生物泵
概述
碳元素在自然界中循環的過程稱為碳循環。而要將碳元素傳送到深海主要有兩種途徑。一種是以生物為動力的生物傳遞,另一種是以物理為動力的溶解傳遞(solubility pump)。生物傳遞的主要模式是沉降。即大量由生物形成的含碳微粒,如糞便和微生物屍體等從海洋的表層沉降到深海。沉降物中除了排泄物等有機碳外,還包含了無機碳。這些無機碳的主要成分是碳酸鈣(CaCO3). 而這些碳酸鈣的主要來源是一些動物的鈣化外殼,如有孔足目和翼足目。有學者將生物傳遞中,有機碳的部分稱為軟組織傳遞,無機碳部分則稱為硬組織傳遞。 有機碳在沉降過程中有可能腐敗分解。當中的部分碳將轉變為二氧化碳溶解在水中。而碳酸鈣是微溶物,也會有部分溶入到海水中。溶解量和速度根據該海域中碳酸離子濃度決定,碳酸離子濃度大,則通解速度慢。
意義
生物傳遞在自然界的碳循環中扮演着重要的角色。大量的碳通過生物傳遞從海洋表面傳送到深海。但由於難以測量,所以具體數量尚不可知。 相對於溶解傳遞來說,生物傳遞碳固化的效果更為顯著。這一效果在石化燃料大量使用的今天有着更特殊的意義。可惜的是由於人類活動引起的大氣中二氧化碳含量的上升並沒有使得海洋中植物的數量提升。這是由于海洋中植物比起陸地上的難獲得二氧化碳。相反,有學者認為氣候的轉變可能會使得生物傳遞的作用降低。因為溫室效應會提高海面表層的溫度,這樣被認為會減少透光層中的養分,導致該層中初級生產的數量減少。
補充
海洋生物泵是指在海洋的生態環境中以生物或生物行為為動力,將碳元素從海洋表面向深層傳遞的過程。
由有機物生產、消費、傳遞、沉降和分解等一系列生物學過程構成的碳從表層向深層的轉移稱之為生物泵。海洋的生態環境中,在海水處於垂直穩定狀態下,碳要實現從表層向深層的垂直轉移需完成兩個步驟:1.從溶解態轉化為顆粒態;2.沉降。正是一系列的生物學過程完成了這兩個步驟。首先是生活在真光層(也叫有光層)內的大量的浮游植物進行光合作用吸收cq將其轉化為顆粒態,即有生命的顆粒有機碳(Living POC),大多為單細胞藻類,粒徑幾個到幾十微米。然後,通過食物鏈(網),逐級轉化為更大的顆粒(浮遊動物、魚等)。未被利用的各級產品將死亡、沉降和分解。轉化過程中產生的糞便、蛻皮等也構成大顆粒沉降,即非生命顆粒有機碳(Non—living POC)的沉降。生活在不同水層中浮遊動物的垂直洄游也構成了有機物由表層向深層的接力傳遞。由於沉降速度低,小顆粒有機物,如單細胞藻類在離開真光層不遠即死亡分解,只有大顆粒有機物才能抵禦微生物的分解活動得以到達深層,乃至沉積物中,進入長周期循環或「永世不得翻身」。光合作用產品中有相當一部分是以溶解有機碳的形式釋放到海水中,動植物的代謝活動也產生大量溶解有機碳。它們的一部分將無機化進入再循環,也有相當一部分被異養微生物利用再次轉化為顆粒態(微生物自身生物量),並通過微型食物網(Microbial foodweb)再進入主食物網。上述海洋的生態環境中由有機物生產、消費、傳遞、沉降和分解等一系列生物學過程構成的碳從表層向深層的轉移稱之為海洋生物。