7.4: Шаблони первинного виробництва

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36668

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

Первинна продуктивність варіюється як географічно, так і сезонно. Географічно чисельність фітопланктону зазвичай зменшується при переході від прибережних до океанічних вод (рис.\(\PageIndex{1}\)). Прибережні води більш продуктивні, ніж центральний океан з двох основних причин. По-перше, стік із суші часто містить велику кількість поживних речовин, які депонуються в прибережних водах і стимулюють виробництво. По-друге, більш дрібне дно вздовж континентального шельфу може затримувати поживні речовини і перешкоджати їх зануренню на більшу глибину. Ці поживні речовини легше повернути на поверхню, коли вони залишаються в пастці на мілководді. І навпаки, центральний океан, як правило, має дуже низьке первинне виробництво, оскільки ці райони далеко віддалені від будь-яких наземних джерел поживних речовин, а велика глибина перешкоджає поверненню глибоких поживних речовин на поверхню.

Середні світові показники первинного видобутку поверхні океану становлять близько 75-150 г С/м ² /рік. Деякі високопродуктивні райони включають Каліфорнійське узбережжя (200-300 г С/м ² /рік), Південний океан (200-400 г С/м ² /рік) та узбережжя Перу (200-400 г С/м ² /рік), всі регіони зі значним апвеллінгом. Центральний океан, навпаки, виробляє менше 50 г С/м ² /рік.

Рисунок Первинна продуктивність\(\PageIndex{1}\) глобального поверхневого океану, вимірювана концентрацією хлорофілу (Надано проектом SeaWiFS, Центром космічних польотів Годдарда та ORBIMAGE [Публічне надбання], через Wikimedia Commons).

Регіональні та сезонні зміни в первинному виробництві обумовлені поєднанням наявності світла та кількості поживних речовин, що забезпечуються змішуванням води над термокліном. У тропічних регіонах сонячне світло рясне протягом усього року, тому світло не є обмежуючим фактором. Поверхнева вода завжди тепла, і завжди є виражений термоклін, що призводить до сильно стратифікованої води, яка запобігає потраплянню багатих поживними речовинами донній воді на поверхню (розділ 6.2). При цьому продуктивність в тропічній воді завжди обмежена поживними речовинами, а продуктивність низька протягом усього року (рис.\(\PageIndex{2}\)). Оскільки тропічна вода бідна поживними речовинами з невеликим виробництвом фітопланктону, вода дуже прозора, як у випадку з водою в центральному океані.

На полюсах вода рівномірно холодна на всіх глибині, тому термокліна не так багато і мало розшарування, що дозволяє перемішування відбуватися цілий рік (розділ 6.2). Це змішування розподіляє поживні речовини по всій товщі води, так що протягом більшої частини року продуктивність не буде обмежена поживними речовинами. Однак полярні регіони можуть відчувати кілька місяців з невеликим або взагалі відсутнім світлом протягом зими, а коливання рівня освітленості призводить до зміни сезонної продуктивності. У зимові місяці відбувається змішування і поживних речовин в достатку, але світла немає, тому врожайності немає. До пізньої весни сонячне світло повертається, і в поєднанні з великою кількістю поживних речовин відбувається весняно-літнє цвітіння фітопланктону (рис.\(\PageIndex{2}\)). До кінця літа поживні речовини виснажуються і зоопланктон випасувався на фітопланктоні, тому цвітіння починає знижуватися. Восени рівень освітленості знижується і перешкоджає подальшому виробництву протягом всієї зими. Але взимку змішування розподіляє поживні речовини по всій воді, готове до повернення сонця та стимулювання цвітіння наступного літа.

У помірних регіонах спостерігається набагато більше сезонних коливань глибини та інтенсивності термокліна (див. Розділ 6.2). Термоклін менше і сильніше влітку, а взимку глибше і слабкіше, тому змішування глибоких і поверхневих вод більш виражено в зимові місяці. Як і у випадку з полюсами, це зимове змішування створює багату поживними речовинами воду протягом зими, але відсутність світла обмежує зимову продуктивність. При підвищенні рівня освітленості навесні поєднання рясного світла і поживних речовин створює весняне цвітіння врожайності. До кінця літа ще багато світла, але поживні речовини були виснажені цвітінням фітопланктону, а літній термоклін перешкоджав подальшому змішуванню, тому продуктивність знижується. Восени більш прохолодні температури послаблюють термоклін, а зростаючі бурі викликають більш глибокий змішаний шар, повертаючи поживні речовини назад на поверхню. У той же час є ще достатньо світла, щоб відбулося менше осіннє цвітіння (рис.\(\PageIndex{2}\)). Але це цвітіння короткочасне, так як світло знижується протягом всієї осені і в зимовий період. Знову ж таки, взимку мало виробництва через легкі обмеження, але зимові шторми та глибокий термоклін заряджають воду поживними речовинами для наступного весняного цвітіння.

Рисунок\(\PageIndex{2}\) Сезонні закономірності продуктивності в Північній півкулі. Тропічні регіони завжди обмежені поживними речовинами і демонструють низьку продуктивність. Полярні регіони взимку обмежені світлом і демонструють виробництво лише в кінці весняних та літніх місяців, коли світло доступне. Північні регіони помірного клімату мають весняне цвітіння, і менший осінній цвіт (PW).