讲座8海洋生物泵

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,海洋生物泵,海洋化学进展,讲座,8,陈 敏,厦门大学海洋与环境学院,1970s,起，已认识到海洋是人类来源,CO,2,的汇，但这个汇有多大？什么过程驱动？它在未来的变化如何？等问题,仍未解决,。,必须了解碳,通过,物理泵,与,生物泵,的输出,。,问题的引出,海洋物理泵与生物泵的作用,通过光合作用将无机碳转化为有机物，之后在食物网内转化、物理混合、输送及重力沉降等过程合并称为生物泵。,生物泵定义,生物泵的作用,“,deep-sea organisms are nourished by a,“,rain,”,of organic detritus from overlying surface waters,”,Alexander Agassiz(1888),调控大气,CO,2,浓度：,如果海洋无光合作用，大气,CO,2,浓度将：,1000 ppm,现在,大气,CO,2,浓度：,365 ppm,如果生物泵最大效率运转，大气,CO,2,浓度：,110 ppm,浮游植物吸收碳的速率（光合作用速率），即,初级生产力,是生物泵运转的“发动机”或“引擎”。,生物泵的引擎,海洋初级生产力的分布,生物泵的度量,POC,输出通量,非均匀分布，变化幅度超过,1,个量级,沿岸,/,大洋变化梯度最大，在大洋区，变化也达,5,倍,POC,输出通量的时间变化,沿岸、大洋上层海洋,POC,输出通量的季节变化达,3-6,倍,Martin et al.1987,POC,输出通量的垂直分布,POC,输出通量的测量,沉积物捕集器,1980s VERTEX,及其后项目中,广泛使用,时间尺度：,几天到,年,可靠性影响因素,1,：水动力作用,雷诺数：,R,t,=u,f,D,-1,u,f,是水平流速；,D,为捕集器直径；,是流体粘度,几何比：,A=H/D,H,：捕集器高度,水体流速与颗粒沉降速率的比值,水动力作用的影响,How can we predict the behavior of particles within turbulence when we cannot model the turbulence itself.,浮游动物,小型鱼类,高估颗粒通量,影响不同化学组分的比例,浅层捕集器问题较严重,无简单算法可应用,影响因素,2,：游泳动物,游泳动物的影响,保存问题：,（,1,）加,Hg,、福尔马林等,（,2,）不加,游泳动物的影响,游泳动物的影响,影响因素,3,：颗粒溶解问题,进入捕集器之后，部分颗粒会溶解或释放一些元素至上覆水中。,相关过程：,（,1,）捕集深度,（,2,）颗粒类型,（,3,）采样时间,（,4,）颗粒处理方式,颗粒溶解的影响,随深度增加其比例降低,改变元素之间的比值,强颗粒活性元素可忽略该影响,颗粒溶解的影响,捕集器捕集效率的校正：,234,Th,法,捕集效率的校正,捕集效率的校正,高通量情况下,:,低估,低通量情况下：高估,捕集效率的校正：,210,Pb,法,对于,200m,水层，不如,234,Th,法来得灵敏：,（,1,）大气提供存在变化；,（,2,）上层水体储量变化小,捕集效率的校正：,230,Th,和,231,Pa,法,适用于深海,输出生产力与初级生产力的比值：,e,比值,生物泵的效率,到达海底的通量,未来,100,年，由于表层水变暖，海洋层化作用会加强，热盐环流会减弱。这不仅会削弱物理泵的作用，而且会改变提供至上层海洋的营养盐通量，进而对生物泵有明显影响。,未来的挑战,长期的时间系列研究仍需重视，从而有可能更深入了解时间演化图象；,最近对大陆架区域的研究表明，不少大气,CO,2,被吸收到海洋边缘海域。未来的研究必须确定沿岸海域整体是否是人类来源的碳汇区，并定量确定沿岸与大洋水体之间的碳交换通量。,未来的挑战,当前研究集中于,100200 m,及近海底，但已认识到，由生物泵输送的有机物的降解主要发生在真光层以,深,至5001000,m,的区域，,未来有待加强此区域研究,。,颗粒物的输出与降解是生物泵的重要环节，生物地球化学模型必须加入有关颗粒有机物、溶解有机物转化方面的信息。,浮游动物主动迁移所导致输出过程的研究有待加强,未来的挑战,Terrestrial,Coastal,Pelagic,Atmospheric,Upper Layer,Sediments,Schematic of Biogeochemical Cycle,