Войти
Доминирующей особенностью планеты, если смотреть из космоса, является вода - океаны жидкой воды затопляют большую часть поверхности, в то время как водяной пар кружится в атмосферных облаках, а полюса покрыты льдом. В целом океаны образуют единую морскую систему, в которой жидкая вода - «универсальный растворитель» - растворяет питательные вещества и вещества, содержащие такие элементы, как кислород, углерод, азот и фосфор. Эти вещества бесконечно циклируются и рециркулируются, химически объединяются, а затем снова распадаются, растворяются, а затем осаждаются или испаряются, импортируются и экспортируются обратно на сушу, в атмосферу и на дно океана. Эти морские биогеохимические циклы, подпитываемые как биологической активностью морских организмов, так и естественными силами солнца, а также приливами и движениями земной коры. Морские биогеохимические циклы - это биогеохимические циклы, которые происходят в морской среде, то есть в соленой воде морей или океанов или в солоноватой воде прибрежных устьев. Эти биогеохимические циклы представляют собой пути, по которым химические вещества и элементы перемещаются в морской среде. Кроме того, вещества и элементы могут ввозиться в морскую среду или вывозиться из нее. Этот импорт и экспорт могут происходить в виде обмена с атмосферой наверху, дном океана внизу или в виде стока с суши.
Существуют биогеохимические циклы для элементов кальция, углерода, водорода, ртути, азота, кислорода, фосфора, селена и серы ; молекулярные циклы воды и кремнезема ; макроскопические циклы, такие как цикл горных пород ; а также индуцированные человеком циклы синтетических соединений, таких как полихлорированный бифенил (ПХБ). В некоторых циклах есть резервуары, в которых вещество может храниться длительное время. Цикличность этих элементов взаимосвязана.
Морские организмы, и особенно морские микроорганизмы, имеют решающее значение для функционирования многих из этих циклов. Силы, управляющие биогеохимическими циклами, включают метаболические процессы внутри организмов, геологические процессы с участием мантии Земли, а также химические реакции между самими веществами, поэтому они называются биогеохимическими циклами. В то время как химические вещества могут быть расщеплены и рекомбинированы, сами химические элементы не могут быть ни созданы, ни разрушены этими силами, поэтому, помимо некоторых потерь и выгод от космического пространства, элементы рециркулируются или хранятся (секвестрируются) где-то на планете или внутри нее..
Энергия направленно течет через экосистемы, поступая в виде солнечного света (или неорганических молекул для хемоавтотрофов) и покидая тепло во время многочисленных переходов между трофическими уровнями. Однако материя, из которой состоят живые организмы, сохраняется и перерабатывается. Шесть наиболее распространенных элементов, связанных с органическими молекулами - углерод, азот, водород, кислород, фосфор и сера - принимают различные химические формы и могут длительное время существовать в атмосфере, на суше, в воде или под поверхностью Земли.. Геологические процессы, такие как выветривание, эрозия, дренаж воды и субдукция континентальных плит, все играют роль в этой переработке материалов. Поскольку геология и химия играют важную роль в изучении этого процесса, переработка неорганического вещества между живыми организмами и окружающей их средой называется биогеохимическим циклом.
Шесть вышеупомянутых элементов используются организмами по-разному. Водород и кислород содержатся в воде и органических молекулах, которые необходимы для жизни. Углерод содержится во всех органических молекулах, тогда как азот является важным компонентом нуклеиновых кислот и белков. Фосфор используется для производства нуклеиновых кислот и фосфолипидов, из которых состоят биологические мембраны. Сера имеет решающее значение для трехмерной формы белков. Цикличность этих элементов взаимосвязана. Например, движение воды имеет решающее значение для вымывания серы и фосфора в реки, которые затем могут течь в океаны. Минералы циркулируют в биосфере между биотическими и абиотическими компонентами и от одного организма к другому.
Взаимодействие земных и атмосферных водных циклов с морским водным циклом Основная статья: круговорот воды Дополнительная информация: Гольфстрим и термохалинная циркуляция. Вода - это среда океанов, среда, в которой переносятся все вещества и элементы, участвующие в морских биогеохимических циклах. Вода в природе почти всегда включает растворенные вещества, поэтому воду называют «универсальным растворителем» за ее способность растворять так много веществ. Эта способность позволяет ему быть « растворителем жизни». Вода также является единственным обычным веществом, которое существует в виде твердого, жидкого и газообразного вещества в нормальных земных условиях. Поскольку жидкая вода течет, океанские воды циркулируют и текут по всему миру. Поскольку вода легко меняет фазу, ее можно унести в атмосферу в виде водяного пара или заморозить в виде айсберга. Затем он может выпадать в осадок или плавиться, чтобы снова стать жидкой водой. Вся морская жизнь погружена в воду, в матрицу и утробу самой жизни. Вода может быть расщеплена на составляющие водород и кислород в результате метаболических или абиотических процессов, а затем рекомбинирована, чтобы снова стать водой.
Хотя круговорот воды сам по себе является биогеохимическим круговоротом, поток воды над и под Землей является ключевым компонентом круговорота других биогеохимических веществ. Сток ответственен за почти весь перенос эродированных наносов и фосфора с суши в водоемы. Культурное эвтрофикация озер происходит в первую очередь из-за фосфора, который вносится в избытке в сельскохозяйственные поля в виде удобрений, а затем переносится по суше и вниз по рекам. И сток, и поток грунтовых вод играют важную роль в переносе азота с суши в водоемы. Мертвая зона на выходе из реки Миссисипи является следствием нитратов из удобрений осуществляется от сельскохозяйственных полей и направляются вниз речной системы в Мексиканском заливе. Сток также играет роль в углеродном цикле, опять же за счет переноса эродированных горных пород и почвы.
Соленость океана обусловлена в основном выветриванием горных пород и переносом растворенных солей с суши с меньшим вкладом из гидротермальных источников на морском дне. Испарение океанской воды и образование морского льда еще больше увеличивают соленость океана. Однако эти процессы, которые увеличивают соленость, постоянно уравновешиваются процессами, которые уменьшают соленость, такими как постоянный приток пресной воды из рек, осадки дождя и снега и таяние льда. Два наиболее распространенных иона в морской воде - это хлорид и натрий. Вместе они составляют около 85 процентов всех растворенных ионов в океане. Ионы магния и сульфата составляют большую часть остального. Соленость зависит от температуры, испарения и осадков. Обычно он низкий на экваторе и полюсах и высокий в средних широтах.
Вертикальные перепады солености моря между поверхностью и глубиной 300 метров. Соленость увеличивается с глубиной в красных областях и уменьшается в синих областях.
Среднегодовая соленость поверхности моря, измеренная в 2009 г. в практических единицах солености
Морские брызги, содержащие морские микроорганизмы, а также все вещества и элементы, содержащиеся в их телах, могут уноситься высоко в атмосферу. Там они становятся аэропланктоном и могут путешествовать по земному шару, прежде чем упасть обратно на землю. Поток переносимых по воздуху микроорганизмов кружит над планетой над погодными системами, но ниже коммерческих воздушных путей. Некоторые перипатетические микроорганизмы уносятся наземными пыльными бурями, но большинство происходит от морских микроорганизмов в морских брызгах. В 2018 году ученые сообщили, что сотни миллионов вирусов и десятки миллионов бактерий ежедневно откладываются на каждом квадратном метре планеты. Это еще один пример воды, облегчающей перенос органических материалов на большие расстояния, в данном случае в виде живых микроорганизмов.
Растворенная соль не испаряется обратно в атмосферу, как вода, но образует аэрозоли морской соли в морских брызгах. Многие физические процессы над поверхностью океана порождают аэрозоли морской соли. Одной из частых причин является лопание пузырьков воздуха, которые уносятся ветром во время образования белой шапочки. Другой - срывание капель с вершин волн. Общий поток морской соли из океана в атмосферу составляет около 3300 тг (3,3 миллиарда тонн) в год.
Конвекционный цикл Апвеллинг 
Апвеллинг, вызванный трением морского ветра о поверхность океана. 
Апвеллинг может быть вызван, если прибрежный ветер движется к экватору, вызывая перенос Экмана. Два механизма, приводящих к апвеллингу. В любом случае, если направление ветра изменится на противоположное, это вызовет нисходящий поток. Вентиляция глубокого океана 
Придонные воды Антарктики 
Антарктическое циркумполярное течение, ответвления которого соединяются с глобальной конвейерной лентой. 
Конвейерная лента global Солнечная радиация влияет на океаны: теплая вода с экватора имеет тенденцию циркулировать к полюсам, а холодная полярная вода устремляется к экватору. Поверхностные течения изначально определяются условиями приземного ветра. В пассаты дуют на запад, в тропиках, и западные дуют на восток в средних широтах. Эта ветровая картина оказывает давление на поверхность субтропического океана с отрицательной завихренностью в северном полушарии и наоборот - в южном полушарии. В результате транспорт Свердрупа направлен к экватору. Из-за сохранения потенциальной завихренности, вызванной ветрами, движущимися к полюсам на западной периферии субтропического хребта, и повышенной относительной завихренностью воды, движущейся к полюсу, перенос уравновешивается узким ускоряющимся потоком, направленным к полюсу, который течет вдоль западной границы хребта. океанический бассейн, перевешивая эффекты трения с холодным западным пограничным течением, берущим начало в высоких широтах. Общий процесс, известный как западная интенсификация, заставляет течения на западной границе океанического бассейна быть сильнее, чем на восточной границе.
По мере продвижения к полюсу теплая вода, переносимая сильным потоком теплой воды, подвергается испарительному охлаждению. Охлаждение осуществляется ветром: ветер, движущийся над водой, охлаждает воду, а также вызывает испарение, оставляя более соленый рассол. В этом процессе вода становится более соленой и плотной. и понижается температура. После образования морского льда соли остаются вне льда - процесс, известный как исключение рассола. Эти два процесса производят более плотную и холодную воду. Вода в северной части Атлантического океана становится настолько плотной, что начинает опускаться через менее соленую и менее плотную воду. Этот нисходящий поток тяжелой, холодной и плотной воды становится частью Североатлантического глубокого водотока, идущего на юг потока.
Ветры вызывают океанические течения в верхних 100 метрах поверхности океана. Однако океанские течения также текут на тысячи метров под поверхностью. Эти глубоководные течения вызваны разницей в плотности воды, которая контролируется температурой (термо) и соленостью (халин). Этот процесс известен как термохалинная циркуляция. В полярных регионах Земли вода в океане очень остывает, образуя морской лед. Как следствие, окружающая морская вода становится более соленой, потому что при образовании морского льда соль остается. По мере того, как морская вода становится более соленой, ее плотность увеличивается, и она начинает тонуть. Поверхностная вода втягивается, чтобы заменить тонущую воду, которая, в свою очередь, в конечном итоге становится достаточно холодной и соленой, чтобы тонуть. Это инициирует глубоководные течения, приводящие в движение глобальную конвейерную ленту.
Термохалинная циркуляция приводит в движение глобальную систему течений, называемую «глобальной конвейерной лентой». Конвейерная лента начинается на поверхности океана у полюса в Северной Атлантике. Здесь вода охлаждается арктическими температурами. Он также становится более соленым, потому что при образовании морского льда соль не замерзает и остается в окружающей воде. Холодная вода стала более плотной из-за добавленных солей и опускается на дно океана. Поверхностная вода перемещается, чтобы заменить тонущую воду, создавая, таким образом, течение. Эта глубокая вода движется на юг, между континентами, мимо экватора и спускается к концам Африки и Южной Америки. Течение проходит через край Антарктиды, где вода остывает и снова опускается, как в Северной Атлантике. Таким образом, конвейерная лента «перезаряжается». По мере того, как он движется вокруг Антарктиды, от конвейера отделяются две секции, которые поворачивают на север. Одна секция уходит в Индийский океан, другая - в Тихий океан. Эти две части, которые отделились, нагреваются и становятся менее плотными по мере продвижения на север к экватору, так что они поднимаются на поверхность (апвеллинг). Затем они возвращаются на юг и запад к Южной Атлантике, в конечном итоге возвращаясь в Северную Атлантику, где цикл начинается снова. Конвейерная лента движется с гораздо меньшей скоростью (несколько сантиметров в секунду), чем ветровые или приливные течения (от десятков до сотен сантиметров в секунду). Подсчитано, что любой кубический метр воды занимает около 1000 лет, чтобы пройти путь по мировой конвейерной ленте. Кроме того, конвейер перемещает огромный объем воды - более чем в 100 раз больше, чем поток реки Амазонки (Росс, 1995). Конвейерная лента также является жизненно важным компонентом глобального круговорота питательных веществ и двуокиси углерода в океане. Теплые поверхностные воды обеднены питательными веществами и углекислым газом, но они снова обогащаются по мере прохождения по конвейерной ленте в виде глубоких или придонных слоев. Основа мировой пищевой цепи зависит от прохладной, богатой питательными веществами воды, которая поддерживает рост водорослей и водорослей.
| Среднее время пребывания в резервуаре | |
|---|---|
| Резервуар | Среднее время пребывания |
| Антарктида | 20000 лет |
| Океаны | 3200 лет |
| Ледники | От 20 до 100 лет |
| Сезонный снежный покров | От 2 до 6 месяцев |
| Влажность почвы | 1-2 месяца |
| Подземные воды: мелкие | От 100 до 200 лет |
| Подземные воды: глубокие | 10 000 лет |
| Озера (см. Время удерживания озера ) | От 50 до 100 лет |
| Реки | От 2 до 6 месяцев |
| Атмосфера | 9 дней |
Среднее время пребывания молекулы воды в океане в мире составляет около 3200 лет. Для сравнения, среднее время пребывания в атмосфере составляет около 9 дней. Если он заморожен в Антарктике или затянут в глубокие грунтовые воды, он может быть изолирован на десять тысяч лет.
| Некоторые ключевые элементы, участвующие в морских биогеохимических циклах | ||
|---|---|---|
| Элемент | Диаграмма | Описание |
| Углерод |  | Цикл морского углерода включает в себя процессы, обмен углерод между различными бассейнами в пределах океана, а также между атмосферой, недра Земли, и морским дном. Углеродный цикл является результатом взаимодействия многих сил на нескольких временных и пространственных масштабах, что циркулирует углерода вокруг планеты, гарантируя, что углерод доступен по всему миру. Морской углеродный цикл является центральным в глобальном углеродном цикле и содержит как неорганический углерод (углерод, не связанный с живым существом, например, углекислый газ), так и органический углерод (углерод, который включен или был включен в живое существо). Часть морского углеродного цикла превращает углерод между неживым и живым веществом. Три основных процесса (или насоса), составляющие морской углеродный цикл, переносят атмосферный углекислый газ (CO 2) внутрь океана и распределяют его по океанам. Этими тремя насосами являются: (1) насос растворимости, (2) карбонатный насос и (3) биологический насос. Общий активный пул углерода на поверхности Земли в течение периода менее 10 000 лет составляет примерно 40 000 гигатонн C (Гт C, гигатонна составляет один миллиард тонн или вес примерно 6 миллионов синих китов ) и около 95% (~ 38000 Гт C) хранится в океане, в основном в виде растворенного неорганического углерода. Состав растворенного неорганического углерода в морском углеродном цикле является основным регулятором кислотно-щелочной химии в океанах. |
| Кислород |  | Кислородный цикл включает биогеохимические переходы кислорода атомов между различными состояниями окисления в ионах, оксидах и молекулы через окислительно - восстановительные реакции внутри и между сферами / водохранилищами планеты Землей. Слово кислород в литературе обычно относится к молекулярному кислороду (O 2), поскольку он является обычным продуктом или реагентом многих биогеохимических окислительно-восстановительных реакций в рамках цикла. Процессы в кислородном цикле считаются биологическими или геологическими и оцениваются либо как источник ( производство O 2), либо как поглотитель ( потребление O 2). |
| Водород |  | Водородный цикл состоит из водорода обменов между биотическим (живых) и абиотических (неживых) источников и поглотителей водородсодержащих соединений. Водород (H) - самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле обычные H-содержащие неорганические молекулы включают воду (H 2 O), газообразный водород (H 2), метан (CH 4), сероводород (H 2 S) и аммиак (NH 3). Многие органические соединения также содержат атомы H, такие как углеводороды и органические вещества. Учитывая повсеместное распространение атомов водорода в неорганических и органических химических соединениях, водородный цикл сосредоточен на молекулярном водороде (H 2). |
| Азот |  | Азотный цикл представляет собой процесс, посредством которого азот превращается в нескольких химических формах, как она циркулирует среди атмосферы, наземных и морских экосистем. Конверсия азота может осуществляться как биологическими, так и физическими способами. Важные процессы в азотном цикле включают фиксацию, аммонификацию, нитрификацию и денитрификацию. 78% атмосферы Земли составляет молекулярный азот (N 2), что делает его крупнейшим источником азота. Однако атмосферный азот имеет ограниченную доступность для биологического использования, что приводит к нехватке пригодного для использования азота во многих типах экосистем. Азотный цикл представляет особый интерес для экологов, поскольку наличие азота может влиять на скорость основных экосистемных процессов, включая первичное производство и разложение. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, использование искусственных азотных удобрений и выброс азота в сточные воды, резко изменила глобальный цикл азота. Модификация человеком глобального азотного цикла может негативно повлиять на систему окружающей среды, а также на здоровье человека. |
| Фосфор |  | Цикл фосфора является движением фосфора через литосферу, гидросферу и биосферу. В отличие от многих других биогеохимических циклов, атмосфера не играет значительной роли в перемещении фосфора, потому что фосфор и соединения на основе фосфора обычно являются твердыми веществами в типичных диапазонах температуры и давления, существующих на Земле. Производство газообразного фосфина происходит только в специализированных местных условиях. Следовательно, цикл фосфора следует рассматривать со всей системы Земли, а затем специально сосредоточить внимание на цикле в наземных и водных системах. На местном уровне преобразования фосфора носят химический, биологический и микробиологический характер: однако основные долгосрочные перемещения в глобальном цикле обусловлены тектоническими движениями в геологическом времени. Люди вызвали серьезные изменения в глобальном круговороте фосфора за счет доставки фосфорных минералов и использования фосфорных удобрений, а также доставки продуктов питания с ферм в города, где они теряются в виде сточных вод. |
| Сера |  | Цикл серы является совокупность процессов, посредством которых сера движется между скал, водных путей и живых систем. Такие биогеохимические циклы важны в геологии, потому что они влияют на многие минералы. Биохимические циклы также важны для жизни, потому что сера является важным элементом, входящим в состав многих белков и кофакторов, а соединения серы могут использоваться в качестве окислителей или восстановителей при микробном дыхании. Глобальный круговорот серы включает в себя превращения видов серы в различных состояниях окисления, которые играют важную роль как в геологических, так и в биологических процессах. Основным стоком серы на Земле является SO 4 2− в океанах, где она является основным окислителем. |
| Железо |  | Круговорот железа (Fe) - это биогеохимический цикл железа через атмосферу, гидросферу, биосферу и литосферу. Хотя Fe очень распространено в земной коре, оно менее распространено в насыщенных кислородом поверхностных водах. Железо является ключевым микронутриентом в первичной продуктивности и ограничивающим питательным веществом в Южном океане, восточной экваториальной части Тихого океана и субарктической части Тихого океана, называемых областями океана с высоким содержанием питательных веществ и низким содержанием хлорофилла (HNLC). Железо существует в диапазоне степеней окисления от -2 до +7; однако на Земле он преимущественно находится в окислительно-восстановительном состоянии +2 или +3 и является первичным окислительно-активным металлом на Земле. Цикл железа между его состояниями окисления +2 и +3 называется циклом железа. Этот процесс может быть полностью абиотическим или ему могут способствовать микроорганизмы, особенно бактерии, окисляющие железо. Абиотические процессы включают ржавление железосодержащих металлов, когда Fe 2+ абиотически окисляется до Fe 3+ в присутствии кислорода, и восстановление Fe 3+ до Fe 2+ минералами сульфида железа. Биологический цикл Fe 2+ осуществляется микробами, окисляющими и восстанавливающими железо. |
| Кальций |  | Цикл кальция является переносом кальция между растворенными и твердыми фазами. Ионы кальция непрерывно поступают в водные пути из горных пород, организмов и почв. Ионы кальция потребляются и удаляются из водной среды, поскольку они реагируют с образованием нерастворимых структур, таких как карбонат кальция и силикат кальция, которые могут откладываться с образованием отложений или экзоскелетов организмов. Ионы кальция также можно использовать биологически, поскольку кальций необходим для биологических функций, таких как образование костей и зубов или клеточная функция. Кальциевый цикл - это связующее звено между земными, морскими, геологическими и биологическими процессами. На морской цикл кальция влияет изменение содержания углекислого газа в атмосфере из-за подкисления океана. |
| Кремний |  | Цикл кремнезема включает перенос кремнезема между системами Земли. Опаловый кремнезем (SiO 2), также называемый диоксидом кремния, представляет собой химическое соединение кремния. Кремний является жизненно важным элементом и одним из самых распространенных элементов на Земле. Цикл кремнезема в значительной степени перекрывается с циклом углерода (см. Цикл карбонат-силикат ) и играет важную роль в связывании углерода в результате континентального выветривания, биогенного экспорта и захоронения в виде илов в геологических временных масштабах. |
Базовая однокорпусная модельКоробчатые модели широко используются для иллюстрации потоков в биогеохимических циклах. Коробчатые модели широко используются для моделирования биогеохимических систем. Коробчатые модели - это упрощенные версии сложных систем, сводящиеся к коробкам (или резервуарам для хранения) химических материалов, связанных потоками материалов (потоками). Простые ящичные модели имеют небольшое количество ящиков со свойствами, такими как объем, которые не меняются со временем. Предполагается, что ящики ведут себя так, как если бы они были перемешаны однородно. Эти модели часто используются для вывода аналитических формул, описывающих динамику и стационарную численность рассматриваемых химических веществ.
На диаграмме справа показана базовая однокорпусная модель. Резервуар содержит количество рассматриваемого материала M, определяемое химическими, физическими или биологическими свойствами. Источник Q - это поток материала в резервуар, а сток S - это поток материала из резервуара. Бюджет - это проверка и баланс источников и стоков, влияющих на материальный оборот в резервуаре. Резервуар находится в устойчивом состоянии, если Q = S, то есть, если источники уравновешивают стоки и нет никаких изменений с течением времени.
Единицы измеренияГлобальные модели биогеохимических коробки обычно измеряют: - пластовые массы в петаграммах (PG) - потоки потока в петаграммах в год (Pg YR -1) Диаграммы в данной статье, в основном, используют эти единица ________________________________________________ один petagram = 10 15 г = один гигатонна = один млрд ( 10 9) тонн
Время оборота (также называемое временем обновления или возрастом выхода) - это среднее время, которое материал проводит в резервуаре. Если резервуар находится в устойчивом состоянии, это то же время, которое требуется для заполнения или слива резервуара. Таким образом, если τ - время оборота, то τ = M / S. Уравнение, описывающее скорость изменения содержания в коллекторе, имеет следующий вид:
Когда два или более резервуара соединены, материал можно рассматривать как циклическое движение между резервуарами, и могут быть предсказуемые закономерности для циклического потока. Более сложные мультибоксовые модели обычно решаются с использованием численных методов.
Упрощенный бюджет океанических углеродных потоков, пример модели из трех ящиков 
Скорость экспорта и захоронения наземного органического углерода в океане - пример более сложной модели с множеством взаимодействующих блоков Массы коллектора здесь представляют собой запасы углерода, измеряемые в Pg C. Потоки обмена углерода, измеряемые в Pg C год -1, происходят между атмосферой и двумя ее основными поглотителями, сушей и океаном. Черные числа и стрелки указывают массу резервуара и обменные потоки на 1750 год, непосредственно перед промышленной революцией. Красные стрелки (и соответствующие числа) указывают годовые изменения потока, вызванные антропогенной деятельностью, усредненные за период 2000–2009 годов. Они показывают, как изменился углеродный цикл с 1750 года. Красные числа в резервуарах представляют совокупные изменения антропогенного углерода с начала индустриального периода, 1750–2011. На диаграмме выше показан упрощенный бюджет океанических углеродных потоков. Он состоит из трех простых взаимосвязанных коробчатых моделей: одна для эвфотической зоны, одна для внутренней части океана или темного океана и одна для океанических отложений. В эвфотической зоне чистая продукция фитопланктона составляет около 50 Пг C в год. Около 10 мкг экспортируется в глубь океана, а остальные 40 мкг вдыхается. Разложение органического углерода происходит по мере того, как частицы ( морской снег ) оседают в недрах океана. Только 2 Pg в конечном итоге попадают на морское дно, в то время как остальные 8 Pg вдыхаются в темном океане. В осадках, масштаб времени для увеличения деградации на несколько порядков, в результате чего 90% органического углерода поставляется деградирует и только 0,2 мкг С год -1, в конечном счете похоронен и передается от биосферы к геосферы.
Чистое производство, транспортировка и экспорт DOC в океанеРегионы значительного чистого производства DOC (широкие стрелки) включают прибрежные и экваториальные районы апвеллинга, которые поддерживают большую часть новой мировой добычи. DOC переносится в субтропические круговороты и вокруг них с помощью ветровой поверхностной циркуляции. Экспорт имеет место, если экспортируемый DOC (повышенные концентрации обозначены темно-синими полями) присутствует во время опрокидывания водной толщи. прекурсор для формирования глубинных и промежуточных водных масс. DOC также экспортируется с субдукцией в круговоротах. В регионах, где субтропическая вода, обогащенная DOC, не может служить предвестником переворота циркуляции (например, в местах образования донных вод Антарктики в Южном океане) из-за полярных фронтальных систем, экспорт DOC является слабым компонентом биологического насоса. В водах к югу от Антарктического полярного фронта зимой не хватает значительного экспортируемого РОУ (показано голубым полем). 
Растворенное органическое вещество (РОВ)Диаграмма Венна различных форм растворенного органического вещества (РОВ), обнаруженного в воде. Представлены общие органические вещества (TOM), общий органический углерод (TOC), растворенный органический углерод (DOC), органический углерод в виде твердых частиц (POC), растворенный органический азот (DON) и растворенный органический фосфор (DOP). В дальнейшем DOC можно разделить на гуминовые ( гуминовая кислота, фульвокислота и гумин ) и негуминовые вещества. 
Размер и классификация морских частиц По материалам Simon et al., 2002. 
Процессы в биологическом насосе Приведены числа - потоки углерода (Гт C год − 1) в белых квадратах и массы углерода (Гт C) в темных квадратах. Фитопланктон преобразует CO2, который растворился из атмосферы в поверхностных слоях океана, в твердые частицы органического углерода (POC) во время первичной продукции. Затем фитопланктон потребляется крилем и мелкими травоядами зоопланктона, которые, в свою очередь, становятся жертвами более высоких трофических уровней. Любой неиспользованный фитопланктон образует агрегаты и вместе с фекальными гранулами зоопланктона быстро тонет и выводится из смешанного слоя. Криль, зоопланктон и микробы улавливают фитопланктон на поверхности океана и опускают частицы детрита на глубину, потребляя и вдыхая этот ВОУ в СО2 (растворенный неорганический углерод, DIC), так что лишь небольшая часть углерода, производимого на поверхности, оседает в глубинах океана ( т.е. глубиныgt; 1000 м). В качестве корма для криля и более мелкого зоопланктона они также физически фрагментируют частицы на более мелкие, более медленные или не тонущие части (из-за неаккуратного кормления, coprorhexy при фрагментации фекалий), замедляя экспорт ВОУ. Это высвобождает растворенный органический углерод (DOC) либо непосредственно из клеток, либо косвенно через бактериальную солюбилизацию (желтый кружок вокруг DOC). Затем бактерии могут реминерализовать DOC до DIC (CO2, микробное садоводство). Вертикально мигрирующий криль, мелкий зоопланктон и рыба могут активно переносить углерод на глубину, потребляя ВОУ в поверхностном слое ночью и метаболизируя его в дневное время на мезопелагических глубинах. В зависимости от жизненного цикла вида, активный перенос может происходить и на сезонной основе. Дополнительная информация: Биологический насос Биологический насос, в своей простейшей форме, является биологически обусловленным секвестр океана из углерода из атмосферы в океане внутренних и донных отложений. Это часть океанического углеродного цикла, ответственная за круговорот органического вещества, образованного в основном фитопланктоном во время фотосинтеза (насос мягких тканей), а также за круговорот карбоната кальция (CaCO 3), образованного в раковинах некоторыми организмами, такими как планктон. и моллюски (карбонатный насос).
Биологический насос можно разделить на три отдельных этапа, первая из которых - производство фиксированного углерода планктонными фототрофами в эвфотической (освещенной солнцем) области поверхности океана. В этих поверхностных водах фитопланктон использует углекислый газ (CO 2), азот (N), фосфор (P) и другие микроэлементы ( барий, железо, цинк и т. Д.) Во время фотосинтеза для производства углеводов, липидов и белков. Некоторые виды планктона (например, кокколитофориды и фораминиферы ) объединяют кальций (Ca) и растворенные карбонаты ( угольная кислота и бикарбонат ), образуя защитное покрытие из карбоната кальция (CaCO 3).
Биологический насос 
Насос для океанических китов, в котором киты циркулируют питательные вещества через толщу воды После того, как этот углерод закреплен в мягкой или твердой ткани, организмы либо остаются в эвфотической зоне для повторного использования в рамках регенеративного цикла питательных веществ, либо, когда они умирают, переходят ко второй фазе биологического насоса и начинают опускаться в океан. пол. Тонущие частицы часто образуют агрегаты по мере опускания, что значительно увеличивает скорость опускания. Именно эта агрегация дает частицам больше шансов избежать нападения хищников и разложения в толще воды и в конечном итоге добраться до морского дна.
Связанный углерод, который либо разлагается бактериями по пути вниз, либо однажды на морском дне, затем поступает в заключительную фазу насоса и реминерализуется для повторного использования в первичном производстве. Частицы, которые полностью ускользают от этих процессов, задерживаются в отложениях и могут оставаться там миллионы лет. Именно этот секвестрированный углерод ответственен за окончательное снижение содержания CO 2 в атмосфере.
| Внешнее видео | |
|---|---|
 Морские циклы кислорода и углекислого газа |
Связи между различными частями живой (бактерии / вирусы и фито- / зоопланктон) и неживой (МОВ / ПОМ и неорганические вещества) окружающей среды 
Путь вирусного шунтирования облегчает поток растворенных органических веществ (РОВ) и твердых частиц (РОВ) через морскую пищевую сеть. См. Также: морские микроорганизмы, микробная петля, вирусный шунт и симбиоз морских микробов. Цикл морского углерода состоит из процессов, что обмен углерод между различными пулами в пределах океана, а также между атмосферой, недра Земли, и морским дном. Углеродный цикл является результатом взаимодействия многих сил на нескольких временных и пространственных масштабах, что циркулирует углерода вокруг планеты, гарантируя, что углерод доступен по всему миру. Круговорот углерода в океане является центральным процессом глобального цикла углерода и содержит как неорганический углерод (углерод, не связанный с живыми существами, например, углекислый газ), так и органический углерод (углерод, который включен или был включен в живое существо).. Часть морского углеродного цикла превращает углерод между неживым и живым веществом.
Морской углеродный цикл 
Кислородный цикл Три основных процесса (или насоса), составляющие морской углеродный цикл, переносят атмосферный углекислый газ (CO 2) внутрь океана и распределяют его по океанам. Этими тремя насосами являются: (1) насос растворимости, (2) карбонатный насос и (3) биологический насос. Общий активный пул углерода на поверхности Земли в течение периода менее 10 000 лет составляет примерно 40 000 гигатонн C (Гт C, гигатонна составляет один миллиард тонн или вес приблизительно 6 миллионов синих китов ) и около 95% (~ 38000 Гт C) хранится в океане, в основном в виде растворенного неорганического углерода. Видообразование растворенного неорганического углерода в цикле морского углерода является основным контроллером кислотно-щелочной химии в океане.
| Формы углерода | |||
|---|---|---|---|
| Углеродная форма | Химическая формула | Состояние | Главный резервуар |
| углекислый газ | CO 2 | газ | атмосфера |
| угольная кислота | H 2 CO 3 | жидкость | океан |
| бикарбонат-ион | HCO 3 - | жидкость (растворенный ион ) | океан |
| органические соединения | Примеры: C 6 H 12 O 6 (глюкоза) CH 4 (метан) | твердый газ | морские организмы, органические отложения ( ископаемое топливо ) |
| другие углеродные соединения | Примеры: CaCO 3 (карбонат кальция) CaMg (CO 3) 2 (карбонат кальция-магния) | твердый | раковины осадочной породы |
Мертвые зоны возникают в океане, когда фосфор и азот из удобрений в поверхностном стоке вызывают чрезмерный рост микроорганизмов, которые истощают кислород и убивают фауну. Во всем мире большие мертвые зоны находятся в прибрежных районах с высокой плотностью населения. 
Взаимодействие между морскими биогеохимическими циклами углерода, азота и фосфора Круговорот азота так же важен в океане, как и на суше. Хотя общий цикл одинаков в обоих случаях, существуют разные участники и способы переноса азота в океане. Азот поступает в океан через осадки, сток, или как N 2 из атмосферы. Фитопланктон не может использовать азот в виде N 2, поэтому он должен подвергаться азотфиксации, которая осуществляется преимущественно цианобактериями. Без поставок фиксированного азота, входящего в морской цикл, фиксированный азот будет израсходован примерно за 2000 лет. Фитопланктону необходим азот в биологически доступных формах для первоначального синтеза органического вещества. Аммиак и мочевина попадают в воду в результате экскреции планктона. Источники азота удаляются из эвфотической зоны за счет нисходящего движения органического вещества. Это может происходить в результате опускания фитопланктона, вертикального перемешивания или опускания отходов вертикальных мигрантов. В результате опускания аммиак попадает на более низкие глубины ниже эвфотической зоны. Бактерии способны превращать аммиак в нитриты и нитраты, но они подавляются светом, поэтому это должно происходить ниже эвфотической зоны. Аммонификация или минерализация осуществляется бактериями для преобразования органического азота в аммиак. Затем может произойти нитрификация для превращения аммония в нитрит и нитрат. Нитрат может быть возвращен в эвфотическую зону путем вертикального перемешивания и апвеллинга, где он может быть поглощен фитопланктоном для продолжения цикла. N 2 можно вернуть в атмосферу посредством денитрификации.
Аммоний считается предпочтительным источником фиксированного азота для фитопланктона, поскольку его ассимиляция не включает окислительно-восстановительную реакцию и, следовательно, требует мало энергии. Для усвоения нитратов требуется окислительно-восстановительная реакция, но их больше, поэтому большинство фитопланктона адаптировались к ферментам, необходимым для этого восстановления ( нитратредуктаза ). Есть несколько примечательных и хорошо известных исключений, среди которых большинство Prochlorococcus и некоторые Synechococcus, которые могут поглощать азот только в виде аммония.
Морской азотный цикл 
Морской цикл фосфора Фосфор - важное питательное вещество для растений и животных. Фосфор является ограничивающим питательным веществом для водных организмов. Фосфор входит в состав важных жизненно важных молекул, которые очень распространены в биосфере. Фосфор действительно попадает в атмосферу в очень малых количествах, когда пыль растворяется в дождевой воде и морских брызгах, но остается в основном на суше, в горных породах и минералах почвы. Восемьдесят процентов добытого фосфора используется для производства удобрений. Фосфаты из удобрений, сточных вод и моющих средств могут вызвать загрязнение озер и ручьев. Чрезмерное обогащение фосфатом как пресных, так и прибрежных морских вод может привести к массовому цветению водорослей, которые, когда они умирают и разлагаются, приводят только к эвтрофикации пресных вод. Недавние исследования показывают, что преобладающим загрязнителем, ответственным за цветение водорослей в устьях соленой воды и прибрежных морских местообитаниях, является азот.
Фосфор чаще всего встречается в природе в составе иона ортофосфата (PO 4) 3-, состоящего из атома P и 4 атомов кислорода. На суше больше всего фосфора содержится в горных породах и минералах. Богатые фосфором отложения обычно образуются в океане или из гуано, и со временем геологические процессы переносят океанические отложения на сушу. Выветривание горных пород и минералов высвобождает фосфор в растворимой форме, где он усваивается растениями и превращается в органические соединения. Затем растения могут потребляться травоядными животными, а фосфор либо включается в их ткани, либо выводится из организма. После смерти животное или растение разлагается, и фосфор возвращается в почву, где большая часть фосфора превращается в нерастворимые соединения. Сток может унести небольшую часть фосфора обратно в океан.
Поток энергии и круговорот питательных веществТемно-зеленые линии представляют движение питательных веществ, а пунктирные линии - движение энергии. Питательные вещества остаются в системе, в то время как энергия поступает через фотосинтез и покидает систему в основном в виде тепловой энергии, небиологически полезной формы энергии. Дополнительная информация: Питательный цикл Круговорот питательных веществ - это движение и обмен органического и неорганического вещества обратно в производство вещества. Этот процесс регулируется путями, доступными в морских пищевых сетях, которые в конечном итоге разлагают органические вещества обратно на неорганические питательные вещества. Круговорот питательных веществ происходит в экосистемах. Энергетический поток всегда следует однонаправленным и нециклическим путем, в то время как движение минеральных питательных веществ является циклическим. Минеральные циклы включают углеродный цикл, кислородный цикл, азотный, фосфорный и серный цикл, а также другие, которые постоянно рециркулируют вместе с другими минеральными питательными веществами в продуктивное экологическое питание.
Термины биогеохимического цикла и цикла питательных веществ в значительной степени частично совпадают. Некоторые учебники объединяют эти два понятия и, кажется, рассматривают их как синонимы. Однако часто термины появляются независимо. Цикл питательных веществ чаще используется в прямой связи с идеей внутрисистемного цикла, когда экосистема функционирует как единое целое. С практической точки зрения нет смысла оценивать наземную экосистему, рассматривая полный столб воздуха над ней, а также огромные глубины Земли под ним. Хотя экосистема часто не имеет четких границ, в качестве рабочей модели целесообразно рассматривать функциональное сообщество, в котором происходит основная часть передачи материи и энергии. Круговорот питательных веществ происходит в экосистемах, которые участвуют в «более крупных биогеохимических циклах Земли через систему входов и выходов».
Растворенные в морской воде питательные вещества необходимы для выживания морских обитателей. Особенно важны азот и фосфор. Они считаются ограничивающими питательными веществами во многих морских средах, поскольку первичные продуценты, такие как водоросли и морские растения, не могут расти без них. Они имеют решающее значение для стимулирования первичной продукции на фитопланктон. Другими важными питательными веществами являются кремний, железо и цинк.
Процесс круговорота питательных веществ в море начинается с биологической откачки, когда питательные вещества извлекаются из поверхностных вод фитопланктоном, чтобы стать частью их органического состава. Фитопланктон либо поедается другими организмами, либо в конечном итоге умирает и оседает в виде морского снега. Там они распадаются и возвращаются в растворенное состояние, но на большей глубине океана. Плодородие океанов зависит от обилия питательных веществ и измеряется первичной продукцией, которая представляет собой скорость фиксации углерода на единицу воды в единицу времени. "Первичная продукция часто картируется со спутников с использованием распределения хлорофилла, который представляет собой пигмент, вырабатываемый растениями и поглощающий энергию во время фотосинтеза. Распределение хлорофилла показано на рисунке выше. Наибольшее изобилие можно увидеть вблизи береговых линий, где присутствуют питательные вещества. с суши питаются реками. Другое место, где уровни хлорофилла высоки, находится в зонах апвеллинга, где питательные вещества выносятся на поверхность океана с глубины в результате процесса апвеллинга... "
Круговорот питательных веществ в океане
Поток питательных веществ в океане
Еще одним важным элементом для здоровья океанов является содержание растворенного кислорода. Кислород в поверхностном океане постоянно добавляется через границу раздела воздух-море, а также в процессе фотосинтеза; он расходуется на дыхание морскими организмами и во время распада или окисление органического материала, который льется в океан и откладывается на дне океана. Большинству организмов необходим кислород, поэтому его истощение оказывает неблагоприятное воздействие на морское население. Температура также влияет на уровень кислорода, поскольку теплые воды могут содержать меньше растворенного кислорода, чем холодные воды. Как мы увидим, эта взаимосвязь будет иметь серьезные последствия для океанов будущего... Последнее свойство морской воды, которое мы рассмотрим, - это содержание растворенного CO2. CO2 почти противоположен кислороду во многих химических и биологических процессах; он потребляется планктоном. во время фотосинтеза и восполняется во время дыхания, а также во время окисления органических веществ. Как мы увидим позже, содержание CO2 имеет важное значение для изучения f глубоководное старение ".
Отношение азота к фосфору на поверхности океана. Питательные вещества доступны в трех областях HNLC (с высоким содержанием питательных веществ и низким содержанием хлорофилла ) в достаточных для биологической активности соотношениях Редфилда. Сток с суши выводит питательные вещества и загрязнители в океан 
Водосборные бассейны основных океанов и морей мира отмечены континентальными водоразделами. Серые области - это бессточные бассейны, не впадающие в океан. 
Серный цикл Дополнительная информация: цикл серы Восстановление сульфатов на морском дне в значительной степени сосредоточено на приповерхностных отложениях с высокими скоростями осаждения вдоль окраин океана. Таким образом, бентический морской цикл серы чувствителен к антропогенному влиянию, например, к потеплению океана и увеличению биогенной нагрузки прибрежных морей. Это стимулирует фотосинтетическую продуктивность и приводит к увеличению экспорта органического вещества на морское дно, что часто сочетается с низкой концентрацией кислорода в придонной воде (Rabalais et al., 2014; Breitburg et al., 2018). Таким образом, биогеохимическая зональность сжимается по направлению к поверхности отложений, и баланс минерализации органического вещества смещается от кислородных и субкислородных процессов к сульфатредукции и метаногенезу (Middelburg and Levin, 2009).
Биогеохимический цикл серы морских отложенийСтрелки указывают потоки и пути биологических или химических процессов. Микробное диссимиляционное восстановление сульфата до сульфида является преобладающим конечным путем минерализации органических веществ на бескислородном морском дне. Химическое или микробное окисление производимого сульфида устанавливает сложную сеть путей в круговороте серы, ведущую к промежуточным формам серы и частично обратно к сульфату. Промежуточные продукты включают элементарную серу, полисульфиды, тиосульфат и сульфит, которые являются субстратами для дальнейшего микробного окисления, восстановления или диспропорционирования. Новые микробиологические открытия, такие как перенос электронов на большие расстояния через сульфидокисляющие кабельные бактерии, еще больше усложняют ситуацию. Реакции изотопного обмена играют важную роль для геохимии стабильных изотопов и для экспериментального изучения превращений серы с использованием радиоактивных индикаторов. Процессы, катализируемые микробами, частично обратимы, в результате чего обратная реакция влияет на нашу интерпретацию экспериментов с радиоактивными индикаторами и обеспечивает механизм фракционирования изотопов. Круговорот серы в морской среде был хорошо изучен с помощью инструмента систематики изотопов серы, выраженного как δ 34 S. В современных глобальных океанах запасы серы составляют 1,3 × 10 21 г, в основном встречающейся в виде сульфата со значением δ 34 S, равным + 21 ‰. Общий входной поток составляет 1,0 × 10 14 г / год при изотопном составе серы ~ 3 ‰. Речной сульфат, полученный в результате земного выветривания сульфидных минералов (δ 34 S = + 6 ‰), является основным источником серы в океанах. Другими источниками являются метаморфическая и вулканическая дегазация, а также гидротермальная активность (δ 34 S = 0 ‰), которая выделяет восстановленные виды серы (например, H 2 S и S 0). Есть два основных выхода серы из океанов. Первый сток - это захоронение сульфата либо в виде морских эвапоритов (например, гипса), либо в виде сульфата, связанного с карбонатом (CAS), что составляет 6 × 10 13 г / год (δ 34 S = + 21 ‰). Второй сток серы - захоронение пирита в отложениях шельфа или глубоководных донных отложениях (4 × 10 13 г / год; δ 34 S = -20 ‰). Общий выходной поток морской серы составляет 1,0 × 10 14 г / год, что соответствует входным потокам, подразумевая, что современный баланс морской серы находится в устойчивом состоянии. Время пребывания серы в современных мировых океанах составляет 13 000 000 лет.
В современных океанах Hydrogenovibrio crunogenus, Halothiobacillus и Beggiatoa являются первичными сероокисляющими бактериями и образуют хемосинтетические симбиозы с животными-хозяевами. Хозяин предоставляет симбионту метаболические субстраты (например, CO 2, O 2, H 2 O), в то время как симбионт генерирует органический углерод для поддержания метаболической активности хозяина. Произведенный сульфат обычно соединяется с выщелоченными ионами кальция с образованием гипса, который может образовывать широко распространенные отложения в центрах спрединга в центре океана.
Гидротермальные источники выделяют сероводород, который поддерживает фиксацию углерода хемолитотрофными бактериями, которые окисляют сероводород кислородом с образованием элементарной серы или сульфата.
Биогеохимический цикл железа: железо циркулирует в атмосфере, литосфере и океанах. Обозначенные стрелки показывают поток железа в Тг в год. Дополнительная информация: Железный цикл, Эолийская пыль, железа оплодотворение, и железо-окисляющие бактерии Круговорот железа (Fe) - это биогеохимический цикл железа в атмосфере, гидросфере, биосфере и литосфере. Хотя Fe очень распространено в земной коре, оно менее распространено в насыщенных кислородом поверхностных водах. Железо является ключевым микронутриентом в первичной продуктивности и ограничивающим питательным веществом в Южном океане, восточной экваториальной части Тихого океана и субарктической части Тихого океана, называемых областями океана с высоким содержанием питательных веществ и низким содержанием хлорофилла (HNLC).
Железо в океане циркулирует между планктоном, агрегированными частицами (небиодоступное железо) и растворенным (биодоступное железо) и превращается в отложения в результате захоронения. Гидротермальные источники выделяют в океан двухвалентное железо в дополнение к океанскому железу, поступающему из наземных источников. Железо попадает в атмосферу посредством вулканизма, эолового ветра и некоторых веществ путем сжигания человека. В антропоцене железо удаляется из рудников в земной коре, а его часть повторно откладывается в хранилищах отходов.
Колонии морских цианобактерий Trichodesmium взаимодействуют с другими бактериями для получения железа из пыли а. N 2 -фиксирующие Trichodesmium spp., Которые обычно встречаются в тропических и субтропических водах, имеют большое экологическое значение для удобрения океана важными питательными веществами. б. Триходесмий может устанавливать массивное цветение в бедных питательными веществами районах океана с высоким уровнем осаждения пыли, отчасти из-за их уникальной способности улавливать пыль, центрировать ее и впоследствии растворять. c. Предлагаемый путь накопления связанного с пылью Fe: бактерии, находящиеся в колониях, продуцируют сидерофоры (CI), которые реагируют с частицами пыли в ядре колонии и генерируют растворенное Fe (C-II). Это растворенное Fe в комплексе с сидерофорами затем приобретается как Trichodesmium, так и его резидентными бактериями (C-III), что приносит обоюдную выгоду обоим партнерам консорциума. 
Роль морских животных в круговороте железа в Южном океане глобальная пыль 
Карта пыли в 2017 году 
Распределение отложений пыли в океане Железо является важным микроэлементом почти для каждой формы жизни. Это является ключевым компонентом гемоглобина, важен фиксации азота в составе нитрогеназного семейства ферментов, и как часть сердечника железа-сере ферредоксина облегчает перенос электронов в хлоропластах, эукариотические митохондрии, и бактерию. Из-за высокой реакционной способности Fe 2+ с кислородом и низкой растворимости Fe 3+ железо является ограничивающим питательным веществом в большинстве регионов мира.
Карбонатно-силикатный цикл (фокус углеродного цикла) | Часть серии о |
| Углеродный цикл |
|---|
 |
| По регионам |
| Углекислый газ |
| Формы углерода |
| Метаболические пути |
| Угольные насосы |
| Связывание углерода |
| Метан |
| Биогеохимический |
| Другой |
|
Цикл кальция является переносом кальция между растворенными и твердыми фазами. Ионы кальция непрерывно поступают в водные пути из горных пород, организмов и почв. Ионы кальция потребляются и удаляются из водной среды, поскольку они реагируют с образованием нерастворимых структур, таких как карбонат кальция и силикат кальция, которые могут откладываться с образованием отложений или экзоскелетов организмов. Ионы кальция также можно использовать биологически, поскольку кальций необходим для биологических функций, таких как образование костей и зубов или клеточная функция. Кальциевый цикл - это связующее звено между земными, морскими, геологическими и биологическими процессами. Кальций движется через эти различные среды, циркулируя по Земле. На морской цикл кальция влияет изменение содержания углекислого газа в атмосфере из-за подкисления океана.
Биогенный карбонат кальция образуется, когда морские организмы, такие как кокколитофорид, кораллы, птеропод и другими моллюски преобразования ионов кальция и бикарбоната на оболочки и экзоскелеты из кальцита или арагонита, обе формы карбоната кальция. Это основной приемник растворенного кальция в океане. Мертвые организмы опускаются на дно океана, откладывая слои раковин, которые со временем цементируются, образуя известняк. Отсюда и морской, и наземный известняк.
Кальций осаждается в карбонат кальция в соответствии со следующим уравнением:
Ca 2+ + 2HCO 3 - → CO 2 + H 2 O + CaCO 3
На соотношение растворенного кальция и карбоната кальция сильно влияет уровень углекислого газа (CO 2) в атмосфере.
Повышенный уровень углекислого газа приводит к увеличению содержания бикарбоната в океане согласно следующему уравнению:
CO 2 + CO 3 2- + H 2 O → 2HCO 3 -
Равновесие угольной кислоты в океанах 
Карбонатный цикл в водной среде С учетом его тесной связи с углеродным циклом и воздействием парниковых газов, как ожидается, в ближайшие годы изменятся и кальциевые, и углеродные циклы. Отслеживание изотопов кальция позволяет прогнозировать изменения окружающей среды, при этом многие источники предполагают повышение температуры как в атмосфере, так и в морской среде. В результате это резко изменит разложение горных пород, pH океанов и водных путей и, следовательно, осаждение кальция, что повлечет за собой множество последствий для цикла кальция.
Из-за сложного взаимодействия кальция со многими аспектами жизни влияние измененных условий окружающей среды вряд ли будет известно до тех пор, пока оно не произойдет. Однако прогнозы могут быть сделаны в предварительном порядке, основываясь на исследованиях, основанных на фактах. Повышение уровня углекислого газа и снижение pH океана изменят растворимость кальция, не давая кораллам и организмам с панцирем развивать свои экзоскелеты на основе кальция, что сделает их уязвимыми или неспособными к выживанию.
Большая часть биологического производства биогенного кремнезема в океане обеспечивается диатомовыми водорослями, а также радиоляриями. Эти микроорганизмы извлекают растворенную кремниевую кислоту из поверхностных вод во время роста и возвращают ее, рециркулируя в толще воды после смерти. Кремний поступает в океан сверху через реки и эоловую пыль, а снизу - это переработка донных отложений, выветривание и гидротермальная активность.
Современный океанический кремниевый циклпоказаны основные потоки и величины Потоки в Тл моль Si y −1 = 28 миллионов тонн кремния в год 
Воздействие кислого океана (с прогнозом pH на 2100 год) на панцирь птероподов, сделанный из кальцита - панцирь постепенно растворяется при более низком pH, поскольку кальций извлекается из панциря. 
Отложение кальцифицирующих организмов / раковин на дне океана Дополнительная информация: биоминерализация "Биологическая активность является доминирующей силой, формирующей химическую структуру и эволюцию окружающей среды на земной поверхности. Присутствие насыщенной кислородом атмосферы-гидросферы, окружающей твердую землю с высокой степенью восстановления, является наиболее ярким следствием возникновения жизни на Земле. Биологическая эволюция и функционирование экосистем, в свою очередь, в значительной степени обусловлено геофизическими и геологическими процессами. Понимание взаимодействий между организмами и их абиотической средой и, как следствие, совместной эволюции биосферы и геосферы, является центральной темой исследований в области биогеологии. Биогеохимики. способствовать этому пониманию, изучая трансформации и перенос химических субстратов и продуктов биологической активности в окружающей среде ».
"После кембрийского взрыва минерализованные части тела выделялись в больших количествах биотой. Поскольку карбонат кальция, кремнезем и фосфат кальция являются основными минеральными фазами, составляющими эти твердые части, биоминерализация играет важную роль в глобальных биогеохимических циклах углерода, кальция., кремний и фосфор »
Глубинный углерод Дополнительная информация: глубоководный цикл, глубокий углеродный цикл и глубокая биосфера. Глубокий цикл предполагает обмен материалами с мантией. Глубокий водный цикл включает в себя обмен воды с мантией, с водой осуществляется вниз по погружающимся океанической плите и возвращению в результате вулканической активности, отличной от цикла воды процесса, который происходит выше и на поверхности Земли. Часть воды доходит до нижней мантии и может даже достигнуть внешнего ядра.
| Часть серии по |
| Биогеохимические циклы |
|---|
 |
| Круговорот воды |
| Углеродный цикл |
| Питательный цикл |
| Рок-цикл |
| Морской цикл |
| Метановый цикл |
| Другие циклы |
| похожие темы |
| Исследовательские группы |
|
В традиционном представлении о круговороте воды (также известном как гидрологический цикл) вода движется между резервуарами в атмосфере и поверхностью Земли или приповерхностными слоями (включая океан, реки и озера, ледники и полярные ледяные шапки, биосферу и грунтовые воды. ). Однако, помимо поверхностного цикла, вода также играет важную роль в геологических процессах, проникая в кору и мантию. Содержание воды в магме определяет взрывоопасность извержения вулкана; горячая вода является основным каналом для концентрирования экономически важных полезных ископаемых в гидротермальных месторождениях полезных ископаемых ; вода играет важную роль в образовании и миграции нефти. Нефть - это ископаемое топливо, получаемое из древних ископаемых органических материалов, таких как зоопланктон и водоросли.
Вода не просто присутствует в земле как отдельная фаза. Морская вода просачивается в океаническую кору и гидратирует магматические породы, такие как оливин и пироксен, превращая их в водные минералы, такие как серпентины, тальк и брусит. В этой форме вода уносится в мантию. В верхней мантии тепло и давление обезвоживают эти минералы, высвобождая большую их часть в вышележащий клин мантии, вызывая плавление породы, которая поднимается с образованием вулканических дуг. Однако некоторые из «номинально безводных минералов», которые стабильны глубже в мантии, могут хранить небольшие концентрации воды в форме гидроксила (ОН -), и, поскольку они занимают большие объемы Земли, они способны накапливать по крайней мере столько же, сколько Мировой океан.
Процессы дегазации углерода Традиционное представление о происхождении океана состоит в том, что он был заполнен газами из мантии в раннем архее, и с тех пор мантия остается обезвоженной. Однако субдукция уносит воду со скоростью, которая опустошит океан за 1-2 миллиарда лет. Несмотря на это, изменения глобального уровня моря за последние 3-4 миллиарда лет составили всего несколько сотен метров, что намного меньше средней глубины океана в 4 километра. Таким образом, ожидается, что потоки воды в мантию и из мантии будут примерно сбалансированы, а содержание воды в мантии будет постоянным. Вода, переносимая в мантию, в конечном итоге возвращается на поверхность в результате извержений на срединно-океанических хребтах и горячих точках. Оценки количества воды в мантийном диапазоне от 1 / 4 до 4 раз воды в океане.
Глубокий углеродный цикл является движением углерода через земную мантию и ядро. Он является частью углеродного цикла и тесно связан с движением углерода на поверхности и в атмосфере Земли. Возвращая углерод в глубины Земли, он играет решающую роль в поддержании земных условий, необходимых для существования жизни. Без него углерод будет накапливаться в атмосфере, достигая чрезвычайно высоких концентраций в течение длительных периодов времени.
Горный цикл и тектоника плит Дополнительная информация: круговорот горных пород, морские отложения, а также быстрые и медленные циклы углерода. Водный фитопланктон и зоопланктон, умершие и осевшие в больших количествах в бескислородных условиях миллионы лет назад, начали образовывать нефть и природный газ в результате анаэробного разложения (напротив, наземные растения имели тенденцию образовывать уголь и метан). В течение геологического времени это органическое вещество, смешанное с илом, оказалось погребенным под более тяжелыми слоями неорганических отложений. Возникшие в результате высокая температура и давление вызвали химическое изменение органического вещества, сначала в воскообразный материал, известный как кероген, который содержится в горючих сланцах, а затем с большим количеством тепла в жидкие и газообразные углеводороды в процессе, известном как катагенез. Несмотря на эти тепловые преобразования (которые увеличивают плотность энергии по сравнению с типичным органическим веществом за счет удаления атомов кислорода), такие организмы и получаемое из них ископаемое топливо обычно имеют возраст в миллионы лет, а иногда и более 650 миллионов лет, выделяемая энергия при сгорании все еще имеет фотосинтетическое происхождение.
Ведущий цикл
Цикл Меркурия Такие как микроэлементы, питательные микроэлементы, антропогенные циклы синтетических соединений, таких как полихлорированный бифенил (ПХБ).
Портал морской жизни 