и карбонатом кальция значительно влияет уровни углекислого газа (CO 2 ) в атмосфере.

Увеличение углекислого газа приводит к большему бикарбонату в океане в соответствии со следующим уравнением:

Co 2 + co 3 2− + H 2 o → 2hco 3 [ 115 ]

Равновесие углекислоты в океанах
Карбонатный цикл в водной среде [ 116 ] [ 117 ]

По прогнозам , благодаря его тесной связи с углеродным циклом и воздействием парниковых газов как кальциевые, так и углеродные циклы изменятся в ближайшие годы. [ 118 ] Отслеживание изотопов кальция позволяет прогнозировать изменения в окружающей среде, причем многие источники предполагают повышение температуры как в атмосфере, так и в морской среде. В результате это резко изменит разбивку породы, pH океанов и водных путей и, следовательно, седиментации кальция, проводя множество последствий для кальциевого цикла.

Из -за сложных взаимодействий кальция со многими аспектами жизни последствия измененных условий окружающей среды вряд ли будут известны до тех пор, пока они не произойдут. Однако прогнозы могут быть предварительно сделаны, основываясь на исследованиях, основанных на фактических данных. Повышение уровня углекислого газа и снижение рН в океане изменит растворимость кальция, предотвращая развитие их экзоскелетов на основе кальция, что делает их уязвимыми или неспособными выжить. [ 119 ] [ 120 ]

Большая часть биологической продукции биогенного кремнезема в океане обусловлена ​​диатомовыми заболеваниями , с дальнейшим вкладом радиолариалов . Эти микроорганизмы экстракт растворяли кремнистую кислоту из поверхностных вод во время роста и возвращают это путем переработки по всей толще воды после их смерти. Входные данные кремния в океан свыше прибывают через реки и эолийскую пыль , в то время как снизу, включают утилизацию отложений морского дна, выветривание и гидротермальную активность . [ 121 ]

Современный океанический кремниевый цикл
показывая основные потоки и величины
Потоки в T Mole Да и −1 = 28 миллионов тонн кремния в год
Влияние кислого океана (с pH, проецируемым на 2100 год) на раковину птеропода, изготовленная из кальцита - оболочка постепенно растворяется в нижнем рН, когда кальций вытягивается из оболочки

Биоминерализация

[ редактировать ]
Осаждение кальцифицирующих организмов/снарядов на дне океана

«Биологическая активность представляет собой доминирующую силу, формирующую химическую структуру и эволюцию поверхностной среды Земли. Наличие кислородно-атмосферной гидросфере, окружающей в противном случае очень уменьшающуюся твердую землю Функция экосистем, в свою очередь, в значительной степени обусловлено геофизическими и геологическими процессами Внести свой вклад в это понимание, изучая трансформации и транспортировку химических субстратов и продуктов биологической активности в окружающей среде ». [ 122 ]

«С момента взрыва в кембрийском взрыве минерализованные части тела были секретированы в больших количествах биотой. Поскольку карбонат кальция, кремнез , кремний и фосфор " [ 122 ]

Глубокая езда на велосипеде

[ редактировать ]

Глубокий велосипед включает в себя обмен материалами с мантией . Глубокий цикл воды включает в себя обмен водой с мантией, с водой, переносимой путем субдукции океанических пластин и возвращением через вулканическую активность, отличающуюся от процесса цикла воды , который происходит выше и на поверхности Земли. Некоторая вода проходит до нижней мантии и может даже достичь внешнего ядра .

В обычном виде водного цикла (также известного как гидрологический цикл ), вода перемещается между резервуарами в атмосфере и поверхности земли или ближней поверхности (включая океан , реки и озера , ледники и полярные ледяные шапки , биосферу и подземные воды ) Однако, в дополнение к поверхностному циклу, вода также играет важную роль в геологических процессах, достигающих в коре и мантии . Содержание воды в магме определяет, насколько взрывным является извержение вулкана; Горячая вода является основным каналом для экономически важных минералов для концентрации в гидротермальных минеральных отложениях ; и вода играет важную роль в формировании и миграции нефти . [ 123 ] Нефть - это ископаемое топливо, полученное из древних окаменелых органических материалов , таких как зоопланктон и водоросли . [ 124 ] [ 125 ]

Вода присутствует не только в качестве отдельной фазы в земле. Морская вода просачивается в океаническую кору и увлажняет магматические породы, такие как оливин и пироксен , превращая их в водные минералы, такие как змеиные , тальк и брусит . [ 126 ] В этой форме вода переносится в мантию. В верхней мантии тепло и обезвоживает давление в этих минералах, высвобождая большую часть его до верхнего мантийного клина , вызывая плавление породы, которая поднимается, образуя вулканические дуги . [ 127 ] Однако некоторые из «номинально безводных минералов», которые стабильны в мантии, могут хранить небольшие концентрации воды в виде гидроксила (OH ), [ 128 ] И поскольку они занимают большие объемы земли, они способны хранить, по крайней мере, столько же, сколько мировой океаны. [ 123 ]

Процессы углерода [ 129 ]

Обычный взгляд на происхождение океана заключается в том, что он был заполнен отрывом из мантии в раннем археи , и с тех пор мантия оставалась обезвоженной. [ 130 ] Тем не менее, субдукция несет воду со скоростью, которая опустошила бы океан через 1–2 миллиарда лет. Несмотря на это, изменения в глобальном уровне моря за последние 3–4 миллиарда лет составляли всего несколько сотен метров, что намного меньше средней глубины океана 4 километра. Таким образом, ожидается, что потоки воды в мантию и за его пределами будут примерно сбалансированы, а содержание воды в мантии устойчиво. Вода, перенесенная в мантию, в конечном итоге возвращается на поверхность в извержениях в середине океана и горячих точках . [ 131 ] : 646  Оценки количества воды в мантии варьируются от 1 ~ 4-4 раза больше воды в океане. [ 131 ] : 630–634 

Глубокий углеродный цикл - это движение углерода ​​Земли через мантию и ядро . Он является частью углеродного цикла и тесно связан с движением углерода на поверхности Земли и атмосферу. Возвращаясь углерода в глубокую землю, он играет критическую роль в поддержании земных условий, необходимых для жизни. Без него углерод будет накапливаться в атмосфере, достигая чрезвычайно высоких концентраций в течение длительных периодов времени. [ 132 ]

Цикл каменного цикла и тектоника тарелки

Ископаемое топливо

[ редактировать ]

Водный фитопланктон и зоопланктон , которые погибли и осаждались в больших количествах в аноксических условиях миллионы лет назад, начали образовывать нефть и природный газ в результате анаэробного разложения (напротив, наземные растения имели тенденцию образовывать уголь и метан). В течение геологического времени это органическое вещество , смешанное с грязью , стало похоронено под дальнейшими тяжелыми слоями неорганического осадка. Получающаяся высокая температура и давление органического вещества привели к химическому изменению , сначала в восковой материал, известный как кероген , который обнаруживается в нефтяных сланцах , а затем с большим количеством тепла в жидкость и газообразные углеводороды в процессе, известном как катагенез . Такие организмы и их полученное ископаемое топливо обычно имеют возраст миллионов лет, а иногда более 650 миллионов лет, [ 133 ] Энергия, выпущенная в сжигании, все еще имеет фотосинтетическое происхождение. [ 134 ]

Другие циклы

[ редактировать ]

Такие как микроэлементы, микроэлементы, индуцированные человеком циклы для синтетических соединений, таких как полихлорированный бифенил (ПХБ).

  1. ^ Jump up to: а беременный Биогеохимические циклы , OpenStax , 9 мая 2019 года. Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  2. ^ Фишер М.Р. (ред.) (2019) Биология окружающей среды , 3,2 биогеохимические циклы , OpenStax. Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  3. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2 -е изд.). Баттерворт-Хейнеманн . п. 620. ISBN  978-0-08-037941-8 .
  4. ^ «Вода, универсальный растворитель» . USGS . Архивировано из оригинала 9 июля 2017 года . Получено 27 июня 2017 года .
  5. ^ Рис, Джейн Б. (31 октября 2013 г.). Биология Кэмпбелла (10 -е изд.). Пирсон . п. 48. ISBN  9780321775658 .
  6. ^ Рис, Джейн Б. (31 октября 2013 г.). Биология Кэмпбелла (10 -е изд.). Пирсон . п. 44. ISBN  9780321775658 .
  7. ^ Collins JC (1991) Матрица жизни: взгляд на природные молекулы с точки зрения молекулярных представлений о воде окружающей среды. ISBN   9780962971907 .
  8. ^ «Биогеохимические циклы» . Совет по экологической грамотности. Архивировано с оригинала 30 апреля 2015 года . Получено 24 октября 2006 года .
  9. ^ "Цикл фосфора" . Совет по экологической грамотности. Архивировано с оригинала 20 августа 2016 года . Получено 15 января 2018 года .
  10. ^ «Азот и гидрологический цикл» . Информационный бюллетень расширения . Университет штата Огайо. Архивировано из оригинала 1 сентября 2006 года . Получено 24 октября 2006 года .
  11. ^ «Углеродный цикл» . Земная обсерватория . НАСА. 16 июня 2011 года. Архивировано с оригинала 28 сентября 2006 года . Получено 24 октября 2006 года .
  12. ^ Jump up to: а беременный Почему соленый океан? Ноаа . Последнее обновление: 26 февраля 2021 года. Общественный достояние Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном доступе .
  13. ^ Соленость НАСА . Последнее обновление: 7 апреля 2021 года. Общественный достояние Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном доступе .
  14. ^ Температура поверхности моря, соленость и плотность НАСА Научная визуализация , 9 октября 2009 г.
  15. ^ Sundby, S. и Kristiansen, T. (2015) «Принципы плавучести в морских рыбных яйцах и их вертикальные распределения по всему миру». PLOS One , 10 (10): E01388821. doi : 10.1371/Journal.pone.01388821 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  16. ^ Живые бактерии едут на воздушных течениях Земли Смитсоновский журнал , 11 января 2016 года.
  17. ^ Роббинс, Джим (13 апреля 2018 года). «Триллионы на триллионы вирусов падают с неба каждый день» . New York Times . Получено 14 апреля 2018 года .
  18. ^ Reche, Изабель; D'Orta, Gaetano; Младенов, Натали; Вингет, Даниэль М; Саттл, Кертис А (29 января 2018 г.). «Скорость осаждения вирусов и бактерий выше атмосферного пограничного слоя» . ISME Journal . 12 (4): 1154–1162. doi : 10.1038/s41396-017-0042-4 . PMC   5864199 . PMID   29379178 .
  19. ^ Левин, Зев; Коттон, Уильям Р., ред. (2009). Воздействие загрязнения аэрозоля на осадки . doi : 10.1007/978-1-4020-8690-8 . ISBN  978-1-4020-8689-2 .
  20. ^ IPCC Третий отчет об оценке: изменение климата 2001 (TAR)
  21. ^ Ветровые поверхностные токи: Upwelling and Downwelling НАСА . Доступ 17 июня 2020 года.
  22. ^ «Похвальные ветры» . Глоссарий метеорологии . Американское метеорологическое общество. 2009. Архивировано из оригинала 11 декабря 2008 года . Получено 8 сентября 2008 года .
  23. ^ Глоссарий метеорологии (2009). Вестерли. Архивированный 2010-06-22 в машине Wayback American Meteorological Society . Получено на 2009-04-15.
  24. ^ Матиас Томчак и Дж. Стюарт Годфри (2001). Региональная океанография: введение. Архивированный 2009-09-14 на машине Wayback Matthias Tomczak, с. 42. ISBN   81-7035-306-8 . Получено на 2009-05-06.
  25. ^ EarthGuide (2007). Урок 6: Разрушение головоломки Гюльф -потока - на теплом токе, бегущем на север. Архивированный 2008-07-23 в Университете Машины Уэйбека в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Получено на 2009-05-06.
  26. ^ Анжела Коллинг (2001). Циркуляция океана. Архивировал 2018-03-02 в машине Wayback Butterworth-Heinemann, с. 96. Получено в 2009-05-07.
  27. ^ Национальный экологический спутник, данные и информационная служба (2009). Исследование Гюльф -потока. Архив в 2010-05-03 Университете штата Северная Каролина . Получено на 2009-05-06.
  28. ^ Рассел, Рэнди. «Термогалиновая циркуляция океана» . Университетская корпорация по атмосферным исследованиям. Архивировано из оригинала 25 марта 2009 года . Получено 6 января 2009 года .
  29. ^ Бехл Р. "Атлантическое океанское водное массы" . Калифорнийский государственный университет Лонг -Бич. Архивировано из оригинала 23 мая 2008 года . Получено 6 января 2009 года .
  30. ^ Термогалиновая циркуляция Национальная служба океана, NOAA. Получено: 20 мая 2020 года. Общественный достояние Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном доступе .
  31. ^ Глобальная конвейерная национальная служба океана, NOAA. Получено: 20 мая 2020 года. Общественный достояние Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном доступе .
  32. ^ Jump up to: а беременный Pidwirny, M. (2006). «Глава 8: Введение в гидросферу» . Основы физической географии (2 -е изд.). 8 (б) гидрологический цикл. Архивировано с оригинала 26 января 2016 года . Получено 24 октября 2006 г. - через физическуюгеографию.net.
  33. ^ Van der Ent, RJ и Tuinenburg, OA (2017) «Время резиденции воды в атмосфере повторно». Гидрология и наука о земной системе , 21 (2): 779–790. doi : 10.5194/hess-21-779-2017 .
  34. ^ Jump up to: а беременный Schlesinger, William H.; Бернхардт, Эмили С. (2013). Биогеохимия: анализ глобальных изменений (3 -е изд.). Уолтем, Массачусетс: Академическая пресса. ISBN  9780123858740 Полем OCLC   827935936 .
  35. ^ Jump up to: а беременный Falkowski, P.; Scholes, RJ; Boyle, E.; Canadell, J.; Канфилд, Д.; Elser, J.; Грубер, Н.; Хиббард, К.; Högberg, P. (13 октября 2000 г.). «Глобальный углеродный цикл: проверка наших знаний о Земле как системы». Наука . 290 (5490): 291–296. Bibcode : 2000sci ... 290..291f . doi : 10.1126/science.290.5490.291 . ISSN   0036-8075 . PMID   11030643 .
  36. ^ Jump up to: а беременный Кнолл А.Х., Канфилд Д.Е., Конхаузер К. (2012). "7". Основы геобиологии . Чичестер, Западный Суссекс: Джон Уайли и сыновья. С. 93–104. ISBN  978-1-118-28087-4 Полем OCLC   793103985 .
  37. ^ Jump up to: а беременный Petsch St (2014). «Глобальный кислородный цикл». Трактат по геохимии . Elsevier. С. 437–473. doi : 10.1016/b978-0-08-095975-7.00811-1 . ISBN  978-0-08-098300-4 .
  38. ^ Cameron AG (1973). «Из числа элементов в солнечной системе». Обзоры космических наук . 15 (1): 121. Bibcode : 1973ssrv ... 15..121c . doi : 10.1007/bf00172440 . ISSN   0038-6308 . S2CID   120201972 .
  39. ^ Стивен Б. Кэрролл; Стивен Д. Солт (2004). Экология для садовников . Пресса Тревогита. п. 93. ISBN  978-0-88192-611-8 Полем Архивировано из оригинала 1 февраля 2018 года . Получено 23 октября 2016 года .
  40. ^ Kuypers, MMM; Маршант, HK; Kartal, B (2011). «Микробная сеть азота». Nature Reviews Microbiology . 1 (1): 1–14. doi : 10.1038/nrmicro.2018.9 . HDL : 21.11116/0000-0003-B828-1 . PMID   29398704 . S2CID   3948918 .
  41. ^ Галлоуэй, JN; и др. (2004). «Циклы азота: прошлые, настоящие и будущие поколения». Биогеохимия . 70 (2): 153–226. doi : 10.1007/s10533-004-0370-0 . S2CID   98109580 .
  42. ^ Рейс, Стефан; Бекунда, Матете; Говард, Клэр М; Каранджа, Нэнси; Winiwarter, Уилфрид; Ян, Сяоюан; Бликер, Альберт; Саттон, Марк А (1 декабря 2016 г.). «Синтез и обзор: решение проблемы управления азотом: от глобальных до локальных масштабов» . Экологические исследования . 11 (12): 120205. Bibcode : 2016erl .... 11l0205r . doi : 10.1088/1748-9326/11/12/120205 . ISSN   1748-9326 .
  43. ^ Гу, Баодзин; Ge, ying; Рен, Юань; Сюй, бин; Ло, Вейдонг; Цзян, Хонг; Гу, Бинхе; Чанг, Цзе (17 августа 2012 г.). «Атмосферный реактивный азот в Китае: источники, последние тенденции и затраты на ущерб». Экологическая наука и технология . 46 (17): 9420–9427. Bibcode : 2012enst ... 46.9420G . doi : 10.1021/es301446g . ISSN   0013-936X . PMID   22852755 .
  44. ^ Ким, Харьян; Ли, Китак; Лим, Дхон-ил; Nam, Seung-Il; Ким, Тэ-Вук; Ян, Джин-Ю Т.; KO, Young Ho; Шин, Кёнг-Хун; Ли, Юнил (11 мая 2017 г.). «Широко распространенный антропогенный азот в северо -западной части Тихого океана». Экологическая наука и технология . 51 (11): 6044–6052. Bibcode : 2017enst ... 51.6044K . doi : 10.1021/acs.est.6b05316 . ISSN   0013-936X . PMID   28462990 .
  45. ^ Schlesinger WH (1991). Биогеохимия: анализ глобальных изменений .
  46. ^ Мэдиган М.Т., Мартино Дж. М. (2006). Брок биология микроорганизмов (11 -е изд.). Пирсон. п. 136. ISBN  978-0-13-196893-6 .
  47. ^ Бикл М.Дж., Альт Дж.С., Тигл Д.А. (1994). «Транспорт серы и фракционирование изотопа серы в гидротермальных системах пола в океане». Минералогический журнал . 58a (1): 88–89. Bibcode : 1994minm ... 58 ... 88b . doi : 10.1180/minmag.1994.58a.1.49 .
  48. ^ Тейлор С.Р. (1964). Химическое изобилие в континентальной коре: новая таблица. Геохимия и космохимический 28 (8): 1273–1285. Bibcode : 1964gecoa . два 10.1016/0016-7037(64)90129-2:
  49. ^ Jump up to: а беременный Tagliabue A, Bowie AR, Boyd PW, Buck KN, Johnson KS, Saito Ma (март 2017 г.). «Интегральная роль железа в биогеохимии океана» (PDF) . Природа . 543 (7643): 51–59. Bibcode : 2017natur.543 ... 51t . doi : 10.1038/nature21058 . PMID   28252066 . S2CID   2897283 .
  50. ^ Jump up to: а беременный Martin JH, Fitzwater SE (1988). «Дефицит железа ограничивает рост фитопланктона в северо-восточной части Тихоокеанской Субарктики». Природа . 331 (6154): 341–343. Bibcode : 1988natr.331..341m . doi : 10.1038/331341A0 . S2CID   4325562 .
  51. ^ Мелтон Э.Д., Сваннер Э.Д., Беренс С., Шмидт С., Каплер А (декабрь 2014 г.). «Взаимодействие микробиально опосредованных и абиотических реакций в биогеохимическом цикле Fe». Природные обзоры. Микробиология . 12 (12): 797–808. doi : 10.1038/nrmicro3347 . PMID   25329406 . S2CID   24058676 .
  52. ^ Schmidt C, Behrens S, Kappler A (2010). «Экосистема функционирует с геомикробиологической перспективы - концептуальная основа для биогеохимического велосипеда железа» . Экологическая химия . 7 (5): 399. doi : 10.1071/en10040 .
  53. ^ Kappler, Andreas; Штрауб, Кристина Л. (2005-01-01). «Геомкробиологический велосипед железа». Отзывы о минералогии и геохимии . 59 (1): 85–108. doi : 10.2138/rmg.2005.59.5. ISSN 1529-6466.
  54. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Уокер, Джеймс К.Г.; Hays, PB; Касцис, JF (1981). «Механизм отрицательной обратной связи для долгосрочной стабилизации температуры поверхности Земли». Журнал геофизических исследований . 86 (C10): 9776. Bibcode : 1981jgr .... 86,9776W . doi : 10.1029/jc086ic10p09776 . ISSN   0148-0227 .
  55. ^ Бернер, РА (1 мая 2004 г.). «Модель для кальция, магния и сульфата в морской воде в течение фанерозойского времени» . Американский журнал науки . 304 (5): 438–453. Bibcode : 2004AMJS..304..438b . doi : 10.2475/ajs.304.5.438 . ISSN   0002-9599 .
  56. ^ Ридгвелл, Энди; Зиби, Ричард Э. (15 июня 2005 г.). «Роль глобального карбонатного цикла в регуляции и эволюции системы Земли». Земля и планетарные научные письма . 234 (3–4): 299–315. doi : 10.1016/j.epsl.2005.03.006 . ISSN   0012-821X .
  57. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Райсман, Скотт; Мерфи, Даниэль Т. (2013). Океан подкисление: элементы и соображения . Hauppauge, New York: Nova Science Publishers, Inc. ISBN  9781629482958 .
  58. ^ Jump up to: а беременный Нордин, BE C (1988). Кальций в биологии человека . ILSI Human Nutrition Reviews. Лондон: Springer London. doi : 10.1007/978-1-4471-1437-6 . ISBN  9781447114376 Полем OCLC   853268074 . S2CID   9765195 .
  59. ^ Jump up to: а беременный Рубин, Рональд П.; Вайс, Джордж Б.; Путни, Джеймс У. младший (11 ноября 2013 г.). Кальций в биологических системах . Springer Science & Business Media. ISBN  9781461323778 .
  60. ^ Фантл, Мэтью С.; Типпер, Эдвард Т. (2014). «Изотопы кальция в глобальном биогеохимическом цикле CA: последствия для разработки изотопного прокси» . Земля-наука обзоров . 131 : 148–177. doi : 10.1016/j.earscirev.2014.02.002 . ISSN   0012-8252 -через Elsevier ScienceDirect.
  61. ^ Охота, JW; Дин, AP; Вебстер, Re; Джонсон, GN; Ennos, AR (2008). «Новый механизм, с помощью которого кремнезем защищает травы от травоядных» . Анналы ботаники . 102 (4): 653–656. doi : 10.1093/aob/mcn130 . ISSN   1095-8290 . PMC   2701777 . PMID   18697757 .
  62. ^ Конли, Даниэль Дж. (Декабрь 2002 г.). «Земные экосистемы и глобальный биогеохимический цикл кремнезема» . Глобальные биогеохимические циклы . 16 (4): 68–1–68–8. Bibcode : 2002gbioc..16.1121c . doi : 10.1029/2002GB001894 . ISSN   0886-6236 . S2CID   128672790 .
  63. ^ Defant, Marc J.; Драммонд, Марк С. (октябрь 1990). «Вывод некоторых современных дуговых магм путем таяния молодой подделенной литосферы». Природа . 347 (6294): 662–665. Bibcode : 1990natur.347..662d . doi : 10.1038/347662A0 . ISSN   0028-0836 . S2CID   4267494 .
  64. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Bianchi, Thomas (2007) Биогеохимия устьев страницы 9, издательство Оксфордского университета. ISBN   9780195160826 .
  65. ^ Sarmiento, JL; Toggweiler, JR (1984). «Новая модель роли океанов в определении атмосферного P CO 2». Природа . 308 (5960): 621–24. Bibcode : 1984natur.308..621s . doi : 10.1038/308621A0 . S2CID   4312683 .
  66. ^ Jump up to: а беременный Миддельбург, JJ (2019) Морская углеродная биогеохимия: учебник для ученых -систем Земли , стр. 5, Спрингер Природа. ISBN   9783030108229 . doi : 10.1007/978-3-030-10822-9 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  67. ^ Sarmiento, Horge L.; Грубер, Николас (2002). «Погружается на антропогенный углерод» . Физика сегодня . 55 (8): 30–36. Bibcode : 2002pht .... 55H..30S . doi : 10.1063/1,1510279 . S2CID   128553441 .
  68. ^ Chhabra, Abha (2013). «Углерод и другие биогеохимические циклы». В Stocker, TF; Цинь, Д.; Платтнер, Г.-К.; Tignor, M.; Аллен, SK; Boschung, J.; Nauels, A.; Xia, y.; Bex, V.; Мидгли, PM (ред.). Изменение климата 2013 Физическая наука, вклад рабочей группы I в пятый отчет об оценке межправительственной группы по изменению климата (1 -е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 465–570. doi : 10.13140/2.1.1081.8883 .
  69. ^ Кандасами, Сельварадж; Нагендер Нат, Бежугам (2016). «Перспективы на наземном транспорте органических веществ и захоронения вдоль морского континуума, предостережения в нашем понимании биогеохимических процессов и будущих потребностей» . Границы в морской науке . 3 doi : 10.3389/fmars.2016.00259 . S2CID   30408500 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  70. ^ Hansell DA и Craig AC (2015) «Морское растворенное органическое вещество и углеродный цикл». Океанография , 14 (4): 41–49. Два : 10.5670/Oceanog.2001.05 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  71. ^ Pagano, T., Bida, M. and Kenny, JE (2014) «Тенденции уровней аллохтонного растворенного органического углерода в природной воде: обзор потенциальных механизмов при изменяющемся климате». Вода , 6 (10): 2862–2897. Два : 10.3390/w6102862 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  72. ^ 2017 Геофизика , 24 : 293–3 doi : 10.5194/npg-24-293-2017 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 3.0 .
  73. ^ Саймон, М., Гроссарт Х., Швейцер Б. и Плуг, Х. (2002) «Микробная экология органических агрегатов в водных экосистемах». Водная микробная экология , 28 : 175–211. два : 10.3354/ame028175 .
  74. ^ Cavan, El, Belcher, A., Atkinson, A., Hill, SL, Kawaguchi, S., McCormack, S., Meyer, B., Nicol, S., Ratnarajah, L., Schmidt, K. и Steinberg , DK (2019) «Важность антарктического криля в биогеохимических циклах». Природная связь , 10 (1): 1–13. Два : 10.1038/S41467-019-12668-7 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  75. ^ Сигман Д.М., Хауг Г.Х. (2006). «Биологический насос в прошлом». Трактат по геохимии . Тол. 6. Pergamon Press. С. 491–528.
  76. ^ Hain MP, Sigman DM, Haug GH (2014). «Биологический насос в прошлом». Трактат по геохимии (PDF) . Тол. 8 (2 -е изд.). С. 485–517. doi : 10.1016/b978-0-08-095975-7.00618-5 . ISBN  9780080983004 Полем Получено 1 июня 2015 года .
  77. ^ De la Rocha cl. 2006. Биологический насос. В: Трактат по геохимии; тол. 6, (ред.). Pergamon Press, с. 83-111
  78. ^ Heinrichs, ME, Mori, C. и Dlugosch, L. (2020) «Сложные взаимодействия между водными организмами и их химической средой, выясненной с разных точек зрения». В: Youmares 9-Океаны: наше исследование, наше будущее , страницы 279–297. Спрингер. doi : 10.1007/978-3-030-20389-4_15 .
  79. ^ Prentice, IC (2001). «Углеродный цикл и атмосферный углекислый газ» . Изменение климата 2001: Научная основа: вклад рабочей группы I в третий отчет об оценке межговерной группы по изменению климата / Houghton, JT [Edit.] Получено 31 мая 2012 года .
  80. ^ Биогеохимические циклы CK-12 Биология . Доступ: 2 июня 2020 года.
  81. ^ Моултон, Орисса М; Алтабер, Марк А; Беман, Дж. Майкл; Диган, Линда А; Льорет, Хавьер; Лион, Миган К; Нельсон, Джеймс А; Пфистер, Екатерина А (май 2016 г.). «Микробные ассоциации с макробиотой в прибрежных экосистемах: паттерны и последствия для циклирования азота». Границы в экологии и окружающей среде . 14 (4): 200–208. doi : 10.1002/FEE.1262 . HDL : 1912/8083 . ISSN   1540-9295 .
  82. ^ Jump up to: а беременный Миллер, Чарльз (2008). Биологическая океанография . Малден, Массачусетс: Blackwell Publishing. С. 60–62. ISBN  978-0-632-05536-4 .
  83. ^ Jump up to: а беременный Грубер, Николас (2008). Азот в морской среде . Берлингтон, Массачусетс: Elsevier. С. 1–35. ISBN  978-0-12-372522-6 .
  84. ^ Бойз, Сьюзен; Эллиот, Майкл. «Учебное подразделение: морская среда азота» . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 года . Получено 22 октября 2011 года .
  85. ^ «Эвтрофикация - Общество по науке о почве Америки» . www.soils.org . Архивировано из оригинала 16 апреля 2014 года . Получено 14 апреля 2014 года .
  86. ^ Пелцер Д.А., Уордл Д.А., Эллисон В.Дж., Байсден В.Т., Бардгетт Р.Д., Чадвик О.А. и др. (Ноябрь 2010). «Понимание регрессии экосистемы». Экологические монографии . 80 (4): 509–29. doi : 10.1890/09-1552.1 .
  87. ^ Bear R и Rintoul D (2018) «Биогеохимические циклы» . В: Медведь Р., Ринтул Д., Снайдер Б., Смит-Кальдс М., Херрен С. и Хорн Э (ред.) Принципы биологии OpenStax.
  88. ^ Левин, Саймон А; Плотник, Стивен Р; Годфрей, Чарльз Дж; Кинциг, Энн П; Лоро, Мишель; Лосос, Джонатан Б; Уокер, Брайан; Уилков, Дэвид С. (27 июля 2009 г.). Руководство Принстона по экологии . ПРИЗНАЯ УНИВЕРСИТЕТА ПРИСЕТА. п. 330. ISBN  978-0-691-12839-9 .
  89. ^ Jump up to: а беременный Bormann, FH; СИЛИКА, GE (1967). «Велосипедное велосипед» (PDF) . Наука . 155 (3761): 424–429. Bibcode : 1967sci ... 155..424b . doi : 10.1126/science.155.3761.424 . PMID   17737551 . S2CID   35880562 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2011 года.
  90. ^ Jump up to: а беременный в Растворенные питательные вещества Земля в будущем , Penstate/Nassa. Получено 18 июня 2020 года.
  91. ^ Jump up to: а беременный Jørgensen, BB, Findlay, AJ и Pellerin, A. (2019) «Биогеохимический серный цикл морских отложений». Границы в микробиологии , 10 : 849. Два : 10.3389/fmicb.2019.00849 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  92. ^ Brimblecombe, Peter (2014). «Глобальный серный цикл». Трактат по геохимии . Тол. 10. Амстердам: Elsevier. С. 559–591. doi : 10.1016/b978-0-08-095975-7.00814-7 . ISBN  9780080983004 .
  93. ^ Jump up to: а беременный в Fike Da, Bradley AS, Rose CV (2015). «Переосмысление древнего цикла серы». Ежегодный обзор земли и планетарных наук . 43 (1): 593–622. Bibcode : 2015Areps..43..593f . doi : 10.1146/annurev-arth-060313-054802 . S2CID   140644882 .
  94. ^ Канфилд де (2004). «Эволюция земной поверхностной серы -водохранилища» . Американский журнал науки . 304 (10): 839–861. Bibcode : 2004AMJS..304..839c . doi : 10.2475/ajs.304.10.839 .
  95. ^ KAH LC, Lyons TW, Frank TD (октябрь 2004 г.). «Низкий морской сульфат и длительная оксигенация протерозойской биосферы» . Природа . 431 (7010): 834–8. Bibcode : 2004natur.431..834K . doi : 10.1038/nature02974 . PMID   15483609 . S2CID   4404486 .
  96. ^ Jump up to: а беременный Sievert SM, Hügler M, Taylor CD, Wirsen Co (2008). «Окисление серы в глубоководных гидротермальных вентиляционных отверстиях». В Dahl C, Фридрих К.Г. (ред.). Микробный метаболизм серы . Спрингер Берлин Гейдельберг. С. 238–258. doi : 10.1007/978-3-540-72682-1_19 . ISBN  978-3-540-72679-1 .
  97. ^ Jiang, L., Lyu, J. and Shao, Z. (2017) «Метаболизм серы Hydrogenovibrio Thermophilus S5 и его адаптация к глубоководной гидротермальной среде вентиляции». Границы в микробиологии , 8 : 2513. Два : 10.3389/fmicb.2017.02513 .
  98. ^ Klotz MG, Bryant DA, Hanson TE (2011). «Микробный серный цикл» . Границы в микробиологии . 2 : 241. DOI : 10.3389/fmicb.2011.00241 . PMC   3228992 . PMID   22144979 .
  99. ^ Pedersen RB, Rapp HT, Thorseth IH, Lilley MD, Barriga FJ, Baumberger T, et al. (Ноябрь 2010). «Открытие черного вентиляционного поля курильщика и вентиляционной фауны в арктическом середине-океанском хребте» . Природная связь . 1 (8): 126. Bibcode : 2010natco ... 1..126p . doi : 10.1038/ncomms1124 . PMC   3060606 . PMID   21119639 .
  100. ^ Jump up to: а беременный Nickelsen L, Keller D, Oschlies A (12 мая 2015 г.). «Динамический модуль цикла морского железа в сочетании с моделью системы Земли Университета Виктории: биогеохимическая модель 2 Киля для UVIC 2.9» . Геоссионерская разработка модели . 8 (5): 1357–1381. Bibcode : 2015gmd ..... 8.1357n . doi : 10.5194/gmd-8-1357-2015 .
  101. ^ Jickells TD, ZS, Andersen KK, Baker AR, Bergametti G, Brooks N, et al. (Апрель 2005 г.). «Глобальные железные соединения между пылью пустыни, биогеохимией океана и климатом». Наука . 308 (5718): 67–71. Bibcode : 2005sci ... 308 ... 67J . doi : 10.1126/science.1105959 . PMID   15802595 . S2CID   16985005 .
  102. ^ Райсвелл Р., Канфилд де (2012). «Железный биогеохимический цикл прошлого и настоящего» (PDF) . Геохимические перспективы . 1 (1): 1–232. Bibcode : 2012gchp .... 1 .... 1r . doi : 10.7185/geochempersp.1.1 .
  103. ^ Jump up to: а беременный Wang T, Müller DB, Graedel TE (1 июля 2007 г.). «Формирование антропогенного цикла железа». Экологическая наука и технология . 41 (14): 5120–5129. Bibcode : 2007enst ... 41.5120W . doi : 10.1021/es062761t . PMID   17711233 .
  104. ^ Тейлор С.Р. (1964). Химическое изобилие в континентальной коре: новая таблица. Геохимия и космохимический 28 (8): 1273–1285. Bibcode : 1964gecoa . два 10.1016/0016-7037(64)90129-2:
  105. ^ Völker C, Tagliabue A (июль 2015 г.). «Моделирование органических железных связывающих лигандов в трехмерной биогеохимической модели океана» (PDF) . Морская химия . 173 : 67–77. Bibcode : 2015march.173 ... 67V . doi : 10.1016/j.marchem.2014.11.008 .
  106. ^ Jump up to: а беременный Matsui H, Mahowald NM, Moteki N, Hamilton DS, Ohata S, Yoshida A, Koike M, Scanza RA, Flanner MG (апрель 2018 г.). «Антропогенное железо сжигания как сложный климат -подражатель» . Природная связь . 9 (1): 1593. Bibcode : 2018natco ... 9.1593m . doi : 10.1038/s41467-018-03997-0 . PMC   5913250 . PMID   29686300 .
  107. ^ Эмерсон Д. (2016). «Ирония железа - биогенные оксиды железа в качестве источника железа в океан» . Границы в микробиологии . 6 : 1502. DOI : 10.3389/fmicb.2015.01502 . PMC   4701967 . PMID   26779157 .
  108. ^ Olgun N, Duggen S, Croot PL, Delmelle P, Dietze H, Schacht U, et al. (2011). «Поверхностное оплодотворение железа: роль вулканической золы в воздухе из зоны субдукции и вулканов горячей точки и связанных с ними потоков железа в Тихом океане» (PDF) . Глобальные биогеохимические циклы . 25 (4): N/A. Bibcode : 2011gbioc..25.4001o . doi : 10.1029/2009gb003761 . S2CID   53356668 .
  109. ^ Gao Y, Kaufman YJ, Tanre D, Kolber D, Falkowski PG (1 января 2001 г.). «Сезонные распределения эоольских потоков железа в глобальном океане» . Геофизические исследования . 28 (1): 29–32. Bibcode : 2001georl..28 ... 29G . doi : 10.1029/2000gl011926 . S2CID   128762758 .
  110. ^ Басу, Субхаджит; Гледхилл, Марта; De Beer, Дирк; Прабху Матонкар, SG; Shaked, Yeala (2019). «Колонии морских цианобактерий триходесмий взаимодействуют со связанными бактериями для приобретения железа из пыли» . Биология связи . 2 : 284. DOI : 10.1038/S42003-019-0534-Z . PMC   6677733 . PMID   31396564 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  111. ^ Ратнараджа, Лавения; Никол, Стив; Боуи, Эндрю Р. (2018). «Пелагическое утилизация железа в южном океане: изучение вклада морских животных» . Границы в морской науке . 5 doi : 10.3389/fmars.2018.00109 . S2CID   4376458 . Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  112. ^ Jump up to: а беременный Бернер, РА (1 мая 2004 г.). «Модель для кальция, магния и сульфата в морской воде в течение фанерозойского времени» . Американский журнал науки . 304 (5): 438–453. Bibcode : 2004AMJS..304..438b . doi : 10.2475/ajs.304.5.438 . ISSN   0002-9599 .
  113. ^ Ридгвелл, Энди; Зиби, Ричард Э. (15 июня 2005 г.). «Роль глобального карбонатного цикла в регуляции и эволюции системы Земли». Земля и планетарные научные письма . 234 (3–4): 299–315. doi : 10.1016/j.epsl.2005.03.006 . ISSN   0012-821X .
  114. ^ Jump up to: а беременный Фантл, Мэтью С.; Типпер, Эдвард Т. (2014). «Изотопы кальция в глобальном биогеохимическом цикле CA: последствия для развития изотопного прокси -прокси» . Земля-наука обзоров . 131 : 148–177. doi : 10.1016/j.earscirev.2014.02.002 . ISSN   0012-8252 -через Elsevier ScienceDirect.
  115. ^ Райсман, Скотт; Мерфи, Даниэль Т. (2013). Океан подкисление: элементы и соображения . Hauppauge, New York: Nova Science Publishers, Inc. ISBN  9781629482958 .
  116. ^ Винк, Флавия Вишчи; Паез Мело, Дэвид Орландо; Гонсалес Барриос, Андрес Фернандо (2013). «Приобретение и накопление углерода у микроводорослей Chlamydomonas: подходы« Omics ». Журнал протеомики . 94 : 207–218. doi : 10.1016/j.jprot.2013.09.016 . PMID   24120529 .
  117. ^ Zhang, Junzhi ; .. Модифицированный текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
  118. ^ Комар, Н.; Zeebe, Re (январь 2016 г.). «Изменения изотопа кальция и кальция во время возмущений углеродного цикла на конечном пермине» . Палеоооооооография . 31 (1): 115–130. Bibcode : 2016paloc..31..115k . doi : 10.1002/2015PA002834 . ISSN   0883-8305 . S2CID   15794552 .
  119. ^ «PMEL CO 2 - программа углекислого газа» . www.pmel.noaa.gov . Получено 29 октября 2018 года .
  120. ^ «Океан подкисление» . Смитсоновский океан . 30 апреля 2018 года . Получено 29 октября 2018 года .
  121. ^ Treguer, P.; Нельсон, DM; Ван Беннеком, AJ; Демастер, диджей; Leynaert, A.; Queguiner, B. (1995). «Баланс кремнезема в мировом океане: рецензия». Наука . 268 (5209): 375–9. Bibcode : 1995sci ... 268..375t . doi : 10.1126/science.268.5209.375 . PMID   17746543 . S2CID   5672525 .
  122. ^ Jump up to: а беременный Van Cappellen, P. (2003) «Биоминерализация и глобальные биогеохимические циклы». Отзывы о минералогии и геохимии , 54 (1): 357–381. doi : 10.2113/0540357 .
  123. ^ Jump up to: а беременный Боднар, RJ; Azbej, T.; Беккер, SP; Cannatelli, C.; Осень, а.; Severs, MJ (2013). «Геогидрологический цикл целой земли, от облаков до сердечника: распределение воды в динамической земной системе» (PDF) . Во мне Бикфорд (ред.). Сеть геологических наук: достижения, воздействие и взаимодействия: Геологическое общество Америки Специальная статья 500 . Геологическое общество Америки. С. 431–461. doi : 10.1130/2013.2500 (13) . ISBN  9780813725000 Полем Получено 19 апреля 2019 года .
  124. ^ Kvenvolden, Keith A. (2006). «Органическая геохимия - ретроспектива ее первых 70 лет» . Органическая геохимия . 37 (1): 1–11. Bibcode : 20066 -orge..37 .... 1K . doi : 10.1016/j.orggeochem.2005.09.001 . S2CID   95305299 .
  125. ^ Schobert, Harold H. (2013). Химия ископаемого топлива и биотоплива . Кембридж: издательство Кембриджского университета. С. 103–130. ISBN  978-0-521-11400-4 Полем OCLC   795763460 .
  126. ^ Peacock, Simon M.; Hyndman, Roy D. (15 августа 1999 г.). «Водные минералы в мантийном клине и максимальная глубина землетрясений субдукции» . Геофизические исследования . 26 (16): 2517–2520. Bibcode : 1999georl..26.2517p . doi : 10.1029/1999gl900558 . S2CID   128800787 .
  127. ^ Рупке, л; Морган, Джейсон Фиппс; Хорт, Матиас; Коннолли, Джеймс А.Д. (июнь 2004 г.). «Змеиной и зона субдукции цикл воды». Земля и планетарные научные письма . 223 (1–2): 17–34. Bibcode : 2004e & psl.223 ... 17r . doi : 10.1016/j.epsl.2004.04.018 .
  128. ^ Белл, доктор; Россман, Гр (13 марта 1992 г.). «Вода в мантии Земли: роль номинально безводных минералов» . Наука . 255 (5050): 1391–1397. Bibcode : 1992sci ... 255.1391b . doi : 10.1126/science.255.5050.1391 . PMID   17801227 . S2CID   26482929 . Получено 23 апреля 2019 года .
  129. ^ Дасгупта, Радждип (10 декабря 2011 г.). Влияние магма-океана процессов на современный инвентарь углерода Deep Earth . Post-Agu 2011 Cider Workshop. Архивировано с оригинала 24 апреля 2016 года . Получено 20 марта 2019 года .
  130. ^ Кепплер, Ганс (2013). «Летучие вещества под высоким давлением». В Карато, Шун-Ичиро; Карато, Шун'Иширо (ред.). Физика и химия глубокой Земли . Джон Уайли и сыновья. С. 22–23. doi : 10.1002/9781118529492.CH1 . ISBN  9780470659144 .
  131. ^ Jump up to: а беременный Хиршманн, Марк М. (2006). «Вода, таяние и глубокий цикл h 2 . Ежегодный обзор земли и планетарных наук . 34 : 629–653. Bibcode : 2006areps..34..629h . doi : 10.1146/annurev.earth.34.031405.125211 .
  132. ^ «Глубокий углеродный цикл и нашу обитаемую планету» . Глубокая углеродная обсерватория . 3 декабря 2015 года. Архивировано с оригинала 27 июля 2020 года . Получено 19 февраля 2019 года .
  133. ^ Пол Манн, Лиза Гахаган и Марк Б. Гордон, «Тектоническая обстановка мировых гигантских нефтяных и газовых месторождений», в Мишеле Т. Халбути (ред.) Гигантские нефтяные и газовые месторождения десятилетия, 1990–1999 , Талса, Оклахома: Американская ассоциация нефтяных геологов , с. 50, доступ к 22 июня 2009 года.
  134. ^ «Термохимия образования ископаемого топлива» (PDF) .

Дальнейшие ссылки

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 8330020a5842dcf58ca24cb4c57d9913__1714728720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/83/13/8330020a5842dcf58ca24cb4c57d9913.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Marine biogeochemical cycles - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)