Remineralizatsiya - Remineralisation - Wikipedia

Boshqa maqsadlar uchun qarang Remineralizatsiya (ajralish).

Yilda biogeokimyo, remineralizatsiya (yoki remineralizatsiya) ning buzilishi yoki o'zgarishini anglatadi organik moddalar (biologik manbadan olingan molekulalar) eng sodda noorganik shakllari. Ushbu transformatsiyalar ichida hal qiluvchi aloqani tashkil etadi ekotizimlar chunki ular to'plangan energiyani ozod qilish uchun javobgardir organik molekulalar va qayta ishlatilishi kerak bo'lgan tizim ichidagi moddani qayta ishlash ozuqa moddalari boshqasi tomonidan organizmlar.[1]

Remineralizatsiya odatda biologik jihatdan muhim elementlarning tsikli bilan bog'liqligi sababli ko'rib chiqiladi uglerod, azot va fosfor. Barcha ekotizimlar uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'lsa-da, jarayon alohida e'tiborga olinadi suv havzasi parametrlari, bu erda suv ekotizimlarining biogeokimyoviy dinamikasi va aylanishining muhim aloqasini tashkil etadi.

Biogeokimyoning o'rni

"Remineralizatsiya" atamasi turli xil fanlarda bir nechta kontekstlarda qo'llaniladi. Bu atama eng ko'p ishlatiladigan dorivor va fiziologik kabi organizmlarda mineralizatsiyalangan tuzilmalarning rivojlanishi yoki qayta ishlab chiqilishini tavsiflovchi dalalar tish yoki suyak. Sohasida biogeokimyo ammo, remineralizatsiya ma'lum bir ekotizim ichidagi elementar velosiped zanjiridagi aloqani tavsiflash uchun ishlatiladi. Xususan, remineralizatsiya tirik organizmlar tomonidan qurilgan organik moddalarning bazal noorganik tarkibiy qismlarga bo'linadigan nuqtasini anglatadi, ular organik manbadan kelib chiqqanligini aniqlab bo'lmaydi. Bu jarayondan farq qiladi parchalanish bu kichik tuzilmalarni buzadigan katta tuzilmalarning umumiy tavsiflovchisi.

Biogeokimyogarlar bu jarayonni barcha ekotizimlarda turli sabablarga ko'ra o'rganadilar. Bu, birinchi navbatda, ushbu tizimdagi material va energiya oqimini o'rganish uchun amalga oshiriladi, bu ushbu ekotizimning unumdorligini va uning tizimga qancha kirishini va materialni qanday qayta ishlashini tushunishning kalitidir. Muayyan tizimdagi organik moddalarni qayta qayta tiklash tezligi va dinamikasini tushunish ba'zi ekotizimlarning boshqalarnikiga qaraganda qanday samaraliroq bo'lishini yoki nima uchun ekanligini aniqlashga yordam beradi.

Remineralizatsiya reaktsiyalari

Remineralizatsiya jarayoni [mikroblar ichida] murakkab biokimyoviy yo'llar qatori ekanligini ta'kidlash muhim bo'lsa-da, ko'pincha uni ekotizim darajasidagi modellar va hisob-kitoblar uchun bir bosqichli jarayonlar qatori sifatida soddalashtirish mumkin. Ushbu reaktsiyalarning umumiy shakli quyidagicha ko'rsatilgan:

Yuqoridagi umumiy tenglama ikkita reaktiv bilan boshlanadi: ba'zi organik moddalar (organik ugleroddan iborat) va oksidlovchi. Ko'pgina organik uglerodlar kamaytirilgan shaklda mavjud bo'lib, keyinchalik oksidlovchi tomonidan oksidlanadi (masalan O2) ichiga CO
2 va organizm tomonidan ishlatilishi mumkin bo'lgan energiya. Ushbu jarayon odatda ishlab chiqaradi CO
2, suv va nitrat yoki fosfat kabi oddiy oziq moddalar to'plami, keyinchalik ularni boshqa organizmlar qabul qilishi mumkin. Ko'rib chiqishda yuqoridagi umumiy shakl O2 oksidlovchi sifatida nafas olish tenglamasidir. Shu nuqtai nazardan, yuqoridagi tenglama bakterialni anglatadi nafas olish reaktiv moddalar va mahsulotlar asosan ko'p hujayrali nafas olish uchun ishlatiladigan qisqa qo'l tenglamalariga o'xshash bo'lsa-da.

Elektron akseptor kaskad

Idealizatsiya qilingan nisbiy chuqurlik asosida dengiz cho'kindi gözenekli suvdagi asosiy elektron qabul qiluvchilarning eskizi

Zamonaviy okeanda nafas olish orqali organik moddalarning parchalanishiga turli elektron akseptorlari yordam beradi, ularning qulayligi Gibbsning erkin energiya qonuni, va termodinamikaning qonunlari.[2] Bu oksidlanish-qaytarilish kimyo hayot uchun asosdir chuqur dengiz cho'kindi jinslar va u erda yashaydigan organizmlar uchun energiya olish imkoniyatini belgilaydi. Suv sathidan chuqurroq cho'kindilar tomon harakatlanayotganida, bu qabul qiluvchilarning tartibi quyidagicha kislorod, nitrat, marganets, temir va sulfat. Ushbu qulay aktseptorlarning zonalligini 1-rasmda ko'rish mumkin. Ushbu chuqur okean cho'kindilarining zonalanishi orqali sirtdan pastga siljish, aktseptorlardan foydalaniladi va kamayadi. Tugatilgandan so'ng, pastroq qulaylikning keyingi akseptori o'rnini egallaydi. Termodinamik jihatdan kislorod qabul qilingan eng qulay elektronni ifodalaydi, lekin tezda suv quyqasi interfeysida ishlatiladi va O
2 kontsentratsiyalar dengiz tubining ko'p joylarida cho'kindigacha millimetrdan santimetrgacha cho'ziladi. Ushbu qulaylik organizmning reaktsiyadan yuqori energiya olish qobiliyatini ko'rsatadi va bu ularga boshqa organizmlar bilan raqobatlashishga yordam beradi.[3] Ushbu akseptorlar bo'lmagan taqdirda, organik moddalar metanogenez orqali ham parchalanishi mumkin, ammo bu organik moddalarning aniq oksidlanishi bu jarayon bilan to'liq ifodalanmaydi. Har bir yo'l va uning reaksiyasining stexiometriyasi 1-jadvalda keltirilgan.[3]

Ushbu tez tükenmesi tufayli O
2 sirtdagi cho'kindilarda mikroblarning aksariyati ishlatiladi anaerob marganets, temir va sulfat kabi boshqa oksidlarni metabolizmiga olib boradigan yo'llar.[4] Shakllash ham muhimdir bioturbatsiya va har bir nafas olish yo'lining nisbiy ahamiyatini o'zgartirishi mumkin bo'lgan ushbu materialning doimiy aralashishi. Mikrobial nuqtai nazar uchun quyidagi havolaga murojaat qiling elektron transport zanjiri.

Cho'kindilarda remineralizatsiya

Reaksiyalar

Termodinamik energetikaga asoslangan dengiz cho'kindilarida qaytarilish reaktsiyalarining nisbatan qulayligi. Oklarning kelib chiqishi yarim hujayra reaktsiyasi bilan bog'liq bo'lgan energiyani ko'rsatadi. Okning uzunligi reaksiya uchun DG ning bahosini bildiradi (Libes dan moslashtirilgan, 2011).

Dan chiqadigan barcha organik moddalarning to'rtdan biri fonik zona remineralizatsiya qilinmasdan dengiz tubiga etib boradi va bu qolgan materialning 90% cho'kindilarning o'zida remineralizatsiya qilinadi.[1] Cho'kindiga tushgandan so'ng, organik remineralizatsiya turli xil reaktsiyalar orqali sodir bo'lishi mumkin.[5] Quyidagi reaktsiyalar organik moddalarni qayta tiklashning asosiy usullari bo'lib, ularda umumiy organik moddalar (OM) ko'pincha stenografiya bilan ifodalanadi: (CH
2O)
106(NH
3)
16(H
3PO
4).

Aerobik nafas olish

Asosiy maqola: Aerobik nafas olish

Aerobik nafas olish - bu yuqori energiya unumdorligi tufayli remineralizatsiya reaktsiyasi. Cho'kindilarda kislorod tezda tükenir va umuman cho'kindi-suv oralig'idan santimetrda tugaydi.

Anaerob nafas olish

Asosiy maqola: Anaerob nafas olish

Atrof muhit suboksik yoki anoksik, organizmlar foydalanishni afzal ko'rishadi denitrifikatsiya organik moddalarni remineralizatsiya qilish, chunki u ikkinchi o'rinda energiya beradi. Denitrifikatsiyani afzal ko'rgan chuqurlikda marganetsni kamaytirish, temirni kamaytirish, sulfatni kamaytirish, metanni kamaytirish kabi reaktsiyalar (shuningdek, tanilgan) Metanogenez ), navbati bilan maqbul bo'lish. Ushbu qulaylik boshqariladi Gibbs Free Energy (DG).

Nafas olish turiReaksiyaΔG
AerobikKislorodni kamaytirish-29.9
AnaerobDenitrifikatsiya-28.4
Marganetsni kamaytirish-7.2
Temirni kamaytirish-21.0
Sulfatning kamayishi-6.1
Metan fermentatsiyasi (Metanogenez )-5.6

Oksidlanish-qaytarilish zonalanishi

Oksidlanish-qaytarilish zonalanishi deganda organik moddalarning parchalanishi natijasida terminal elektronlarni o'tkazadigan jarayonlar vaqt va makonga qarab qanday o'zgarishi tushuniladi.[6] Yuqorida aytib o'tilgan energiya aktseptorlari kaskadida aytib o'tilganidek, energiya samaradorligi tufayli ma'lum reaktsiyalar boshqalardan afzalroq bo'ladi.[7] Kislorod osonlik bilan mavjud bo'lgan oksik sharoitda yuqori energiya ishlab chiqarishi tufayli aerobik nafas olish afzal ko'riladi. Nafas olish orqali kisloroddan foydalanish bioturbatsiya va diffuziya tufayli kislorod miqdoridan oshib ketgach, atrof-muhit anoksik holatga keladi va organik moddalar denitrifikatsiya va marganetsni kamaytirish kabi boshqa usullar bilan parchalanadi.[8]

Ochiq okeandagi remineralizatsiya

Ochiq okeandagi uglerod oqimini ko'rsatadigan oziq-ovqat tarmog'i

Ko'pgina ochiq okean ekotizimlarida organik moddalarning ozgina qismi dengiz tubiga etib boradi. Ko'pgina suv havzalarining fotik zonasidagi biologik faollik materialni shu qadar yaxshi qayta ishlashga intiladiki, bu organik moddalarning ozgina qismi shu yuqori fotosintetik qatlamdan cho'kib ketadi. Ushbu yuqori qavatdagi remineralizatsiya tezda sodir bo'ladi va organizmlarning yuqori konsentratsiyasi va yorug'likning mavjudligi sababli, remineralizatsiya qilingan ozuqaviy moddalar avtotroflar tomonidan qancha tez chiqarilsa, shuncha tez olinadi.

Qaysi fraktsiya qochishi qiziqish joyiga qarab o'zgaradi. Masalan, Shimoliy dengizda uglerodni yotqizish qiymati dastlabki ishlab chiqarishning ~ 1% ni tashkil qiladi[9] bu qiymat o'rtacha okeanlarda o'rtacha <0,5% ni tashkil qiladi.[10] Shuning uchun, ozuqa moddalarining aksariyati suv ustunida qoladi, tomonidan qayta ishlanadi biota. Geterotrofik organizmlar tomonidan ishlab chiqarilgan materiallardan foydalanadilar avtotrofik (va kimyoviy ) organizmlar va nafas olish yo'li bilan birikmalarni organik shakldan noorganik holatga keltiradi va ularni yana birlamchi ishlab chiqaruvchilarga taqdim etadi.

Okeanning aksariyat hududlari uchun uglerodni qayta sanashning eng yuqori ko'rsatkichlari suv ustunidagi 100-1200 m (330-3940 fut) chuqurliklarda sodir bo'lib, taxminan 1200 m gacha kamayadi, bu erda remineralizatsiya stavkalari 0,1 mkmol kg da doimiy bo'lib qoladi.−1 yil−1.[11] Natijada remineralizatsiyalangan uglerod havzasi (odatda karbonat angidrid shaklini oladi)

Remineralizatsiya ko'pi bilan amalga oshiriladi erigan organik uglerod (DOC). Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bu dengiz tubiga materiyani tashiydigan kattaroq cho'kayotgan zarralar[12] to'xtatilgan zarralar va erigan organik moddalar asosan remineralizatsiya orqali iste'mol qilinadi.[13] Bu qisman organizmlar odatda ozuqaviy moddalarni o'zlaridan kichikroq miqdorda yutish kerakligi sababli sodir bo'ladi.[14] Dengiz biomassasining 90% mikroblar jamiyati bilan,[15] bu mikroblardan kichikroq zarralar (10-tartibda)−6[16]) bu remineralizatsiya uchun qabul qilinadi.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b Sarmiento, Xorxe (2006). Okean biogeokimyoviy dinamikasi. Prinston universiteti matbuoti. ISBN  978-0-691-01707-5.
  2. ^ Vernberg, F. Jon (1981). "Bentik makrofauna". Vernbergda F. Jon; Vernberg, Winona B. (tahr.). Dengiz organizmlarining funktsional moslashuvi. Akademik matbuot. pp.179–230. ISBN  978-0-12-718280-3.
  3. ^ a b Altenbax, Aleksandr; Bernxard, Joan M.; Seckbach, Jozef (2011 yil 20 oktyabr). Anoksiya: Eukaryotning omon qolish va paleontologik strategiyalari uchun dalillar. Springer Science & Business Media. ISBN  978-94-007-1896-8.
  4. ^ Glud, Ronni (2008). "Dengiz cho'kmalarining kislorodli dinamikasi" (PDF). Dengiz biologiyasi tadqiqotlari. 4 (4): 243–289. doi:10.1080/17451000801888726.
  5. ^ Burdige, Devid (2006). Dengiz cho'kindilarining geokimyosi. Prinston universiteti matbuoti. ISBN  978-0-691-09506-6.
  6. ^ Postma, Dieke; Yakobsen, Rasmus (1996 yil 1 sentyabr). "Redoks zonalanishi: Fe (III) / SO4-qaytarilish interfeysidagi muvozanat cheklovlari". Geochimica va Cosmochimica Acta. 60 (17): 3169–3175. Bibcode:1996GeCoA..60.3169P. doi:10.1016/0016-7037(96)00156-1.
  7. ^ Budro, Bernard (2001). Bentik chegarasi qatlami: transport jarayonlari va biogeokimyo. Oksford universiteti matbuoti. ISBN  978-0-19-511881-0.
  8. ^ Libes, Syuzan (2009). Dengiz biogeokimyosiga kirish. Akademik matbuot. ISBN  978-0-12-088530-5.
  9. ^ Tomas, Helmut; Bozec, Yann; Elkalay, Xolid; Baar, Hein J. W. de (2004 yil 14-may). "Shaffof dengizni haydashda CO2 ning ochiq okean zahirasini yaxshilash" (PDF). Ilm-fan. 304 (5673): 1005–1008. Bibcode:2004 yil ... 304.1005T. doi:10.1126 / science.1095491. ISSN  0036-8075. PMID  15143279.
  10. ^ De La Rocha, C. L. (2006). "Biologik nasos". Gollandiyada Geynrix D.; Turekian, Karl K. (tahr.). Geokimyo to'g'risida risola. Geokimyo to'g'risida risola. 6. Pergamon Press. p. 625. Bibcode:2003 yil TrGeo ... 6 ... 83D. doi:10.1016 / B0-08-043751-6 / 06107-7. ISBN  978-0-08-043751-4.
  11. ^ Feely, Richard A.; Sabine, Kristofer L.; Shlittser, Reyner; Bullister, Jon L.; Mecking, Sabine; Grizli, Dana (2004 yil 1-fevral). "Tinch okeanining yuqori suv ustunida kisloroddan foydalanish va organik uglerodni qayta tiklash". Okeanografiya jurnali. 60 (1): 45–52. doi:10.1023 / B: JOCE.0000038317.01279.aa. ISSN  0916-8370.
  12. ^ Karl, Devid M.; Knauer, Jorj A.; Martin, Jon H. (1988 yil 1 mart). "Okeandagi zarrachali organik moddalarning pastga qarab oqimi: zarralarning parchalanishi paradoksi". Tabiat. 332 (6163): 438–441. Bibcode:1988 yil, natur.332..438K. doi:10.1038 / 332438a0. ISSN  0028-0836.
  13. ^ Lefev, D.; Denis M.; Lambert, C. E.; Mikel, J. -C. (1996 yil 1-fevral). "DOC okean suvi ustunidagi organik moddalarni remineralizatsiya qilishning asosiy manbasimi?". Dengiz tizimlari jurnali. Sohil okeani global o'zgarish istiqbolida. 7 (2–4): 281–291. Bibcode:1996JMS ..... 7..281L. doi:10.1016/0924-7963(95)00003-8.
  14. ^ Shulze, Ernst-Detlef; Mooney, Garold A. (2012 yil 6-dekabr). Bioxilma-xillik va ekotizim funktsiyasi. Springer Science & Business Media. ISBN  978-3-642-58001-7.
  15. ^ "Dengiz mikroblarini xalqaro ro'yxatga olish (ICoMM)". www.coml.org. Dengiz hayotini ro'yxatga olish. Arxivlandi asl nusxasi 2016 yil 17 martda. Olingan 29 fevral 2016.
  16. ^ "Mikrob hajmi - cheksiz ochiq darslik". Cheksiz. Olingan 29 fevral 2016.