해양생물학 4, 해양 일차 생산성 측정, 해양 1차 생산성 패턴

질소는 대부분의 해양 환경, 특히 개방된 해양 환경에서 속도 제한 영양소로 간주된다. 하지만, 해안가에서 인은 종종 속도 제한 영양소이다. 또 질소와 인 이 해양 환경에서 협력할 수 있어 둘 다 풍부하면 1차 생산률이 1,2차 생산량보다 높아진다.

해양 1차 생산자들은 또한 필수적인 미세 철을 요구하는데, 이것은 식물들이 성장을 위해 필요로 하는 질산을 이용하는 것을 돕는다. 바다에 있는 철은 황사가 부는 동안 사막에서 바다로 멀리 날려 지는 철이 풍부한 먼지에서 파생됩니다. 대륙의 가장자리에 있는 철 퇴적물은 또 다른 원천이다. 지구 해양의 대부분 지역에는 적절한 농도의 용해된 철이 존재하기 때문에 일반적으로 일차 생산에 제한적인 요소는 아닙니다. 하지만, 동부 적도 태평양과 같은 몇몇 개방된 지역과 남해의 일부에서는 용해된 철의 농도가 너무 낮아서 속도 제한 요소가 됩니다. 높은 수준의 질소와 인 이 존재함에도 불구하고 일차 생산. 이러한 지역은 높은 영양분이 적은 엽록소의 농도를 나타내며 해수에서 엽록소를 포함하는 유기체의 부족을 반영하는 낮은 엽록소 농도라고 불립니다.

일부 연구원들은 이들이 풍부한 지역에서 1차 생산을 촉진하기 위해 철을 사용하여 인공적으로 HNLC지역을 비옥하게 하는 것이 기후를 완화하는 방법일 수 있다고 제안했다. 바꾸다 그 아이디어는 1차 생산자들의 꽃이 대기 중의 많은 양의 이산화 탄소를 흡수할 것이라는 것이다. 이 유기체들이 죽으면, 그들의 조직 안에 있는 탄소가 해양 퇴적물 안에 갇히게 될 해저로 가라앉을 것입니다. 다시 말해, 주요 생산자들은 대기 중의 이산화 탄소를 심해의 침전물에 장기간 저장하는 것으로  펌프  하는 것이다.

실제로, 남극해의 작은 부분을 연구 선박으로부터 몇톤의 용해된 철과 결합하는 소규모의 시도는 일차 생산이 촉진될 수 있음을 보여 주었다. 이쪽입니다. 이것이 대기 중에서 이산화 탄소를 대규모로 제거하는 지구 공학의 실용적인 방법이 될지는 매우 불확실하다. 잘 작동하기 위해서는 그 과정이 올바른 종류의 식물성 플랑크톤을 자극해야 할 것입니다. 즉, 두번째 트로픽 레벨에서 유기체에 의해 방목되는 것에 저항하는 큰 규조류 세포들입니다. 해저까지 느릿느릿 그렇지 않으면 일차 생산자들은 탄소가 격리될 수 있는 해저에 도달하기 훨씬 전에 동물성 플랑크톤에 의해 소비된다. 지금까지의 재판은 이것이 항상 일어나는 것은 아니라는 것을 보여 주었다. 또한, 실제로 차이를 만들기 위해 식물성 플랑크톤을 통해 충분한 탄소가 해저로 운반될 수 있는지 여부는 완전히 명확하지 않다. 그리고 마지막으로, 아무도 철의 광합성을 통해 해양에 고정된 많은 양을 더하는 해양 생물학 시스템에 어떤 영향이 있을지 모른다. 따라서, 비록 이 연구가 해양의 주요 생산 과정에 대한 우리의 이해를 증진시키고 있지만, 그것이 인간에 의한 변화를 제한하는 역할을 할지는 여전히 의심스럽다.

일차 생산량인 일차 생산량의 비율은 전 세계적으로 공간과 시간에 걸쳐 상당히 차이가 납니다. 일차 생산성은 종종 탄소(C) 고정 의 그램 수로 표현되거나, 매년 해양 표면의 제곱 미터 당 유기 물질로 통합된다.

바다에서 1차 생산성을 측정하는 것은 어려운 일이다. 처음에는 가벼운 검은 색 병을 이용하여 병에 담아 노출시킨 후 바닷물 샘플에서 산소의 양을 측정하는 원리를 이용하였다 동일한 조건에서 동일한 병에 넣은 유사한 바닷물 샘플의 산소 양과 비교하여 일정 기간 동안 불이 붙은 것으로, 병이 불 붙일 거야 이러한 조건에서, 물병의 미세한 일차 생산자들은 사진화되고 산소를 방출한다. 검은 병 안의 산소는 광합성을 할 수 없지만, 호흡을 위해 약간의 산소를 소비한다. 실험이 끝났을 때 두 병 사이에 측정된 산소 함량의 차이는 유기 물질로 고정된 탄소 양의 추정치로 변환될 수 있다. 이것은 생성된 산소 분자의 수가 유기물로 고정된 이산화 탄소의 분자의 수와 같기 때문입니다. 이 방법을 사용하면 특정 계절에 특정 바다 지역의 일차 생산성 추정치를 얻을 수 있다.

밝혀진 바와 같이, 빛과 검은 색 병의 방법은 일차 생산성이 낮은 해양의 넓은 지역에 좋은 결과를 줄 만큼 민감하지 않다. 이것은 해양의 일차 생산성을 추정하기 위한 탄소-14방법의 개발로 이어졌다. 이 방법에서는 바닷물이 담긴 병에 소량의 방사성 탄소-14가 첨가되며, 병은 일정 기간 동안 빛에 노출된다. 실제로, 광음파의 다양한 깊이에서 채취한 바닷물의 샘플은 수집되어 연구선에 있는 빛에 노출되거나 농축된  병에 담는다. 광도는 필터로 조정하여 샘플을 채취한 깊이에서 광도를 시뮬레이션합니다.

이 배양 기간 동안, 병에 들어 있는 탄소-14 일부와 바닷물 샘플에 자연적으로 존재하는 비-방사능 탄소-12가 광합성 물질로 고정될 것이다. 병 속에 들어 있는 병균 따라서 탄소-14는 병에 들어 있는 광합성 유기체에 의해 고정된 비사동 탄소의 양을 추적하는 역할을 합니다. 배양 기간이 끝나면 병에 들어 있는 바닷물이 샘플의 광합성 유기체 대부분과 f에 대한 방사능 양을 보유한 미세 필터를 통과한다. 온도가 측정됩니다. 필터에서 측정된 탄소-14의 양이 광합성 생물체에 의해 고정된 비-방사능 탄소-12의 양에 비례하기 때문에 일차 생산성의 추정치는 될 수 있다.

빛과 검은 병, 탄소-14 같은 현장 기술의 문제점은 집약적인 표본 추출 시스템을 사용하더라도 일차 생산량의 추정치만 제공할 수 있다는 것이다. a에 대한 y는 하천과 강으로 씻겨 내려가며, 특정 시간에 총 위치 수를 표시한다. 따라서 이러한 접근법만으로 일차 생산성의 패턴에 대한 글로벌 그림을 작성하기는 어렵다. 이것은 1990년대 후반 표면 바닷물의 색에 대한 위성 관찰이 가능해 지면서 바뀌었다. 이러한 위성들은 현재 지구상의 매우 넓은 지역에 걸쳐 엽록소 농도를 추정하기 위해 일상적으로 사용되고 있다. 그래서 더 많은 광합성 생물들이 존재한다. 현장 측정에서 전 지구적 해양 색상에 대한 반복적인 위성 유도 측정과 직접적인 측정은 세계 일차 생산의 공간 및 패턴이다.

지구 해양의 전반적인 일차 생산 패턴은 위도에 따라 크게 달라집니다(그림 8참조). 극지의 바다에서 일차적인 생산은 빛의 가용성에 의해 추진되는 폭발과 파괴의 문제이다. 이곳의 바다는 일년 내내 잘 섞여 있어서 영양소가 제한되는 경우는 드물다. 하지만 극지방의 겨울에는 빛이 없기 때문에 주요 생산이 이루어지지 않고 있다. 봄에는, 빛의 수준과 낮의 길이가 둘 다 빠르게 증가하고, 영양분과 빛이 동시에 제한되지 않고, 강한 예비의 꽃이 되는 한해 동안에 도달합니다. 애정 어린 생산이 시작되다 이것은 가을에 다시 빛이 제한될 때까지 수개월 동안 지속될 수 있습니다. 짧은 계절 펄스로 제한되지만, 일차 생산 총량은 상당히 높을 수 있다.  그리고 일부 지역에서는 훨씬 더 많은 것들이 가능합니다.

열대 공해에서는 1차 생산이 일년 내내 낮은 수준으로 일어난다. 여기서 빛은 결코 제한하지 않지만, 영구적인 열대 열수리인 이 깊고 영양분이 풍부한 바닷물이 수면 물과 섞이는 것을 막는다. 따라서, 영양소는 광합성 지역에서 영구적으로 낮은 수준에 존재하는데, 이것은 1차 생산성을 1년 내내 낮은 수준으로 제한한다. 따라서 개방된 바다를  해양 이라고 부르는 경우가 많으며, 일반적으로 생산성은 지상의 사막과 비슷한 약 30gC-2m-1미만이다.

온대 지방의 경우 일차 생산성은 계절 이벤트와 밀접하게 연계되어 있다. 겨울에는 해수면이 냉각되고 열클린이 분해되며, 바다의 표면 층을 섞는 강한 바람에 의해 도움을 받는다. 이것은 지표수가 더 깊고 영양분이 풍부한 바닷물과 잘 섞이도록 한다. 하지만 겨울에는 빛의 양이 적고 일차 생산량은 낮은 수준으로 제한됩니다. 봄에는 낮이 길어지고 태양이 하늘에서 높이 올라감에 따라 빛과 영양소가 모두 제한되지 않게 되고 1차 생산의 봄 꽃이 피는 시기가 온다. 여름에는 빛이 풍부하지만, 지금은 표면의 따뜻함에 따라 열클린이 다시 형성되어, 원자력이 풍부한 깊은 바다로부터 광 지역을 차단했다. 영양은 이제 제한되고 있고 봄 꽃은  충돌  하고 있다. 가을에, 열클린은 다시 한번 분해되고 영양소는 광음극 영역으로 재생된다. 만약 이것이 아직 충분한 햇빛이 있는 가을에 충분히 일찍 일어난다면,  영양소와 빛은 꽃이 필 수도 있다. 이 꽃은 늦 가을과 겨울에 다시 빛이 제한적인 요소가 될 때까지 계속될 것입니다. 많은 펄스에서 발생하지만, 온대 해양의 일차 생산성은 70–120gCm-2m-1로, 온대 우림 또는 초원과 유사합니다.

가장 생산적인 해양 환경의 일부는 대륙의 선반 위 해안 바다에서 발생한다. 이는 해수면에 깊고, 차갑고, 영양분이 풍부한 바닷물을 가져와 총 m에 이를 수 있는 일차 생산성을 위한 이상적인 조건을 만들어 내는 해안 용승 현상의 결과이다. 육지의 열대 우림이나 경작된 농지에 상당한다. 이러한 해양 생산성 핫 스팟은 지구의 자전과 함께 작용하는 바람에 의해 만들어집니다.