Stort kalcitbælte - Great Calcite Belt
The Great Calcit Belt (GCB) af Southern Ocean er en region af forhøjet sommertid øvre ocean calcit koncentration afledt kalkflagellat , trods region er kendt for sin diatoméer overvægt. Overlapningen af to store planteplanktongrupper , coccolithophores og diatomer, i de dynamiske frontsystemer, der er karakteristiske for denne region, giver en ideel ramme til at studere miljøpåvirkninger på fordelingen af forskellige arter inden for disse taksonomiske grupper.
The Great Calcite Belt, defineret som en forhøjet partikelformet uorganisk kulstof (PIC) funktion, der forekommer sammen med sæsonbestemt forhøjet klorofyl a i australsk forår og sommer i det sydlige hav, spiller en vigtig rolle i klimasvingninger, der tegner sig for over 60% af det sydlige havområde (30–60 ° S). Regionen mellem 30 ° og 50 ° S har den højeste optagelse af antropogent kuldioxid (CO 2 ) ved siden af Nordatlanten og det nordlige Stillehav. Kendskabet til virkningen af interagerende miljøpåvirkninger på planteplanktonfordelingen i det sydlige hav er begrænset. For eksempel er der behov for mere forståelse for, hvordan lys og jern tilgængelighed eller temperatur og pH interagerer for at kontrollere fytoplankton biogeografi . Derfor, hvis modelparameteriseringer skal forbedres for at give nøjagtige forudsigelser om biogeokemiske ændringer, kræves en multivariat forståelse af hele pakken af miljødrivere.
Baggrund
| Del af en serie om |
| Plankton |
|---|
 |
Det sydlige Ocean er ofte blevet betragtet som et mikroplankton -domineret (20-200 µm) system med fytoplanktonblomstringer domineret af store kiselalger og Phaeocystis sp. Men siden identifikationen af Great Calcite Belt (GCB) som et konsekvent træk og anerkendelsen af picoplankton (<2 µm) og nanoplankton (2–20 µm) betydning i høj-næringsstoffer, lav-chlorophyll (HNLC) farvande, har dynamikken i små (bio) mineraliserende plankton og deres eksport skal anerkendes. De to dominerende biomineraliserende fytoplanktongrupper i GCB er coccolithophores og kiselalger. Kalkflagellat er generelt fundet nord for polar fronten, selvom Emiliania huxleyi er blevet observeret så langt sydpå som 58 ° S i Scotia Hav , ved 61 ° S tværs Drake Passage , og ved 65 ° S syd for Australien.
Diatomer er til stede i hele GCB, hvor polarfronten markerer et stærkt skel mellem fraktioner i forskellige størrelser. Nord for polarfronten findes små diatoméarter, såsom Pseudo-nitzschia spp. og Thalassiosira spp., har en tendens til at dominere numerisk, hvorimod store diatomer med højere krav til kiselsyre (f.eks. Fragilariopsis kerguelensis ) generelt er mere rigelige syd for polarfronten. Store mængder af nanoplankton (coccolithophores, små diatomer, chrysophytes ) er også blevet observeret på den patagoniske hylde og i Scotiahavet . I øjeblikket inkorporerer få undersøgelser små biomineraliserende planteplankton til artsniveau. Fokus har snarere ofte været på de større og ikke -forkalkende arter i det sydlige hav på grund af prøvebevaringsproblemer (dvs. forsuret Lugols opløsning opløser calcit , og lysmikroskopi begrænser nøjagtig identifikation til celler> 10 µm. I forbindelse med klimaforandringer og fremtidens økosystemfunktion, er fordelingen af biomineraliserende fytoplankton vigtig at definere, når man overvejer fytoplanktoninteraktioner med carbonatkemi og havbiogeokemi .
Det Store Calcitbælt spænder over de store cirkulære fronter i det sydlige hav: den subantarktiske front, polarfronten, den sydlige antarktiske cirkumpolære strømfront og lejlighedsvis den sydlige grænse for den antarktiske cirkumpolære strøm . Den subtropiske front (ved ca. 10 ° C) fungerer som den nordlige grænse for GCB og er forbundet med en kraftig stigning i PIC mod syd. Disse fronter deler forskellige miljømæssige og biogeokemiske zoner, hvilket gør GCB til et ideelt studieområde for at undersøge kontroller på fytoplanktonsamfund i det åbne hav. En høj PIC -koncentration observeret i GCB (1 µmol PIC L −1 ) sammenlignet med det globale gennemsnit (0,2 µmol PIC L −1 ) og betydelige mængder af løsrevne E. huxleyi -coccoliths (i koncentrationer> 20.000 coccoliths ml −1 ) karakteriserer begge GCB. GCB observeres tydeligt i satellitbilleder, der strækker sig fra den patagoniske hylde over Atlanterhavet, det indiske og Stillehavet og fuldender Antarktis -sejlads via Drake -passagen.
Coccolithophores versus diatomé
Den biogeografi af Sydhavet fytoplankton styrer den lokale biogeokemi og eksport af makronæringsstoffer til lavere breddegrader og dybde. Af særlig relevans er den konkurrencedygtige vekselvirkning mellem coccolithophores og kiselalger, hvor førstnævnte er udbredt langs Great Calcite Belt (40-60 ° S), mens kiselalger har en tendens til at dominere regionerne syd for 60 ° S, som illustreret i diagrammet på ret.
Havet ændrer sig i en hastighed uden fortilfælde som følge af stigende menneskeskabte CO 2 -emissioner og relaterede klimaændringer. Ændringer i tæthedsstratificering og tilførsel af næringsstoffer samt forsuring af havet fører til ændringer i sammensætning af planteplanktonsamfundet og dermed økosystemets struktur og funktion. Nogle af disse ændringer er allerede observerbare i dag og kan have kaskadevirkninger på globale biogeokemiske cyklusser og oceanisk kulstofoptagelse. Ændringer i biogeografien i det sydlige hav (SO) er især kritiske på grund af det sydlige havs betydning for at drive primærproduktion på lavere breddegrader gennem lateral eksport af næringsstoffer og ved optagelse af menneskeskabt CO 2 . For kulstofcyklussen er forholdet mellem forkalkning og ikke -forkalkning af fytoplankton afgørende på grund af de modvirkende virkninger af forkalkning og fotosyntese på havvand pCO 2 , som i sidste ende styrer CO 2 -udveksling med atmosfæren, og den forskellige ballastningseffekt af calcit og kiselsyreskaller til organisk kulstofeksport .
Forkalkning af coccolithophorer og silicificerende diatomer er globalt allestedsnærværende fytoplankton funktionelle grupper. Kiselalger er en vigtig bidragsyder til den globale planteplanktonbiomasse og den årlige primære primære produktion. Til sammenligning bidrager coccolithophorer mindre til biomasse og til global NPP.
Imidlertid er coccolithophores den største planteplanktoniske forkalker. derved har en betydelig indvirkning på den globale kulstofcyklus . Kiselalger dominerer fytoplanktonsamfundet i det sydlige hav, men coccolithophores har fået stigende opmærksomhed i de seneste år. Satellitbilleder af partikelformet uorganisk kulstof (PIC, en proxy for coccolithophore -overflod) afslørede "Great Calcite Belt", et årligt tilbagevendende cirkumpolært bånd med forhøjede PIC -koncentrationer mellem 40 og 60 ° S. In situ -observationer bekræftede mængder coccolithophore på op til 2,4 × 10 3 celler ml -1 i Atlanterhavssektoren (blomstrer på den patagoniske hylde ), op til 3,8 × 10 2 celler ml -1 i den indiske sektor og op til 5,4 × 10 2 celler ml -1 i Stillehavssektoren i det sydlige ocean med Emiliania huxleyi som den dominerende art. Imidlertid er coccolithophorers bidrag til den samlede phytoplanktonbiomasse og NPP i det sydlige Ocean endnu ikke vurderet. Lokalt har forhøjet coccolithophore -overflod i GCB vist sig at gøre overfladevand til en kilde til CO 2 for atmosfæren, hvilket understreger nødvendigheden af at forstå kontrollen med deres overflod i det sydlige hav i forbindelse med kulstofcyklus og klimaforandringer. Selvom coccolithophores er blevet observeret at have flyttet polewards i de seneste årtier, er deres reaktion på de kombinerede virkninger af fremtidig opvarmning og havforsuring stadig genstand for debat. Da deres reaktion også afgørende vil afhænge af fremtidig planteplanktonsamfundssammensætning og interaktioner mellem rovdyr og bytte, er det vigtigt at vurdere kontrollen af deres overflod i dagens klima.
Top-down og bottom-up tilgange
Coccolithophore-biomasse styres af en kombination af bottom-up (fysisk-biogeokemisk miljø) og top-down-faktorer ( rovdyr-bytte-interaktioner ), men den relative betydning af de to er endnu ikke blevet vurderet for coccolithophores i det sydlige hav. Bottom-up-faktorer påvirker direkte væksten af fytoplankton, og kiselalger og coccolithophorer diskrimineres traditionelt baseret på deres forskellige krav til næringsstoffer, turbulens og lys. Baseret på dette forudsiger Margalefs mandala en sæsonbestemt rækkefølge fra kiselalger til coccolithophores, når lysniveauet stiger og næringsindholdet falder. In situ-undersøgelser, der vurderede coccolithophore biogeografi i det sydlige hav, har fundet coccolithophores under forskellige miljøforhold, hvilket tyder på en bred økologisk niche, men alle de nævnte undersøgelser har næsten udelukkende fokuseret på bottom-up-kontroller.
Fytoplanktons vækstrater dækker imidlertid ikke nødvendigvis med akkumuleringshastigheder for biomasse. Ved hjælp af satellitdata fra det nordlige Atlanterhav understregede Behrenfeld i 2014 vigtigheden af samtidig at overveje bottom-up og top-down-faktorer ved vurdering af sæsonbetinget dynamik af fytoplankton-biomasse og rækkefølgen af forskellige planteplanktontyper på grund af den fysiske og tidsmæssigt varierende relative betydning af den fysiske –Biogeokemisk og det biologiske miljø. I SO har tidligere undersøgelser vist zooplanktongræsning for at kontrollere total fytoplanktonbiomasse, fytoplanktonsamfundssammensætning og økosystemstruktur, hvilket tyder på, at top-down-kontrol også kan være en vigtig driver for den relative overflod af coccolithophores og kiselalger. Men zooplanktongræsningens rolle i de nuværende jordsystemmodeller er ikke velovervejet, og virkningen af forskellige græsformuleringer på planteplanktonbiogeografi og mangfoldighed er genstand for løbende forskning.
Sediment i det sydlige hav.
Antarktiske hav
