5.6: Азот та поживні речовини

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36706

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Азот є найпоширенішим газом в атмосфері, і, як і інші атмосферні гази, він розчиняється в поверхневих шарах океану. Але більшість морських організмів не можуть безпосередньо утилізувати розчинений азот у вигляді, в якому він існує в повітрі (N ₂), тому спочатку його потрібно перетворити в інші азотисті продукти. Ці перетворення здійснюються морськими бактеріями, які беруть розчинений N ₂ і перетворюють його в амоній (NH ₄ ⁺), нітрит (NO _{2 2} ^-) або нітрат (NO ₃ ^-). Ці бактерії також беруть амоній, що виділяється морськими організмами, і побічні продукти розпаду і в кінцевому підсумку перетворюють їх на нітрати. Нітрат - основна азотиста сполука, що використовується первинними виробниками в океані; це основна поживна речовина, необхідна для фотосинтезу. Зауважте, що в цьому контексті поживна речовина відноситься до хімічної речовини, необхідної для підтримки фотосинтезу та первинного виробництва. Це не стосується харчових потреб споживчих організмів. Оскільки поживні речовини швидко використовуються в біологічних процесах, вони неконсервативні, а їх концентрації змінюються регіонально і сезонно. Вони, як правило, містяться в невеликих кількостях в океанах, оскільки вони швидко споживаються первинними виробниками.

Оскільки нітрат є одним з найважливіших поживних речовин, наразі ми зосередимося лише на нітратах, коли обговорюємо загальні структури поживних речовин в океані. Інші важливі поживні речовини, такі як фосфат і кремнезем, показують подібні закономірності з нітратом, і будуть розглянуті в розділі про первинне виробництво (глава 7).

Представницький живильний (нітратний) профіль показаний нижче (рис.\(\PageIndex{1}\)). Концентрації поживних речовин на поверхні низькі, тому що саме там знаходяться первинні виробники; поживні речовини швидко споживаються, і вони не мають шансу накопичуватися. Рівні поживних речовин збільшуються на глибині, оскільки вони більше не споживаються виробниками, і вони регенеруються шляхом розкладання органічного матеріалу бактеріями.

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Представницький поживний (нітратний) профіль для відкритого океану (PW).

Порівняння профілів поживних речовин та розчиненого кисню між Тихим та Атлантичним океанами виявляють деякі цікаві відмінності (рис.\(\PageIndex{2}\)). Загалом, в Атлантиці більше розчиненого кисню, але нижчі концентрації поживних речовин, ніж у Тихому океані. Водні маси утворюються в Північній Атлантиці, які дуже холодні і щільні, тому вода опускається на дно. Потім ця вода проведе наступні тисячі років і більше, рухаючись по морському дну від Атлантики, до Індійського і, нарешті, в Тихий океан (див. Розділ 9.8). Ця вода спочатку багата киснем поверхнева вода, і, коли вона занурюється, вона приносить кисень до глибокого морського дна. Коли донна вода рухається через океанічні басейни, кисень видаляється через дихання та розкладання, і до моменту прибуття в Тихий океан він виснажується більшою частиною кисню. У той же час розкладання потопаючої органічної речовини додає поживні речовини до глибокої води, коли вона рухається через океани, тому поживні речовини накопичуються, а вода Тихого океану стає багатою поживними речовинами. Порівняння співвідношення кисню та поживних речовин у глибокій воді може, таким чином, дати вказівку на вік води, тобто скільки часу минуло з моменту її спочатку занурення з поверхні в Північній Атлантиці. Вода з високим вмістом кисню і низьким вмістом поживних речовин відносно молода, тоді як стара вода матиме менше кисню, але більш високі концентрації поживних речовин.

\(\PageIndex{2}\)Малюнок Розчинений кисень (зліва) та поживні речовини (праворуч) профілі для Тихого та Атлантичного океанів. Коли вода циркулює від Атлантики до Тихого океану, кисень споживається, а поживні речовини накопичуються (PW).