북태평양 아열대계곡의 생태계

Ecosystem of the North Pacific Subtropical Gyre

북태평양 아열대성계(NPSG)는 지구상에서 가장 큰 연속 생태계다. 해양학에서 아열대 세레는 코리올리 효과로 인한 북반구에서는 시계방향으로, 남반구에서는 시계 반대방향으로 회전하는 고리 모양의 해류계통이다. 그들은 일반적으로 육지 사이에 있는 넓은 공해역에서 형성된다.

NPSG는 지구상에서 가장 큰 생태계일 뿐만 아니라 가장 큰 광체다. 다른 아열대 석굴과 마찬가지로 중심에는 고기압 지대가 있다. 이 고압 지역을 중심으로 시계 방향으로 순환한다. 아열대 광산은 지구 표면의 40%를 차지하며 탄소 고정과 영양분 순환에 중요한 역할을 한다.[1] 이 특정한 기류는 태평양의 대부분을 덮고 있으며 북쪽으로 북태평양 해류, 동쪽으로 캘리포니아 해류, 남쪽으로 적도 해류, 서쪽으로 쿠로시오 해류 등 4개의 일반적인 해류로 구성되어 있다. NPSG의 큰 크기와 해안으로부터의 거리는 NPSG를 제대로 샘플링하지 못했기 때문에 제대로 이해되지 못했다.[2]

북태평양 자오리와 관련된 주요 해류

오픈오션 생태계의 생명 과정은 대기의 증가하는 이산화탄소를
위한 싱크대 입니다. 석유가 큰 비중을 차지하는데, 이는 우리가 말하는 개방된 바다 또는 해안 지역으로 구성되지 않은 해양 면적의 약 75%에 해당한다. 이들은 지상유출과는 거리가 멀기 때문에 과두농약, 즉 영양소 결핍으로 간주된다.[3] 이 지역들은 한때 균질하고 정적인 서식지로 생각되었다. 그러나 NPSG가 다양한 시간 척도에서 상당한 물리적, 화학적, 생물학적 가변성을 보인다는 증거가 증가하고 있다.[2] 특히, NPSG는 일차 생산성의 계절적 및 연차적 변화를 보이고 있다(간단히 새로운 발전소 재료의 생산으로 정의됨). 이는 CO2의
획득에 중요하다.

NPSG는 대기 중의 CO2를
위한 싱크대일 뿐만 아니라 다른 오염물질이다. 이러한 원형 패턴의 직접적인 결과로서, 석고는 거대한 소용돌이처럼 작용하고 해양 파편과 같은 인공적인 오염물질의 함정이 된다. NPSG는 통풍구 중앙의 표면 바로 아래에 떠 있는 다량의 플라스틱 부스러기를 인식하게 되었다. 이 지역은 최근 언론의 많은 관심을 받고 있으며 흔히 대태평양 쓰레기장으로 일컬어지고 있다.

발견의 역사

NPSG는 해안으로부터의 거리와 해양 생물의 부족 때문에 종종 샘플링되지 않는다. 육지의 영향과는 거리가 먼 이 광활하고 깊은 바닷물은 역사적으로 지상의 사막에 해당하는 해양으로 여겨져 왔으며, 생물량의 상설 재고와 생산율이 낮았다. 이러한 관점은 중앙 집게 서식지에 대한 포괄적인 조사의 부족에서 도출된다. 지난 20년 동안 이러한 견해는 NPSG의 역학관계에 대한 새로운 이해로 인해 도전을 받아왔다.[4]

HMS 챌린저호는 19세기에 첫 번째 세계 해양 연구 탐험에 착수했다.

해양 탐사 초기, 요코하마에서 호놀룰루로 가는 다리에 있는 HMS 챌린저(1872–1876)는 수많은 바닷물 샘플뿐만 아니라 식물과 동물 샘플도 수집했다.[2] 이번 탐사의 목표는 바닷물의 화학적 구성과 중단 중인 유기물의 화학적 구성을 결정하고 유기체의 다양한 공동체의 분포와 풍요를 연구하는 것이었다. 개방된 해양 생태계를 연구하게 된 동기는 시간이 지남에 따라 변해왔지만, 오늘날 더 많은 현대 연구들은 생물다양성과 기후가 생태계의 역학관계에 미치는 영향에 초점을 맞추고 있다. 오늘날 하와이 오션 타임 시리즈(HOT) 프로그램은 NPSG를 위한 가장 크고 포괄적인 생태 데이터 세트를 수집했으며 다음 천년까지 계속될 예정이다.[2] HOT와 같은 프로그램들은 NPSG가 다른 오픈오션 시스템과 분리되는 동적인 계절 패턴을 보인다는 것을 발견하면서 이 생태계가 정적이고 동질적이라는 가설을 밝혀냈다.

물리적 특성

NPSG는 오픈오션 서식지 중 가장 크고 지구상에서 가장 큰 연속 생물체로 여겨진다.[5] 이 위대한 반냉동 순환 기능은 위도 15°N에서 35°N까지, 경도 135°E에서 135°W까지 확장된다. 그것의 표면적은 약 2 x 107 km에2 걸쳐 있다. 180° 경도의 서쪽에 있는 그것의 서쪽 부분은 동쪽 부분보다 물리적 변동성이 더 크다. 다른 날씨 패턴이 하위 영역에 다르게 영향을 미치는 이러한 변동성은 이 교량의 큰 크기 때문이다.[2]

이 큰 변동성은 이산 에디, 근내 운동, 내부 조수에 의해 발생한다.[2] 북태평양 자레 진동(NPGO), 엘니뇨/남부 진동(ENSO), 태평양 퇴폐 진동(PDO)과 같은 기후 패턴은 NPSG의 연간 1차 생산성의 변동성에 영향을 미친다.[3] DiLorenzo 등, 2008년 이 조건들은 이 서식지 내의 생물학적 과정에 지대한 영향을 미칠 수 있으며,[2] 그들은 해면 온도(SST), 엽록소 패턴, 영양분 패턴, 산소 농도, 혼합층 깊이, 그리고 따라서 NPSG의 운반 용량(이 서식지가 운반할 수 있는 생명의 양)을 이동시킬 수 있는 능력을 가지고 있다.

영양분 순환

낮은 영양소 농도와 따라서 낮은 생물 밀도는 NPSG의 지표수를 특징짓는다. 낮은 바이오매스는 깨끗한 물을 만들어내 광합성이 상당한 깊이까지 일어날 수 있게 한다. NPSG는 2층 시스템으로 분류된다. 상위 영양소 제한층은 주로 재생 영양소에 의해 지원되는 1차 생산의 대부분을 차지한다. 낮은 층은 더 쉽게 이용할 수 있는 영양소를 가지고 있지만, 광합성은 빛을 제한한다.[4]

오픈오션 시스템에서 생물학적 생산은 "새로운" 영양소의 입력에 의해 뒷받침되는 소분수만이 있는, 유향적(햇볕에 비치는) 영역 내의 강렬한 영양소 재활용에 의존한다.[6] 이전에는 NPSG가 해양 사막이며, 이 시스템에 "새로운" 영양소가 일반적으로 첨가되지 않는다는 인식이 있었다. 과학자들이 이 서식지에 대해 더 잘 이해하기 시작했기 때문에, 전망은 것이다.[2] 비록 1차 생산의 상당히 높은 비율이 영양소의 빠른 재활용을 통해 유지되지만,[4] 내부 파도와 조수, 사이클론 메소스케일 에디, 바람으로 움직이는 에크만 펌프, 대기 폭풍과 같은 물리적 과정들은 새로운 영양소를 운반할 수 있다.[7]

표면에서 소모되지 않는 영양소는 결국 가라앉아 해저 서식지에 영양분을 공급하게 된다. 해양 석유의 깊은 벤트닉 서식지는 전형적으로 지구상에서 가장 식량이 부족한 지역들 중 몇몇으로 구성되어 있다고 생각되어 왔다.[8] 이 심해 서식지의 영양소 중 하나는 해양 눈이다. 해양의 눈은 죽은 유기물인 휴지통으로 구성되는데, 이는 생산성이 가장 높은 지표수에서 떨어져 지표 혼합층으로부터 심해로 탄소 및 질소를 수출한다. 심해저에 눈이 많이 내린다는 자료가 이처럼 큰 생태계에서는 부족하다.[9] 그러나 필스칼른 외 연구진은 NPSG에서 해양의 눈은 예상보다 풍부했으며, 놀랍게도 깊은 해안에서의 부유 시스템과 비교가 된다는 것을 발견했다.

더 높은 영양소 가치는 Rhizosolenia 매트 때문일 수 있는데, 이것은 아열대성 광산에서 해양의 눈에 기여하는 데 중요한 역할을 한다. 이것들은 일반적으로 리조솔레니아 종의 다종 연관성이다. 이 더 큰 식물성 플랑크톤은 크기가 최대 10cm에 이를 수 있다.[9] 이 매트들은 특히 NPSG에 풍부하다. 이 생태계에서의 그들의 풍부함은 NPSG에 있는 영양소의 유동성이 고전 이론에서 예측된 것보다 더 높다는 것을 시사한다.

동물성 플랑크톤은 다양한 수직의 해양에 영양소를 이동시킬 수 있다.

N이 이 메커니즘에 의해 더 깊이 운반되는 동안, 표면 물은 잠재적으로 이 원천으로부터 차단된다. 질소는 표면에서 생명체가 살 수 있어야 한다. 이러한 표면의 질소 부족을 설명하기 위해, NPSG에는 질소 고정 능력이 있는 유기체가 있다. 트리코데스뮴은 많은 표면 플랑크톤 꽃에서 발견되는 질소 고정 능력이 있는 한 종이다.[7] 질소 고정은 불활성2 N을 대기에서 채취하여 유기체가 사용할 수 있는 질소 화합물로 변환하는 과정이다. 많은 과점성 해양 생태계에서 질소 고정은 질소의 공통 공급원이다.

수직으로 이동하는 동물성 플랑크톤은 또한 물기둥의 다른 구역으로 영양소를 활발하게 운반할 수 있다. 동물성 플랑크톤은 밤에 지표수에서 먹이를 먹고, 낮에는 중간수역에 배설물을 방출하는데, 이것은 C, N, P를 더 깊은 수역으로 운반할 수 있다. NPSG에서 동물성 플랑크톤 공동체는 정적이 아니라 계절에 따라 변동하며, 요각류, 유향류, 차오징어가 지배한다.[6]

최근 NPSG에서 영양분이 부족한 고전적인 이론과 새로운 학설은, 생태계 실제로 강한, 해해 계절적 특징이 있고 심지어 10의 variability[9]는 또한 기후 변화에 민감한 것으로 판단되면 동적이라고 제안하 disproven 왔다, 과학자들은 물 기둥 strat이 증가함에 따라 관찰했다.ifi양이온 및 무기질 영양소 가용성 감소. 이러한 변화는 식물성 플랑크톤 공동체 구조의 현재 추세를 진핵생물에서 원핵생물 개체군으로 변화시키는 추진 메커니즘으로 제안되는데, 이는 이 단순한 유기체들이 낮은 영양소 공급에도 견딜 수 있기 때문이다.[9] 동물성 플랑크톤과 식물성 플랑크톤은 이 지역의 생물 중 10% 미만을 대표하고 있으며, 현재 NPSG가 "미생물 생태계"[2]라는 것이 잘 문서화되어 있다.

미생물군

미생물 유기체는 NPSG의 1차 생산자의 대부분을 차지한다. 그들은 이산화탄소를
포함한 햇빛과 화학 물질로부터 그들 자신의 "음식"을 포획한다는 것을 의미한다. 이 유기체들은 먹이 사슬의 기초를 이루고 있으며, 따라서 생태계에서 그들의 존재는 필수적이다. NPSG에서 일차 생산성은 종종 낮은 것으로 묘사된다.

1978년 이전에 과학자들은 규조류가 NPSG의 플랑크톤 개체군을 지배한다는 가설을 세웠다. 1차 소비자는 상대적으로 큰 메소주 플랑크톤이 될 것으로 예상되었다.[2] NPSG의 조류 대부분이 실제로 시아노박테리아, 즉 청록색 조류가 지배하는 박테리아(단세포 생물)라는 사실은 이제 잘 알려져 있다. 이 단순한 유기체들은 이 생태계에서 광합성을 하는 해양생물의 대부분을 차지한다. 과학자들은 또한 최근 NPSG에서 고고학(단세포 미생물도 있지만 박테리아보다 진핵생물과 더 유사한) 유전자를 발견했는데, 이는 이 서식지에 추가적인 다양성이 존재한다는 것을 암시한다. 작은 몸집이 자원(빛과 영양) 획득을 위해 바다에서 경쟁적 우위를 가지고 있기 때문에 많은 미생물이 이 통에 존재할 수 있다.[2] NPSG의 현대적 관점에서는, 미생물 먹이 그물이 항상 존재하는 반면, 더 큰 진핵-그래저 먹이 사슬은 계절적이고 덧없는 것이다.[2]

진핵 플랑크톤 공동체

식물성 플랑크톤은 바다에서 발견되는 진핵 플랑크톤의 일종이다.

석고 안의 진핵 플랑크톤은 물리적 날씨 패턴에서 나오는 "새로운" 영양소에 의존한다. 앞 절에서 논의된 고전적인 2층 모델은 상층부가 끊임없이 재활용되기 때문에 영양소의 수출이 거의 없는 '돌리기 바퀴'에 해당한다고 보고 있다. 이 모델은 새로운 영양소의 투입을 허용하지 않는데, 이는 식물성 플랑크톤이 급격히 증가하거나 꽃을 피울 수 없기 때문에 문제가 된다. 상부의 영양소 제한에도 불구하고 플랑크톤 바이오매스와 1차 생산 비율은 상당한 시간적 변동성을 가지고 있으며 NPSG에서 꽃을 피운다.[3]

이 해해 가변성 상부 바다 영양분 공급의 수선 물리적 변화 ENSO과 PDO.[3]으로 인해 새로운 자료에 기초한 결과로 인한 때문이었다, 이제 이러한 낮은 영양 지역에서 1차 생산물의 현재 금리보다 고려되어 왔다, 그리고 크게 시간 계획에 이르기까지 달라질 수 있는 더 큰 것처럼 보인다.fr매일 십구간까지.[2] 봄에, 표면 식물성 플랑크톤은 때때로 새로운 영양소를 가져오는 물리적 과정인 사이클론 메소스케일 에디나 강렬한 대기 장애와 연관되어 관찰된다.[4] 여름에는 꽃이 더 규칙적으로 보여지고 일반적으로 규조류와 시아노박테리아에 의해 지배된다. 이러한 정기적인 여름 꽃들은 PDO의 변화로 인해 발생할 수 있다.[3] 이들 해역에서는 연구용 선박이 빈번히 피어나는 한 여름 꽃이 관찰되고 있다. 이 모든 꽃들은 160° W의 서쪽에 보고된 것이 없는 NSPG의 동부에서 볼 수 있었다.[4] 이러한 현상을 설명하기 위한 가설은 Gere가 낮은 인산염으로 특징지어지지만, 동부 NPSG의 꽃망울 부위는 서양에 비해 상당히 높은 인산염 농도를 가지고 있다는 것이다.[4]

NPSG의 1차 생산의 변화는 영양소 순환, 식품-웹 역학 및 전지구 원소 플럭스에 상당한 영향을 미칠 수 있다.[3] 1차 생산자의 크기 분포는 더 깊은 바다로 수출되는 영양소의 성분과 크기를 모두 결정한다.[2] 이것은 차례로 이 시스템의 더 깊은 바다에 사는 지역사회에 영향을 미친다.

메소펠라 공동체

메소펠러지대는 때로 황혼지대로 불리며 200m에서 1000m 정도까지 확장된다. NPSG의 더 깊은 층에서, 먹이 사슬 위의 상위 종들은 수직 또는 수평으로 통나무 안과 밖으로 이동한다. 중앙 북태평양은 동물성 플랑크톤 공동체에 대한 분석을 바탕으로 종 다양성(또는 종의 수가 많음)과 평준성이 높다(각종 존재의 비교적 동일한 수를 의미함). 또한 동물성 플랑크톤 밀도의 계절적 변동성이 낮다.[2]

중앙 아열대 해역의 중층성 어류에 대한 연구는 드물다. 현존하는 몇 안 되는 연구들은 중생어종이 아열대 태평양 전역에 균일하게 분포되지 않는다는 것을 발견했다. 그들의 지리적 범위는 동물성 플랑크톤이 보여주는 패턴에 부합한다. 발견된 종들 중 일부는 이러한 낮은 생산성의 중앙 체육관에 제한되어 있다. 대표성이 높은 어족으로는 미토프, 고노스토마토미드, 포토히시드, 스텐로프티치드, 멜람파이드 등이 있다.[10] NPSG의 중음계 커뮤니티에 대한 우리의 이해는 이 시스템의 더 깊은 영역에 접근하는 어려움으로 인해 데이터 부족을 겪고 있다.

벤트식 공동체

NPSG에서 가장 깊은 공동체는 벤트하크 공동체다. 교리 깊숙한 곳에는 고운 결을 가진 점토 퇴적물이 해저에 놓여 있다. 이 침전물은 유기체의 공동체의 본거지로서, 일반적으로 위에서부터 생산성이 가라앉는 "비"로서 그들의 영양분을 공급받는다. 통나무 밑 깊숙한 곳에는 지구상에서 가장 식량이 부족한 지역 중 하나가 있는데, 따라서 침전물이나 퇴적물에 서식하는 동물의 밀도와 바이오매스를 매우 낮게 지원한다.[8] 침전물 자체에서는 일반적으로 깊이에 따라 탄소, 엽록소, 질소를 포함한 영양소가 감소한다. 벤트닉 인파우나의 밀도는 이 영양 패턴과 일치한다. 인파우나는 일반적으로 침전물-물 인터페이스가 있는 얕은 퇴적물 층에서 발견되며 침전물의 깊이가 증가함에 따라 일반적으로 숫자가 감소한다.[11] 침전물 속 박테리아는 이러한 패턴뿐만 아니라 아글루타이드(부드러운 몸)와 네마토드에 의해 지배되는 매크로파우나(영아생물 이하 0.5mm)도 보여준다. 침전물에서 발견되는 다른 두드러진 매크로파우나는 석회화 포아미노페라, 요각류, 다각류, 이발류 등이다.[11] 이 벤트릭 유기체들은 해저에 정착하는 영양소의 공급에 크게 의존한다. 표면에서의 일차 생산의 어떤 변화도 이러한 유기체에 중대한 위협이 될 수 있을 뿐만 아니라 NPSG의 다른 부분에도 다른 잠재적인 부정적인 결과를 초래할 수 있다.

NPSG의 미래와 중요성

태평양에서 해안으로 밀려온 플라스틱 쓰레기

최근까지 NPSG는 거대한 지구 해양 사막의 정적인 부분으로 여겨졌다. 최근의 발견은 이 시스템이 역동적이고 다양한 시간 척도에서 물리적, 화학적, 생물학적 가변성을 포함하고 있다는 것을 증명했다. 현재 기후가 변화함에 따라, 대기 중의 패턴이 변화하고 있으며 NPSG에서 1차 생산에 변화를 일으키고 있다. 일차 생산성의 변화는 해양 탄소 순환과 잠재적으로 대기 중의 이산화탄소
 및 기후에 영향을 미칠 수 있다. 왜냐하면 그러한 변화는 바다의 지표 아래 층에 저장되는 탄소의 양을 변화시킬 수 있기 때문이다.[12] NPSG는 지구상에서 가장 큰 연속적인 생물체이기 때문에 유기체 집단뿐만 아니라 지구의 나머지 부분에도 중요하다.

NPSG는 현재 직면하고 있는 또 다른 문제 때문에 많은 관심을 받았다. 가레의 에이드 효과는 오염물질을 중심에 유지시키는 역할을 한다. 만약 오염물질이 세레로 향하는 물살에 갇히게 되면, 그것은 오염물질의 수명만큼 무기한 또는 그곳에 머무를 것이다. NPSG에서 지속적이고 흔한 오염물질 중 하나는 플라스틱 파편이다. NPSG는 파편을 중앙 구역으로 밀어 넣는다. 이 현상은 최근 이 집게에게 "태평양 쓰레기 패치"라는 별명을 붙여주었다. 이 지역에서 플라스틱 조각의 평균 풍부함과 무게는 현재 태평양에서 관측된 것 중 가장 크다.[13] 이 플라스틱 '수프'는 텍사스 크기부터 미국 크기까지 어디든 있다는 후문이다. 오염과 기후 변화에 대한 관심이 높아지면서, NPSG는 더 많은 관심을 받게 되었다. 이 시스템에 대한 우리의 지식은 단지 세계 최대의 생태계에 대한 이해를 위해서뿐만 아니라 이러한 이유들 때문에 계속해서 번창하는 것이 중요하다.

참고 항목

참조

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원천

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