Minimální zóna kyslíku - Oxygen minimum zone

Minimální kyslík zóna ( OMZ ), někdy označované jako stínové zóny , je zóna, ve které nasycení kyslíkem v mořské vodě v oceánu je na nejnižší úrovni. Tato zóna se vyskytuje v hloubkách asi 200 až 1 500 m (660–4 920 stop), v závislosti na místních podmínkách. OMZ se nacházejí po celém světě, typicky podél západního pobřeží kontinentů, v oblastech, kde souhra fyzikálních a biologických procesů současně snižuje koncentraci kyslíku (biologické procesy) a brání míchání vody s okolními vodami (fyzikální procesy), čímž vzniká „bazén“. ”Vody, kde koncentrace kyslíku klesají z normálního rozmezí 4–6 mg/l pod 2 mg/l.

Fyzikální a biologické procesy

Povrchové vody oceánu mají obecně koncentraci kyslíku blízkou rovnováze se zemskou atmosférou . Obecně platí, že chladnější vody obsahují více kyslíku než vody teplejší. Jak se voda pohybuje ze smíšené vrstvy do termoklin , je vystavena dešti organické hmoty shora. Aerobní bakterie se živí touto organickou hmotou; kyslík se používá jako součást bakteriálního metabolického procesu a snižuje jeho koncentraci ve vodě. Koncentrace kyslíku v hluboké vodě proto závisí na množství kyslíku, který měla, když byla na povrchu, minus vyčerpání hlubinnými organismy.

Průměrný roční rozpuštěný kyslík (horní panel) a zjevné využití kyslíku (spodní panel) ze Světového atlasu oceánů . Znázorněná data ukazují část probíhající sever -jih na 180. poledníku (přibližně střed Tichého oceánu). Bílé oblasti označují sekční batymetrii . V horním panelu je minimální obsah kyslíku indikován světle modrým stínováním mezi 0 ° (rovník) a 60 ° severní šířky v průměrné hloubce ca. 1 000 m (3 300 stop).

Tok organické hmoty směrem dolů prudce klesá s hloubkou, přičemž 80–90% se spotřebuje v horních 1 000 m (3 300 stop). Hluboký oceán má tedy vyšší obsah kyslíku, protože míra spotřeby kyslíku je ve srovnání s dodávkou studených hlubokých vod bohatých na kyslík z polárních oblastí nízká. V povrchových vrstvách je kyslík dodáván výměnou s atmosférou. Hloubky mezi nimi však mají vyšší míru spotřeby kyslíku a nižší míru advektivních dodávek vod bohatých na kyslík. Ve velké části oceánu umožňují směšovací procesy zásobování těchto vod kyslíkem (tj. Vody, které jsou součástí větrných subtropických cirkulačních cirkulací, se rychle vyměňují s povrchem a nikdy nezískají silný kyslíkový deficit).

Distribuce minimálních zón kyslíku v otevřeném oceánu je řízena rozsáhlou oceánskou cirkulací a také místními fyzikálními a biologickými procesy. Například vítr, který fouká rovnoběžně s pobřežím, způsobuje transport Ekmanu, který posiluje živiny z hluboké vody. Zvýšené živiny podporují kvetení fytoplanktonu, pastvu zooplanktonu a celkovou produktivní potravní síť na povrchu. Vedlejší produkty těchto květů a následná pastva ve formě částic a rozpuštěných živin (z fytodetritu, odumřelých organismů, fekálních pelet, exkrementů, zbavených skořápek, šupin a dalších částí). Tento „déšť“ organické hmoty (viz biologická pumpa ) napájí mikrobiální smyčku a může vést k přílivu živin ve vodě pod eufotickou zónou . Vzhledem k tomu, že kyslík není produkován jako vedlejší produkt fotosyntézy pod eufotickou zónou, tito mikrobi spotřebovávají to, co je ve vodě, protože rozkládají padající organickou hmotu, čímž vytvářejí nižší podmínky kyslíku.

Fyzikální procesy pak omezují míchání a izolují tuto vodu s nízkým obsahem kyslíku od vnější vody. Vertikální míchání je omezeno kvůli oddělení od smíchané vrstvy podle hloubky. Horizontální míchání je omezeno batymetrií a hranicemi vytvořenými interakcemi se subtropickými gyry a jinými hlavními současnými systémy. Voda s nízkým obsahem kyslíku se může šířit (advekcí) z oblastí s vysokou produktivitou až k těmto fyzickým hranicím, aby vytvořila stojatou vodu bez přímého spojení s hladinou oceánu, přestože (jako ve východním tropickém severním Pacifiku) může existovat relativně málo organické hmoty padající z povrchu.

Život v OMZ

Navzdory nízkým podmínkám kyslíku se organismy vyvinuly tak, aby žily v OMZ a jejich okolí. Pro tyto organismy, jako je upíří chobotnice , jsou zapotřebí speciální úpravy, které si buď vystačí s menším množstvím kyslíku, nebo pro efektivnější extrakci kyslíku z vody. Například obří červený mysid ( Gnathophausia ingens ) nadále žije v OMZ aerobně (pomocí kyslíku). Mají vysoce vyvinuté žábry s velkým povrchem a tenkou difuzní vzdáleností krev-voda, která umožňuje efektivní odstranění kyslíku z vody (až 90% odstranění O ₂ z vdechované vody) a účinný oběhový systém s vysokou kapacitou a vysokou krví koncentrace proteinu ( hemocyaninu ), který snadno váže kyslík.

Další strategií používanou některými třídami bakterií v zónách minimálního kyslíku je použití dusičnanů namísto kyslíku, čímž se sníží koncentrace této důležité živiny. Tento proces se nazývá denitrifikace . Minimální zóny kyslíku tak hrají důležitou roli při regulaci produktivity a ekologické struktury komunity globálního oceánu. Například obří bakteriální rohože plovoucí v zóně minimálního obsahu kyslíku u západního pobřeží Jižní Ameriky mohou hrát klíčovou roli v extrémně bohatém rybolovu v regionu, protože zde byly nalezeny bakteriální rohože o velikosti Uruguaye .

Změny

OMZ se v průběhu času měnily v důsledku účinků mnoha globálních chemických a biologických procesů. K posouzení těchto změn vědci používají klimatické modely a vzorky sedimentů, aby porozuměli změnám rozpuštěného kyslíku v OMZ. Mnoho nedávných studií OMZ se zaměřilo na jejich kolísání v čase a na to, jak se v současné době mohou měnit v důsledku změny klimatu .

Některé výzkumy si kladly za cíl pochopit, jak se OMZ změnily v geologických časových měřítcích . V celé historii pozemských oceánů se OMZ pohybovaly v dlouhých časových měřítcích a v závislosti na více proměnných se zvětšovaly nebo zmenšovaly. Faktory, které mění OMZ, jsou množství primární produkce oceánů, což má za následek zvýšené dýchání ve větších hloubkách, změny v dodávce kyslíku v důsledku špatné ventilace a množství kyslíku dodávaného cirkulací termohalinu . Z nedávných pozorování je zřejmé, že rozsah OMZ se v tropickém oceánu během posledního půlstoletí rozšířil. Svislá expanze tropických OMZ zmenšila oblast mezi OMZ a povrchem, kde kyslík využívá mnoho organismů. V současné době si výzkum klade za cíl lépe porozumět tomu, jak expanze OMZ ovlivňuje potravinové sítě v těchto oblastech. Studie o expanzi OMZ v tropickém Pacifiku a Atlantiku pozorovaly negativní účinky na populace ryb a komerční rybolov, ke kterým pravděpodobně docházelo na omezeném stanovišti, když se OMZ pohybují v hejnech.

Jiný výzkum se pokusil modelovat potenciální změny OMZ v důsledku rostoucích globálních teplot a lidského dopadu. To je náročné vzhledem k mnoha faktorům, které by mohly přispět ke změnám v OMZ. Faktorů použitých pro modelování změn v OMZ je mnoho a v některých případech je těžké je měřit nebo kvantifikovat. Některé ze zkoumaných procesů jsou změny v rozpustnosti plynného kyslíku v důsledku rostoucích teplot oceánu a také změny v množství dýchání a fotosyntézy, ke kterým dochází kolem OMZ. Mnoho studií dospělo k závěru, že OMZ se rozšiřují na více místech, ale fluktuace moderních OMZ stále nejsou zcela pochopeny. Stávající modely systémů Země předpokládají značné snížení kyslíku a dalších fyzikálně-chemických proměnných v oceánu v důsledku změny klimatu s potenciálním důsledkem pro ekosystémy a lidi.

Viz také

• Mrtvá zóna (ekologie) , lokalizované oblasti s dramaticky sníženou hladinou kyslíku, často kvůli lidským dopadům.
• Hypoxie (environmentální) u řady článků souvisejících s environmentálním vyčerpáním kyslíku.

Reference