Fitoplankton i substancje odżywcze

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
Dział: Oceany. Poziom podstawowy.
dział OCEANY: PODSTAWOWE - menu (rozwiń)

Fitoplankton i substancje odżywcze

Fitoplankton (phyto - roślina, planktos - wędrować) są jednokomórkowymi roślinami, które żyją w wodach powierzchniowych oceanów. Większość z nich po prostu dryfuje wraz z prądami powierzchniowymi, ale niektóre mogą się także samodzielnie przemieszczać. Wykorzystują promieniowanie słoneczne, dwutlenek węgla (CO2) i wodę w procesie nazywanym fotosyntezą, aby wytwarzać substancje organiczne, których używają jako pożywienia i jako budulca dla swoich własnych komórek. "Produktem ubocznym" jest tlen, który umożliwia istnienie życia na ziemi. Fitoplankton usuwa prawie tyle samo dwutlenku węgla z powietrza co rośliny lądowe, kształtując w ten sposób klimat Ziemi.

Równanie fotosyntezy

1. W czasie fotosyntezy, chlorofil (zielony barwnik wystepujący w roślinach) pobiera energię słoneczną. Ponieważ fitoplankton potrzebuje energii słonecznej do fotosyntezy, może ona zachodzić tylko w wodach powierzchniowych. Na otwartym oceanie ta warstwa ma około 100 m głębokości, a pod nią znajduje się warstwa wody, która może mieć nawet 3000 m głębokości. Część energii słonecznej jest zużywana na rozpad wody na wodór i tlen. Tlen nie jest potrzebny więc zostaje wydalony przez komórkę. Wodór reaguje z dwutlenkiem węgla i tworzy proste cząsteczki organiczne, np. glukozę, przy czym reakcja ta wymaga zużycia dodatkowej ilości energii słonecznej. Z wytworzonych cząsteczek organicznych powstają kolejne substancje organiczne.
Objaśnienia: water - woda, carbon dioxide - dwutlenek węgla, light - promieniowanie słoneczne, glucose - glukoza, oxygen - tlen
Autor: Lucinda Spokes

Fitoplankton potrzebuje składników odżywczych aby się rozwijać. Spośród wielu potrzebnych pierwiastków chemicznych, najważniejsze są azot i fosfor, ponieważ są potrzebne w dużych ilościach, a w wodzie morskiej występują w niskich stężeniach. Azot i fosfor są jak nawozy, których używamy w uprawie roślin lądowych.
Fitoplankton używa ich do tworzenia białka, kwasów nukleinowych i innych części komórek, koniecznych do wzrostu i reprodukcji. Fitoplankton potrzebuje składników odżywczych w pewnych określonych proporcjach. Na każde 106 atomów węgla, które sa przetwarzane w materię organiczną, potrzebne jest 16 atomów azotu i 1 atom fosforu. Azot atmosferyczny (N2) zazwyczaj nie jest bezpośrednio przyswajany przez fitoplankton, lecz w formie substancji bardziej aktywnych chemicznie, np. azotanów (NO3- czy amoniaku (NH4+). Dwutlenek węgla jest zawsze dostępny bez ograniczeń, więc fitoplankton rozwija się dopóki nie wyczerpie zapasów azotu lub fosforu. W większości obszarów oceanicznych najpierw zaczyna brakować azotu i mówimy wtedy, że rozwój fitoplanktonu jest zależny od dostępności azotu. Jednak np. we wschodniej części Morza Śródziemnego to dostępność fosforu decyduje o rozwoju fitoplanktonu; zaprzestaje on wzrostu gdy zostanie zużyty cały fosfor, chociaż w wodzie znajduje się jeszcze azot.

Źródła składników odżywczych

Naturalne źródła składników odżywczych to wietrzenie skał i zamiana azotu atmosferycznego (N2) na związki przyswajalne przez rośliny. Działalność człowieka jest także źródłem składników odżywczych i to bardzo istotnym.

Fosfor

Głównym antropogenicznym źródłem fosforu są detergenty i ścieki. Polepszenie gospodarki ściekami i wprowadzenie do użytku detergentów bez fosforanów znacznie obniżyło dostawę fosforu do rzek i mórz.

Główne źródła fosforu

2. Główne źródła fosforu.
Zdjęcia: Rachel Cave i freefoto.com

Azot

Wystepowanie związków azotu w rzekach jest głównie spowodowane intensywną działalnością rolniczą. Pochodzą one z nadmiernego użycia nawozów zawierających azotany (NO3-) oraz zaorywania ziemi. Zarówno azotany jak też amoniak występują w atmosferze. Azotany pochodzą ze spalania azotu w wysokich temperaturach w silnikach i z produkcji energii elektrycznej w elektrowniach opalanych paliwami koplanymi. Amoniak (NH4+) tworzy się w wyniku składowania i używania w rolnictwie nawozu zwierzęcego. Obie substancje trafiają z atmosfery do rzek i oceanów wraz z deszczem oraz w postaci gazowej i jako cząstki stałe.

Główne źródła azotu

3. Główne źródła azotu.
Zdjęcia: freefoto.com

Krzem

Kolejnym ważnym składnikiem odżywczym jest krzem, który pochodzi z wietrzenia skał. Brak krzemu uniemożliwia wzrost pewnych gatunków fitoplanktonu, okrzemek, które używają go aby budować swoje szkielety.

Gdy zaczyna brakować azotu lub fosforu - fitoplankton przestaje się rozwijać. Kiedy zaczyna brakować krzemu - fitoplankton rozwija się dalej, ale zmienia się jego skład gatunkowy.

Pierwiastki śladowe

Fitoplankton potrzebuje także niewielkiej ilości cząstek metali takich jak żelazo, miedź, cynk i kobalt. Na rozległych obszarach oceanu w wodzie nie ma wystarczającej ilości żelaza aby fitoplankton mógł się rozwijać. Ma to poważny wpływ na klimat i przedyskutujemy to w Oceany - poziom zaawansowany.

Remineralizacja

Fitoplankton rozwija się bardzo szybko, a poszczególne komórki żyją bardzo krótko, nawet tylko około jednego dnia. Kiedy obumierają stają się pożywieniem bakteri lub zooplanktonu, które zamienia tą materię organiczną z powrotem na dwutlenek węgla, uwalnia składniki odżywcze do wody i zużywa tlen. Proces ten znany jest jako remineralizacja i zachodzi głównie w wodach powierzchniowych. Dwutlenek węgla jest uwalniany do powietrza lub jest powtórnie użyty, razem z uwolnionymi składnikami odżywczymi, w fotosyntezie. Jeśli tak się dzieje nie ma zmian w ilości dwutlenku węgla w atmosferze.

Jeśli jednak obumarły fitoplankton opadnie i zostanie zremineralizowany w głębi oceanu, to składniki odżywcze i dwutlenek węgla zostaną tam trwale uwięzione i zmagazynowane. Uniemożliwia to powrót CO2 do atmosfery. Obniża to stężenie dwutlenku węgla w wodach powierzchniowych, pozwala na przeniknięcie większej ilości dwutlenku węgla z atmosfery i obniża zawartość CO2 w atmosferze.

Dwutlenek węgla wraca do atmosfery tylko wtedy kiedy cyrkulacja oceaniczna wynosi wody głębinowe ku powierzchni. Proces ten trwa około 1000 lat. Jest to tzw. pompa biologiczna i zostało to wyjaśnione w części pierwszej (Oceany i klimat).

Około 15% węgla zużytego w procesie fotosyntezy jest magazynowane w głębiach oceanie. Tylko mała część zostaje zamieniona w osady. Jeszcze mniejsza część w przekształca się w węgiel i ropę. Podczas spalania paliw, uwalniamy ten zmagazynowany węgiel około milion razy szybciej w porównaniu do naturalnych cykli biologicznych. Lasy i fitoplankton nie są w stanie pobierać dwutlenku węgla tak szybko, aby nadążyć za wzrastającymi emisjami i dlatego zawartość CO2 w atmosferze zwiększyła się dramatycznie w ciągu ostatnich kilku dekad.

Uproszczony schemat remineralizacji

4. Uproszczony schemat remineralizacji.
Objaśnienia: powierzchnia = przypowierzchniowe wody oceaniczne, głębsze warstwy = głębsze warstwy wód oceanicznych
Autor: Lucinda Spokes
Polska wersja ryciny: Mateusz Kamiński

O tej stronie:

Autor: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
1. Recenzent: Prof. Tim Jickells - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
2. Recenzent: Dr Keith Weston - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
ostatnia aktualizacja: 2003-10-16
Tłumaczenie na język polski: Mgr Sebastian Wypych, Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Ostatnia modyfikacja: poniedziałek, 25 czerwiec 2018, 10:43