海洋生物泵

海洋生態(tài)系統(tǒng)中由有機(jī)物生產(chǎn)、消費(fèi)、傳遞、沉降和分解等一系列生物地球化學(xué)過(guò)程構(gòu)成的碳從表層向深層的轉(zhuǎn)移。

海洋生物泵是以一系列的生物作為介質(zhì)，通過(guò)光合作用將大氣中的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，之后在食物網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)化、輸送及沉降從而將碳從海洋真光層轉(zhuǎn)移到深海底中的過(guò)程。 另外，某些海洋生物的細(xì)胞壁或外殼中的不溶解性碳酸鈣成分在被攝食消化后形成的殘留物會(huì)沉降、堆積到海底，形成碳酸鹽泵。 大氣CO2在海水中的溶解吸收是通過(guò)海洋浮游植物的光合作用而進(jìn)行的。海洋中的浮游動(dòng)物吞食浮游植物，食肉類的浮游動(dòng)物吃食草類浮游動(dòng)物。這些過(guò)程所產(chǎn)生的植物和動(dòng)物碎屑沉降在海洋中，某些沉降物將被細(xì)菌分解并作為營(yíng)養(yǎng)物回到海水中，但也有一些（大約1%）到達(dá)深海或海床，在那里被沉積而不再進(jìn)入碳循環(huán)。

海洋生態(tài)環(huán)境中，在海水處于垂直穩(wěn)定狀態(tài)下，碳要實(shí)現(xiàn)從表層向深層的垂直轉(zhuǎn)移需完成兩個(gè)步驟：①?gòu)臒o(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳。②有機(jī)碳的沉降輸出。正是一系列的生物學(xué)過(guò)程完成了這兩個(gè)步驟：首先是生活在真光層內(nèi)的大量的浮游植物進(jìn)行光合作用吸收CO2將其轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)，即有生命的顆粒有機(jī)碳，大多為單細(xì)胞藻類，粒徑幾個(gè)到幾十微米。然后，通過(guò)食物鏈（網(wǎng)），逐級(jí)轉(zhuǎn)化為更大的顆粒（浮游動(dòng)物、魚等）。未被利用的各級(jí)產(chǎn)品將死亡、沉降和分解。轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的糞便、蛻皮等也構(gòu)成大顆粒沉降，即非生命顆粒有機(jī)碳的沉降。生活在不同水層中浮游動(dòng)物的垂直移動(dòng)也構(gòu)成了有機(jī)物由表層向深層的接力傳遞。由于沉降速度低，小顆粒有機(jī)物如單細(xì)胞藻類在離開(kāi)真光層不遠(yuǎn)即被分解，只有大顆粒有機(jī)物才能抵御微生物的分解活動(dòng)得以到達(dá)深層乃至沉積物中，進(jìn)入長(zhǎng)周期循環(huán)，還有一部分很難降解的有機(jī)物，它們可能長(zhǎng)期埋藏在那里開(kāi)始成為化石能源。光合作用產(chǎn)品中有相當(dāng)一部分是以溶解有機(jī)碳的形式釋放到海水中，動(dòng)植物的代謝活動(dòng)也產(chǎn)生大量溶解有機(jī)碳。它們的一部分將無(wú)機(jī)化進(jìn)入再循環(huán)，也有相當(dāng)一部分被異養(yǎng)微生物利用再次轉(zhuǎn)化為顆粒態(tài)（微生物自身生物量），并通過(guò)微食物網(wǎng)再進(jìn)入傳統(tǒng)食物網(wǎng)。

海洋生物泵的效率表征生物過(guò)程對(duì)大氣CO2的去除能力，影響生物泵效率的物理、化學(xué)過(guò)程很多，就生物生態(tài)過(guò)程來(lái)說(shuō)，諸如生物量、初級(jí)生產(chǎn)力、群落結(jié)構(gòu)、食物鏈與微食物環(huán)、呼吸過(guò)程等過(guò)程均會(huì)影響其對(duì)有機(jī)碳的輸出效率。總的來(lái)說(shuō)，影響生物泵效率的因素主要有幾個(gè)：營(yíng)養(yǎng)鹽的限制、鐵的作用、生物固氮作用即生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 海洋生物泵是全球碳循環(huán)的重要組成部分，調(diào)節(jié)海洋上層有機(jī)碳顆粒向海洋下層的傳輸，對(duì)維持大氣CO2濃度具有重要作用。海洋生物泵的凈化效果是減少表層海水中的碳含量使得它可以從大氣中吸收更多的CO2以恢復(fù)表層平衡。一般來(lái)說(shuō)，海洋初級(jí)生產(chǎn)力越高，大氣CO2濃度就越低。