Как изменяется производительность океана в современном океане?
Географическая вариативность
Спутники могут измерять цвет поверхности океана для того, чтобы отслеживать концентрацию хлорофилла зеленого пигмента, который используется для получения света при фотосинтезе. Более высокие концентрации хлорофилла и в целом более высокая продуктивность наблюдаются на экваторе, вдоль побережья (особенно восточных окраин) и в высокоширотном океане. Основной движущей силой этих закономерностей является апвеллинг и/или смешивание высоко биогенных подземных вод в эвфотическую зону, как это видно из измерений поверхностных биогенных веществ.
Существуют предостережения в отношении использования спутниковых хлорофилловых карт для вывода о продуктивности, изобилии фитопланктона и их вариативности. Во-первых, связь между хлорофиллом и биомассой меняется в зависимости от физиологии фитопланктона; например, фитопланктон, адаптированный к более низкой освещенности и/или более высоким питательным веществам (например, железу), как правило, имеет более высокую клеточную концентрацию хлорофилл. Во-вторых, концентрация хлорофилла говорит более непосредственно о скорости фотосинтеза (т.е. GPP), чем для АЭС, причем последняя представляет собой рост биомассы фитопланктона плюс перенос энергии, связанной с органическим веществом, на более высокие трофические уровни. В-третьих, для данной АЭС небольшие изменения в выпасе могут привести к большим пропорциональным изменениям в биомассе фитопланктона. В-четвертых, диапазон глубин, измеряемый спутниковыми измерениями цвета океана, простирается только до верхних десяти метров, намного меньше, чем основание эвфотической зоны. По сравнению с регионами, содержащими питательные вещества, в регионах, содержащих питательные вещества (например, в субтропических гирах), доля хлорофилла больше ниже глубины, которую может определить спутник. Таким образом, спутниковые наблюдения за хлорофиллом, как правило, чрезмерно усиливают различия в продуктивности между питательноносными и обедненными районами. Несмотря на эти предостережения, спутниковые наблюдения за цветом океана изменили наше представление о продуктивности океана.
Изменение глубины
В связи с обеднением поверхностных вод в N и P низких широт продуктивность океана в низких широтах, как правило, описывается как ограниченная питательными веществами. Однако ограничение по свету также работает. По мере того, как человек спускается с освещенных солнцем, но истощенных биогенными веществами поверхностных вод, концентрация биогенных веществ в воде возрастает, но свет падает. Переход от освещенной солнцем и бедной биогенными веществами к темной и богатой биогенными веществами воде обычно происходит на глубине около 80 м и обозначен "глубоким максимумом хлорофилла", глубинной зоной повышенной концентрации хлорофилла из-за более высокой биомассы фитопланктона и/или более высокого отношения хлорофилла к углероду в биомассе. Фитопланктон в ДСМ является компромиссным между ограничением по свету и по питательным веществам. Рост фитопланктона в ДСМ перехватывает подачу биогенных веществ снизу, уменьшая их перенос в более мелкую эвфотическую зону. Таким образом, DCM не только реагирует на глубинную структуру биогенных веществ и свет, но и действительно помогает установить эти условия. И наоборот, в высокопродуктивных районах океана высокая плотность фитопланктона вблизи поверхности ограничивает глубину, на которую проникает свет, снижая продуктивность в более глубоких водах. Такое самоограничение первичной продуктивности является общей динамикой в океанической биосфере.
Сезонность
Сезонность продуктивности наиболее высока в высоких широтах, что обусловлено наличием света. Интенсивность и суточная продолжительность солнечного света летом значительно выше, что является очевидным прямым преимуществом для фотосинтеза. Кроме того, ветровой слой (или "смешанный слой") верхних океанических отмелей так, что во время их роста фитопланктон не смешивается с темнотой. Смешанный слой отмелей весной частично из-за увеличения солнечного света вызывает потепление и освежение (последнее за счет таяния льда), причем оба эти фактора повышают плавучесть поверхностных вод. Обустройство косяков со смешанным слоем иногда также стимулируется в целом более спокойной весенней и летней погодой, что снижает турбулентность, вызванную ветром. Во время "весеннего цветения" АЭС превышает потери биомассы фитопланктона на пастбищах и смертность, что приводит к переходному неттонакоплению биомассы и пику экспортной продукции. Популяция пастбищных организмов также увеличивается в ответ на увеличение их исходного сырья, перенося органический углерод с АЭС на более высокие трофические уровни. В таких регионах, как Северная Атлантика, предшествующие глубокие зимние смешанные слои могут быть важны для начала весеннего цветения путем кратковременного освобождения растущего фитопланктона от давления пастбищ. Тем не менее, прочная связь весеннего цветения со смешанными слоями косяков во многих средах сильно аргументирует общую важность описанной выше динамики смешанного слоя/ доступности света.
В некоторых умеренных и субполярных регионах продуктивность достигает максимума в течение весны по мере перехода фитопланктона от светового к биогенному ограничению. В самых высоких широтах, в то время как "основные питательные вещества" N и P остаются в существенных концентрациях, железо из микроэлементов может стать лимитирующим летом. По крайней мере, в некоторых из этих полярных систем свет и железо, как представляется, могут "ограничивать" фотосинтез в летнее время.