해양 눈

Marine snow
해양 눈은 상층수에서 깊은 바다로 떨어지는 유기물질의 소나기이다.

심해에서, 해양 눈 ("해양 비듬"이라고도 함)은 물기둥의 윗층에서 주로 유기성 쓰레기로 이루어진 연속적인 소나기입니다.이것은 광량이 풍부한 광대에서 생물학적 펌프라고 불리는 무호흡기로 에너지를 내보내는 중요한 수단이다.수출 생산량은 1차 생산에 의해 바다에서 생산된 유기물이 무호흡 수역으로 가라앉기 전에 재활용되지 않는 이다.해양 생물 펌프에서 수출 생산의 역할 때문에 일반적으로 탄소 단위(: mg C m−2−1 d)로 측정된다.이 용어는 탐험가 윌리엄 비브가 목욕탕에서 관찰하면서 처음 만들어졌어요.해양눈의 기원은 생산광구내 활동에 있기 때문에 광합성활동과 해류의 계절적 변동에 따라 해양눈의 유행이 변화한다.해양 눈은 특히 물기둥 깊은 곳에 사는 유기체들에게 중요한 식량원이 될 수 있다.

구성.

해양 눈은 죽거나 죽어가는 동물, 식물성 플랑크톤, 원생동물, 분변 물질, 모래, 그리고 다른 무기질 먼지를 포함한 다양한 유기물로 구성되어 있습니다.대부분의 갇힌 입자는 자유롭게 떠다니는 개체보다 방목자에 더 취약하다.응집체는 비생물학적 과정(즉, 외고분자 [2]물질)을 통해 형성될 수 있다.이것들은 주로 식물성 플랑크톤과 박테리아에 의해 폐기물로 배출되는 천연 고분자들이다.동물성 플랑크톤(대부분 살무사, 맹장동물, 익상동물)에서 분비되는 점액도 해양 [3]눈 덩어리의 구성 요소에 기여한다.이 골재들은 시간이 지남에 따라 자라며 지름이 수 센티미터에 이를 수 있으며 해저에 도달하기 전 몇 주 동안 이동한다.

해조류가 피는 동안 종종 해양의 눈이 형성된다.식물성 플랑크톤이 축적되면, 그것들은 집적되거나 다른 집적물로 포획되며, 둘 다 침하 속도를 가속화한다.응집과 침수는 실제로 [4]지표수로부터의 조류 손실의 원천의 큰 구성요소라고 생각됩니다.해양 눈의 대부분의 유기성분은 미생물, 동물성 플랑크톤 그리고 다른 여과식 동물들에 의해 여행의 첫 1,000미터 이내에 소비된다.이러한 방식으로 해양 눈은 심해 중층해저 생태계의 토대라고 할 수 있다.태양빛이 그들에게 닿지 않기 때문에, 심해 생물들은 에너지원으로서 해양의 눈에 크게 의존한다.얕은 물에서 소비되지 않는 소량의 물질은 해양 바닥을 덮고 있는 진흙 "oze"에 통합되어 생물 활동을 통해 더욱 분해된다.

해양 눈 집계는 골드만의 "집계 물레 가설"에 부합하는 특성을 보인다.이 가설은 식물성 플랑크톤, 미생물 및 박테리아가 골재 표면에 부착되어 살고 있으며 신속한 영양소 재활용에 관여하고 있다고 말한다.식물성 플랑크톤은 작은 지역 농도의 유기 물질에서 영양분을 섭취할 수 있는 것으로 나타났다(예를 들어 개별 동물성 플랑크톤 세포에서 나오는 배설물, [5]박테리아에 의한 유기 분해에서 재생된 영양소).응집체가 서서히 해저로 가라앉으면서 이들 응집체에 존재하는 많은 미생물이 끊임없이 호흡하며 미생물 고리에 크게 기여한다.

애그리게이트 다이내믹스

골재는 일반적으로 1나노미터에서 수 마이크로미터 사이 크기의 입자를 포함하는 콜로이드 분율에서 시작합니다.바다의 콜로이드 부분에는 방목업자들이 이용할 수 없는 유기물이 다량 포함되어 있다.이 분율은 식물성 플랑크톤이나 박테리아보다 총 질량이 훨씬 높지만 잠재적 소비자와 관련된 입자의 크기 특성 때문에 쉽게 구할 수 없다.콜로이드 분율은 생물학적 가용성을 높이기 위해 집합해야 합니다.

밸러스트 효과

해저로 더 빨리 가라앉는 골재는 깊은 해저로 탄소를 수출할 가능성이 더 높다.물기둥에 머무는 시간이 길수록 스칠 확률이 높아집니다.고분진 영역에서 형성된 골재는 먼지가 존재하지 않는 골재에 비해 밀도가 증가할 수 있으며, 암석 발생 물질이 증가한 골재는 입자 유기 탄소 [6]플럭스와도 상관관계가 있습니다.밸러스트 효과를 높일 수 있는 골재는 물기둥 아래로 이동하면서 광물이 축적되는 것이 관찰되지 않았기 때문에 표면 바다에서만 그렇게 할 수 있다.

단편화

입자가 직경 수 마이크로미터까지 모이면 먹이를 주고 번식을 할 수 있는 충분한 공간이 있기 때문에 박테리아가 축적되기 시작합니다.이 크기라면 가라앉을 만큼 크다.또한 "집계 회전 휠 가설"에 부합하는 데 필요한 구성 요소도 있습니다.이에 대한 증거는 골재 내에서 호흡과 광합성의 증거를 발견한 올드레지와 코헨(1987)에 의해 발견되었으며, 이는 자가영양과 종속영양 [7]유기체의 존재를 암시한다.동물성 플랑크톤의 수직 이동 동안 골재의 풍부성은 증가했지만 크기 분포는 감소했다.동물성 플랑크톤에서 복부에서 골재가 발견되었는데, 이는 방목이 더 큰 [8]골재를 조각낼 것임을 나타낸다.
표면 응고
또한 상승하는 기포의 표면에 갇힌 콜로이드로부터 응집체가 형성될 수도 있습니다.예를 들어,[9] Kepkay 등은 거품이 응고되면 더 많은 음식을 이용할 수 있기 때문에 세균 호흡이 증가한다는 것을 발견했다.
여과
물기둥을 떠다니는 입자와 작은 유기체는 응집체 안에 갇힐 수 있다.그러나 해양 눈 덩어리는 다공성이기 때문에 일부 입자가 통과할 수 있다.

입자 관련 미생물

해양 탄소 펌프에서 해양 눈의 중심 역할

플랑크톤 원핵생물은 자유생활 또는 관련 입자의 두 가지 범주로 더욱 정의된다.그 둘은 여과로 분리된다.입자 관련 박테리아는 종종 연구가 어렵다. 해양 눈 집합체의 크기가 0.2 ~ 200 μm에 이르기 때문에 표본 추출 작업이 어려운 경우가 많다.이 집합체는 미생물 활동을 위한 핫스팟입니다.해양 박테리아는 시아노박테리아나노편모세포 [10]다음으로 골재에서 가장 풍부한 유기체이다.골재는 주변 바닷물보다 약 1,000배 더 농축될 수 있다.계절적 변동성은 또한 여름 [10]동안 농도가 가장 높은 해양 눈 집합체의 미생물 군집에도 영향을 미칠 수 있다.

그림에서 보듯이 식물성 플랑크톤은 태양에너지를 이용하여 유포틱 존의 이산화탄소를 고정시키고 미립자 유기 탄소를 생성한다.유포틱 존에서 형성된 미립자 유기 탄소는 해양 미생물(마이크로브), 동물성 플랑크톤 및 그 소비자에 의해 유기 응집체(해상 눈)로 가공되고, 그 후 동물성 플랑크톤과 [11][12][13]어류에 의한 침하수직 이동에 의해 메소펠라직(깊이 200-1000m)과 수경 구역으로 수출된다.

수출 플럭스는 표면층으로부터의 침전(심도 약 100m)으로 정의되며 격리 플럭스는 중층부로부터의 침전(심도 약 1000m)으로 정의된다.입자상 유기탄소의 일부는 주로 이종영양 미생물 및 동물성 플랑크톤에 의해 깊은 바닷물기둥의 CO로2 환원되어 용존무기탄소(DIC) 농도의 수직구배를 유지한다.이 심해 DIC는 열염 순환을 통해 밀레니얼 타임스케일로 대기로 돌아옵니다.1차 생산의 1%에서 40%가 유포틱 존 밖으로 내보내지며, 유포틱 존의 밑부분을 향해 기하급수적으로 감소하며, 표면 생산의 약 1%만이 [11][12][13]해저에 도달한다.

바이오매스의 가장 큰 성분은 해양 원생생물(유럽 미생물)이다.해수면역으로부터 채취한 해양 눈집합물은 주로 균류와 미로균류구성되었다.더 작은 집단은 심해에서 발견되는 것과 유사한 많은 진핵 생물들을 가지고 있지 않다.수경성 골재는 대부분 [14]바다 표면에서 발견되는 골재와 유사했다.그것은 욕심부름 구역에서 재염화 비율이 더 높다는 것을 의미한다.

수치적으로 해양 눈의 가장 큰 구성 요소는 집적체를 군집화하는 원핵생물이다.박테리아는 골재의 재미네랄화와 파편화에 크게 책임이 있다.재메네랄라이제이션은 일반적으로 [15]깊이 200m 이하에서 발생한다.

집계에 형성되는 미생물 군집은 물기둥 군집과 다르다.붙어있는 미생물의 농도는 일반적으로 자유생활 [16]미생물보다 훨씬 크다.격리된 박테리아 배양물은 골재 부착 [10]후 2시간 이내에 최대 20배 이상의 효소 활성을 가진다.어두운 바다에는 모든 원양 박테리아와 고세균의 약 65%가 서식하고 있다.(화이트만 등, 1998)

이전에는 분열로 인해 박테리아 군집이 물기둥을 따라 이동할 것으로 생각되었다.실험에서 볼 수 있듯이, 이제 집적 과정에서 형성되는 군집은 골재와 관련된 상태로 남아 있고, 군집 변화는 새로운 세균 군집 [17]형성보다는 방목이나 조각화에 기인하는 것으로 보인다.

카본 사이클

심해에는 98% 이상의 무기질 탄소 [18]풀이 매장되어 있다.낮은 미립자 유기 탄소 투입을 초래하는 빠른 침전 속도와 함께 미생물이 전지구 탄소 순환에 어떤 영향을 미치는지 아직 해결되지 않았습니다.연구에 따르면 심해 미생물은 휴면상태는 아니지만 신진대사가 활발하며 이종영양체뿐만 아니라 자가영양체도 영양 순환에 참여해야 한다.심해에서의 미생물 탄소 수요와 표면 [18]해양으로부터의 탄소 수출의 불일치가 있다.용해된 무기 탄소 고정은 표면 해양의 이종 영양 미생물과 비슷한 규모이다.모델 기반 데이터에 따르면 용해된 무기 탄소 고정 범위는 1 mmol C m−2 d−1 ~ 2.5 mmol C m−2−1 [18]d입니다.

마이크로 환경

큰 골재는 무산소가 되어 혐기성 대사를 일으킬 수 있다.일반적으로 혐기성 신진대사는 보다 에너지적으로 유리한 부위에 국한된다.탈질 및 황산염을 감소시키는 박테리아를 풍부하게 공급하면 이러한 신진대사가 해양 눈 집합체 내에서 번성할 수 있을 것으로 생각됩니다.Biancchi 등이 개발한 모델에서는 집합체 [19]내의 다양한 산화환원 전위를 보여준다.

시사점

해양 열염 순환의 비교적 긴 체류 시간 때문에 생물 펌프에 의해 해양의 눈으로 심해에 운반되는 탄소는 1000년 이상 대기와 접촉하지 않을 수 있다.즉, 해양의 눈이 최종적으로 무기영양소와 용해된 이산화탄소로 분해될 때, 그것들은 해양순환과 관련된 비교적 긴 시간 동안 표면 바다로부터 효과적으로 격리된다.따라서 심해까지 도달하는 해양 눈의 양을 늘리는 것은 바다에 의한 탄소 격리를 강화하기 위한 몇 가지 지구 공학 계획의 기초가 된다.해양 영양철분 비료는 해양의 깊은 바다에 [20]도달하는 해양 눈의 상승과 함께 표면 해양에서 유기 물질의 생산을 증가시키려 한다.이러한 노력들은 탄소를 효과적으로 체외로 운반하는 지속 가능한 비료를 아직 생산하지 못했다.

기후 변화의 예측 지표인 해수 온도가 상승하면 물기둥의 성층화가 강화되어 해양 눈의 생산량이 감소할 수 있다.성층화의 증가는 질산염, 인산염, 규산과 같은 식물성 플랑크톤 영양소의 가용성을 감소시키고, 1차 생산의 감소로 이어질 수 있으며, 따라서 해양 눈도 감소시킬 수 있다.

해양 눈과 관련된 미생물 군집 또한 미생물학자들에게 흥미롭다.최근 연구는 이송된 박테리아가 해저의 넓이에 살고 있는 박테리아의 고립된 집단으로 생각되었던 유전자와 교환할 수 있다는 것을 보여준다.이러한 광대한 지역에서는 아직 발견되지 않은 종들이 고기압과 혹한에도 견딜 수 있으며, 아마도 생명공학 약학 분야에서 활용될 것이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 해양 눈이란 무엇입니까?NOAA National Ocean Service.갱신일 : 06/25/18.
  2. ^ Decho AW, Gutierrez T (2017). "Microbial Extracellular Polymeric Substances (EPSs) in Ocean Systems". Frontiers in Microbiology. 8: 922. doi:10.3389/fmicb.2017.00922. PMC 5445292. PMID 28603518.
  3. ^ Miller CB (2004). Biological Oceanography. Blackwell Science Ltd. pp. 94–95, 266–267.
  4. ^ Mannn KH, Lazier JR (2006). Dynamics of Marine Ecosystems. Blackwell Publishing. p. 35.
  5. ^ McCarthy JJ, Goldman JC (February 1979). "Nitrogenous nutrition of marine phytoplankton in nutrient-depleted waters". Science. 203 (4381): 670–2. Bibcode:1979Sci...203..670M. doi:10.1126/science.203.4381.670. PMID 17813381. S2CID 33059073.
  6. ^ van der Jagt H, Friese C, Stuut JW, Fischer G, Iversen MH (2018-02-19). "The ballasting effect of Saharan dust deposition on aggregate dynamics and carbon export: Aggregation, settling, and scavenging potential of marine snow". Limnology and Oceanography. 63 (3): 1386–1394. Bibcode:2018LimOc..63.1386V. doi:10.1002/lno.10779. ISSN 0024-3590.
  7. ^ Alldredge AL, Cohen Y (February 1987). "Can microscale chemical patches persist in the sea? Microelectrode study of marine snow, fecal pellets". Science. 235 (4789): 689–91. Bibcode:1987Sci...235..689A. doi:10.1126/science.235.4789.689. PMID 17833630. S2CID 46033413.
  8. ^ Dilling L, Alldredge AL (2000-07-01). "Fragmentation of marine snow by swimming macrozooplankton: A new process impacting carbon cycling in the sea". Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 47 (7): 1227–1245. Bibcode:2000DSRI...47.1227D. doi:10.1016/S0967-0637(99)00105-3.
  9. ^ Kepkay PE (1994). "Particle aggregation and the biological activity of colloids". Marine Ecology Progress Series. 109: 293–304. Bibcode:1994MEPS..109..293K. doi:10.3354/meps109293.
  10. ^ a b c Ivancic I, Paliaga P, Pfannkuchen M, Djakovac T, Najdek M, Steiner P, Korlevic M, Markovski M, Baricevic A, Tankovic MS, Herndl GJ (December 2018). "Seasonal variations in extracellular enzymatic activity in marine snow-associated microbial communities and their impact on the surrounding water". FEMS Microbiology Ecology. 94 (12). doi:10.1093/femsec/fiy198. PMID 30299466.
  11. ^ a b Basu, S. and Mackey, K.R. (2018) "생물 탄소 펌프의 핵심 매개자로서 Phytoplankton:기후 변화에 대한 그들의 반응.지속가능성, 10(3): 869. doi: 10.3390/su10030869.CC-BY icon.svg 자료는 Creative Commons Attribution 4.0 International License에 따라 제공되는 이 소스로부터 복사되었습니다.
  12. ^ a b 미국 파쇼와 캘리포니아 칼슨(2012년) "고 CO2 세계의 생물학적 펌프"해양생태진행 시리즈, 470: 249~271.doi: 10.3354/meps09985.
  13. ^ a b Turner, J.T. (2015) "동물성 플랑크톤 분뇨 알갱이, 해양 눈, 식물성 및 해양 생물 펌프"해양학 진보, 130:205~248.doi:10.1016/j.poccean.2014.08.005
  14. ^ Bochdansky AB, Clouse MA, Herndl GJ (February 2017). "Eukaryotic microbes, principally fungi and labyrinthulomycetes, dominate biomass on bathypelagic marine snow". The ISME Journal. 11 (2): 362–373. doi:10.1038/ismej.2016.113. PMC 5270556. PMID 27648811.
  15. ^ del Giorgio PA, Duarte CM (November 2002). "Respiration in the open ocean". Nature. 420 (6914): 379–84. Bibcode:2002Natur.420..379D. doi:10.1038/nature01165. hdl:10261/89751. PMID 12459775. S2CID 4392859.
  16. ^ KiØrboe T (March 2000). "Colonization of marine snow aggregates by invertebrate zooplankton: Abundance, scaling, and possible role". Limnology and Oceanography. 45 (2): 479–484. Bibcode:2000LimOc..45..479K. doi:10.4319/lo.2000.45.2.0479. S2CID 247706757.
  17. ^ Thiele S, Fuchs BM, Amann R, Iversen MH (February 2015). "Colonization in the photic zone and subsequent changes during sinking determine bacterial community composition in marine snow". Applied and Environmental Microbiology. 81 (4): 1463–71. doi:10.1128/AEM.02570-14. PMC 4309695. PMID 25527538.
  18. ^ a b c Reinthaler T, van Aken HM, Herndl GJ (August 2010). "Major contribution of autotrophy to microbial carbon cycling in the deep North Atlantic's interior". Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 57 (16): 1572–80. Bibcode:2010DSRII..57.1572R. doi:10.1016/j.dsr2.2010.02.023.
  19. ^ Bianchi D, Weber TS, Kiko R, Deutsch C (April 2018). "Global niche of marine anaerobic metabolisms expanded by particle microenvironments". Nature Geoscience. 11 (4): 263–268. Bibcode:2018NatGe..11..263B. doi:10.1038/s41561-018-0081-0. S2CID 134801363.
  20. ^ Lampitt RS, Achterberg EP, Anderson TR, Hughes JA, Iglesias-Rodriguez MD, Kelly-Gerreyn BA, Lucas M, Popova EE, Sanders R, Shepherd JG, Smythe-Wright D, Yool A (November 2008). "Ocean fertilization: a potential means of geoengineering?". Philosophical Transactions. Series A, Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 366 (1882): 3919–45. Bibcode:2008RSPTA.366.3919L. doi:10.1098/rsta.2008.0139. PMID 18757282.

추가 정보

  • Mary Wilcox Silver (2015).'마린 스노우: 짧은 역사 스케치'림놀로지 및 해양학 게시판, 24:5-10.https://doi.org/10.1002/lob.10005
  • Brakstad OG, Lewis A, Beegle-Krause CJ (2018). "A critical review of marine snow in the context of oil spills and oil spill dispersant treatment with focus on the Deepwater Horizon oil spill". Marine Pollution Bulletin. 135: 346–356. doi:10.1016/j.marpolbul.2018.07.028. PMID 30301046. S2CID 52948259.

외부 링크