科学家揭示了Phytoplankton如何在营养缺乏海洋旋转中存活

Edward Doddridge,在MIT的地球,大气和行星科学部门的博士,共同开发了一种模型,以研究亚热带晶体旋转中浮游植物生长后的机制。

亚热带的旋流是庞大的,跨越跨越太平洋和大西洋的数千公里的持续电流,在那里的大量增长。

含有营养素的供应不足,浮游植物,形成船舶的基础的微观植物,斗争茁壮成长。

然而,一些浮游植物在这些旋流的敌对环境中生活在这些旋转的环境中,并且完全如何获得它们的营养素长期是一个神秘的人。

现在研究了地球部,大气和行星科学部的博士后德,在麻省理工学院的博士学位,发现亚热带旋流的植物生长受到海面低于海面下方的水层,这使得营养物质可以回收回收表面。

Doddridge与David Marshall合作,Doddridge开发了一种探讨Gyres内浮游植物成长后的机制,这些机制在地球物理研究中出现:海洋。

根据教科书的说法,风将表面水推入陀螺的中心,然后向下,从阳光照射区带走营养,从而防止浮游植物蓬勃发展。

但前面的Doddridge研究表明,这种观点太简单了,而漩涡的运动 - 天气系统的海洋相当于天气系统 - 在旋转中采用这种运动,防止水远向下推动水。

为了进一步调查这一点,研究人员开发了一款简单的计算机模型,它们将海洋分成两层:阳光照射层和一层均匀的水,称为模式水。在这层模式水下面是一个未包含在模型中的深渊。

在该模型中,研究人员包括从景观的侧面和向下的水融合过程中的水融合过程,以及漩涡应该采取行动的方式。

当它们运行该模型时,它的结果广泛地镜像了Gyres本身的观察,营养浓度较高,在旋流边缘处具有较高的营养浓度和浮游植物的生产率,并降低中心的生产率。

然后,它们开始改变模型的不同参数,调查这对营养水平和浮游植物生产率的影响。

他们首先通过研究人员提出的机制而变化,称为涡流泵送,其中圆形电流的旋转运动从下面汲取更冷的营养丰富的水。

“我们改变了这种机制可以在下面的阳光层和均匀层之间交换多少流体,并且我们发现,随着我们增加涡流泵送,营养浓度上升,正如以前的研究所提出的,”Doddridge说。

然而,这种涡流泵的效果在较高水平上开始高原。研究人员提高了涡流泵送机构的越多,营养浓度的增加越小。

然后,它们改变了横向水融合和向下泵送的过程,称为残留的Ekman运输。他们发现这个过程对营养浓度有相当大的影响。

最后,研究人员在阳光层下方的均匀水层的厚度变化,它们还发现它们对营养浓度产生显着影响。

以前的研究表明,随着该模式水层变厚,它会阻断从下面提出的营养素,导致阳光照射区域的生产率降低。然而,模型的结果表明了较恰的情况,具有较厚的模式层,导致更大的营养浓度。Doddridge表示,当Ekman运输水平低时,这是特别的情况。

“当浮游植物和其他生活在阳光层的东西死亡时,或被吃掉和排泄的时候,他们开始掉落在海洋中,他们的营养物质被吸收回水中,”Doddridge说。

“所以均匀层的较厚较慢的是,这些颗粒越长,这些颗粒越过它越长,它们的营养素越多被吸收到流体中,以被再循环为食物。”

Doddridge说,虽然营养物保留在均质层中,但它们不会将它们混合到表面上。但是,如果他们在下面迅速落入深渊 - 因为均匀层薄,例如 - 他说,营养物质基本上从地表水中切断。

当研究人员使用来自卫星,自主机器人和船舶的数据测试模型的结果时,他们发现它支持他们的发现,表明较厚的模式水确实增强了亚热带旋流内的浮游植物生长。

未来,Doddridge希望使用更复杂的模型进行进一步的实验,进一步了解营养物质进入并在亚热带的旋转中循环的方式进一步了解。

亚热带贫瘠的上海海水在海洋碳吸收中发挥全球重要作用,具有中介大部分这种碳吸收的生物过程,但是在这些生态系统中支持净生物生产所需的营养物的过程仍然尚不清楚,尚不清楚到Montana大学的马修教堂,他没有参与研究。

“本文突出了物理过程(特别是EDDIES)在调节营养素向上供应方面的关键作用,以及沉没有机物质的向下通量,”教堂说。“作者得出结论,后一种术语,特别是有机颗粒重新矿物的深度,包括覆盖水的生产率的约束。这种模型得出的结论提出了现场可测量的假设。“

出版物:Edward W. Doddridge等,“涡流取消对亚热带衍生物中营养分布的影响,”地球物理研究:海洋,2018; DOI:10.1029 / 2018JC013842

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