Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
В океанической биогеохимии, доля первичного производства, обеспечиваемого нитратами.
In oceanic biogeochemistry, the fraction of total primary production fuelled by nitrate
В океанической биогеохимии, коэффициент f – это доля первичного производства, обеспечиваемого нитратами (в отличие от производства, обеспечиваемого другими соединениями азота, такими как аммоний). Этот коэффициент был впервые определен Ричардом Эппли и Брюсом Петерсоном в одной из первых работ, оценивающих глобальное океаническое производство. Изначально эта доля считалась важной, поскольку, казалось, напрямую связана с потоком органического морского снега из поверхностных вод в глубину посредством биологического насоса. Однако эта интерпретация основывалась на предположении о четком разделении нитрификации (параллельного процесса) по глубине, что было поставлено под сомнение более поздними измерениями.
In oceanic biogeochemistry, the f ratio is the fraction of total primary production fuelled by nitrate (as opposed to that fuelled by other nitrogen compounds such as ammonium). The ratio was originally defined by Richard Eppley and Bruce Peterson in one of the first papers estimating global oceanic production. This fraction was originally believed significant because it appeared to directly relate to the sinking (export) flux of organic marine snow from the surface ocean by the biological pump. However, this interpretation relied on the assumption of a strong depth partitioning of a parallel process, nitrification, that more recent measurements has questioned.
Обзор
Гравитационное опускание организмов (или остатков организмов) переносит частицы органического углерода из поверхностных вод океана в его глубокие слои. Этот процесс известен как биологический насос, и его количественная оценка представляет интерес для ученых, поскольку он является важной частью углеродного цикла Земли. Это обусловлено тем, что углерод, переносимый в глубокий океан, изолируется от атмосферы, позволяя океану выступать в качестве резервуара углерода. Этот биологический механизм сопровождается физико-химическим механизмом, известным как насос растворимости, который также способствует переносу углерода в глубокие слои океана. Измерение потока опускающегося материала (так называемого «морского снега») обычно проводится с помощью осадочных ловушек, которые перехватывают и накапливают материал по мере его опускания в толще воды. Однако это относительно сложный процесс, поскольку ловушки могут быть неудобны в установке и извлечении, и их необходимо оставлять на месте в течение длительного времени для интеграции потока опускающегося вещества. Кроме того, известно, что они подвержены систематическим ошибкам и учитывают как вертикальные, так и горизонтальные потоки из-за водных течений. По этой причине ученые проявляют интерес к океаническим свойствам, которые можно легче измерить и которые служат прокси-показателем потока опускающегося вещества. Отношение f является одним из таких прокси-показателей.
Gravitational sinking of organisms (or the remains of organisms) transfers particulate organic carbon from the surface waters of the ocean to its deep interior. This process is known as the biological pump, and quantifying it is of interest to scientists because it is an important aspect of the Earth's carbon cycle. Essentially, this is because carbon transported to the deep ocean is isolated from the atmosphere, allowing the ocean to act as a reservoir of carbon. This biological mechanism is accompanied by a physico chemical mechanism known as the solubility pump which also acts to transfer carbon to the ocean's deep interior. Measuring the flux of sinking material (so called marine snow) is usually done by deploying sediment traps which intercept and store material as it sinks down the water column. However, this is a relatively difficult process, since traps can be awkward to deploy or recover, and they must be left in situ over a long period to integrate the sinking flux. Furthermore, they are known to experience biases and to integrate horizontal as well as vertical fluxes because of water currents. For this reason, scientists are interested in ocean properties that can be more easily measured, and that act as a proxy for the sinking flux. The f ratio is one such proxy.
Предположения
Основным предположением в этой интерпретации соотношения f является пространственное разделение первичного производства и нитрификации. Действительно, в своей первоначальной статье Эппли и Петерсон отметили: "Чтобы связать новое производство с экспортом, необходимо, чтобы нитрификация в эйфотической зоне была пренебрежимо мала". Как показывает соседняя диаграмма, если аммоний действительно нитрифицируется в нитраты в поверхностных водах океана, это фактически "замыкает" глубокий путь нитратов. На практике это привело бы к переоценке нового производства и более высокому значению f, поскольку часть, казалось бы, нового производства на самом деле подпитывалась недавно нитрифицированным нитратом, который никогда не покидал поверхностный океан. После включения измерений нитрификации в параметризацию, экосистемная модель олиготрофного субтропического региона (в частности, участка BATS) показала, что ежегодно около 40% поверхностных нитратов были недавно нитрифицированы (достигая почти 90% летом). Дальнейшее исследование, обобщившее географически разнообразные измерения нитрификации, выявило высокую изменчивость, но отсутствие связи с глубиной, и эти данные были использованы в глобальной модели для оценки того, что до половины поверхностных нитратов поступает от поверхностной нитрификации, а не от подъема глубинных вод. Преобразуя его в нитрит, а затем в аммоний. Поскольку, как и нитрификация, диссимиляционная редукция нитрата до аммония (DNRA) изменяет баланс доступности нитрата и аммония, она может внести неточность в рассчитанное значение f. Однако, поскольку возникновение DNRA ограничено анаэробными условиями, ее значимость менее распространена, чем нитрификация, хотя она может происходить в ассоциации с первичными продуцентами.
A fundamental assumption in this interpretation of the f ratio is the spatial separation of primary production and nitrification. Indeed, in their original paper, Eppley & Peterson noted that: "To relate new production to export requires that nitrification in the euphotic zone be negligible." As the adjacent diagram shows, if ammonium is indeed nitrified to nitrate in the ocean's surface waters it essentially "short circuits" the deep pathway of nitrate. In practice, this would lead to an overestimation of new production and a higher f ratio, since some of the ostensibly new production would actually be fuelled by recently nitrified nitrate that had never left the surface ocean. After including nitrification measurements in its parameterisation, an ecosystem model of the oligotrophic subtropical gyre region (specifically the BATS site) found that, on an annual basis, around 40% of surface nitrate was recently nitrified (rising to almost 90% during summer). A further study synthesising geographically diverse nitrification measurements found high variability but no relationship with depth, and applied this in a global scale model to estimate that up to a half of surface nitrate is supplied by surface nitrification rather than upwelling. reducing it to nitrite, then to ammonium. Since, like nitrification, DNRA alters the balance in the availability of nitrate and ammonium, it has the potential to introduce inaccuracy to the calculated f ratio. However, as DNRA's occurrence is limited to anaerobic situations, its importance is less widespread than nitrification, although it can occur in association with primary producers.