Redfield ratio

Redfield ratio of Redfield stoichiometrie is de atoomverhouding van koolstof, stikstof en fosfor in fytoplankton en in de diepe oceanen. Deze empirisch ontwikkelde stoichiometrische verhouding blijkt C: N: P = 106: 16: 1. Deze term is vernoemd naar de Amerikaanse oceanograaf Alfred C. Redfield, die voor het eerst beschreef deze verhouding in een artikel geschreven in 1934. Als Harvard fysioloog, Redfield deelgenomen aan verschillende reizen aan boord van het onderzoeksschip Atlantis. Alfred Redfield geanalyseerd duizenden monsters van mariene biomassa in alle regio's van de oceaan. Uit dit onderzoek vond hij dat wereldwijd de elementaire samenstelling van de mariene organische stof was opmerkelijk constant in alle van de regio's. De stoichiometrische verhoudingen van koolstof, stikstof, fosfor blijven relatief consistente van zowel de kustgebieden aan zee regio's te openen.

Geschiedenis

Voor zijn 1934 papier, Alfred Redfield geanalyseerd nitraat en fosfaat gegevens voor de Atlantische, Indische, Stille Oceaan en de Barentsz Zee, met inbegrip van gegevens die zijn gepubliceerd door andere onderzoekers. Bovendien, Redfield gegevens geanalyseerd voor C, N en P-gehalte in mariene plankton, waaronder gegevens door andere onderzoekers verzamelde al 1898.

Redfield analyse van de empirische gegevens leidde hem tot een verrassende ontdekking: tussen en binnen de drie oceanen en Barentszee zeewater had de N: P-atoomverhouding dichtbij 20: 1, en was vergelijkbaar met de gemiddelde N: P in plankton. Redfield leek diep verbaasd dat "de definitieve correlatie bestaat tussen de hoeveelheid nitraat en fosfaat die zich in een monster" te zijn en dacht dat "is het relevant om te onderzoeken hoe deze verhoudingen overeenstemmen met die daadwerkelijk gevonden in verschillende leden van het plankton gemeenschap."

Redfield voorzag dat "verhouding tussen de concentratie van de verschillende organische derivaten in zeewater en de chemische samenstelling van plankton een waardevol hulpmiddel bij de analyse van vele oceanografische problemen zouden verschaffen."

Het begrijpen dat het probleem is verwant aan de klassieke de kip of het ei causaliteit dilemma, Redfield voorgesteld twee elkaar niet-exclusieve mechanismen:

I) de N: P in plankton neigt de N: P samenstelling van zeewater. Specifiek fytoplanktonsoorten met verschillende N en P eisen concurreren en, als resultaat, elkaar in evenwicht zodat "de verhouding van de elementen in het plankton als geheel zou kunnen komen met de verhouding van de nutriënten in zeewater tijdens nogal nauw" .

II) De N: P in zeewater "moet de neiging om die karakteristiek zijn voor protoplasma benaderen in het algemeen". Bovendien Redfield voorgestelde thermostaat zoals scenario waarin de activiteiten van stikstof fixeermiddelen en denitrifies houden het nitraat fosfaat verhouding in het zeewater nabij de eisen in het protoplasma. Gezien het feit dat op het moment weinig bekend was over de samenstelling van de "protoplasma" Redfield niet proberen uit te leggen waarom de N: P-verhouding ongeveer 16 moeten zijn: 1.

In 1958, bijna een kwart eeuw na de eerste ontdekking van de verhoudingen, Redfield boog zich naar de laatste mechanisme voorstelt in zijn baanbrekende manuscript het idee van "de biologische bestrijding van chemische factoren" in de oceaan. Redfield voorgesteld dat de verhouding van stikstof tot fosfor in plankton resulteerde in de oceanen een opmerkelijk vergelijkbare verhouding opgelost nitraat fosfaat. Hij nagedacht over hoe de cycli van niet alleen N en P, maar ook C en O kan interageren te resulteren in deze wedstrijd.

Toepassingen

Het onderzoek dat resulteerde in deze ratio is uitgegroeid tot een fundamenteel kenmerk in het begrijpen van de biogeochemische cycli van de oceanen, en een van de belangrijkste principes van biogeochemie. De Redfield ratio is instrumenteel in het schatten van koolstof en nutriënten in de wereldwijde circulatie modellen. Ze helpen ook bij het bepalen welke voedingsstoffen worden beperkt in een gelokaliseerd systeem, als er een beperkend nutriënt. De verhouding kan ook worden gebruikt om de vorming van fytoplanktonbloeien vervolgens hypoxie door vergelijking van de verhouding tussen de verschillende regio begrijpen zoals een vergelijking van de Redfield verhouding van de Mississippi de verhouding van de noordelijke Golf van Mexico.

Uitleg

Redfield ontdekte de opmerkelijke congruentie tussen de chemie van de diepe oceaan en de chemie van levende organismen zoals fytoplankton in het oppervlak oceaan. Beide hebben N: P verhouding van ongeveer 16: 1 in termen van atomen. Wanneer nutriënten niet beperkend, de molaire elementaire verhouding C: N: P in de meeste fytoplankton 106: 16: 1. Redfield dacht dat het niet louter toeval dat de grote oceanen een chemie perfect geschikt voor de eisen van levende organismen zou hebben.

In de oceaan een groot deel van de biomassa blijkt stikstofrijke plankton zijn. Veel van deze plankton worden verbruikt door andere planktonbiomassa die dezelfde chemische samenstellingen hebben. Dit resulteert in een vergelijkbare stikstof fosfor verhouding gemiddeld voor alle plankton hele wereld oceaan, empirisch gevonden ongeveer 16 wordt gemiddeld: 1. Wanneer deze organismen zinken in de oceaan interieur worden de energierijke lichamen verteerd door bacteriën die in aërobe omstandigheden oxideren organische stof opgeloste anorganische voedingsstoffen, voornamelijk kooldioxide, nitraat en fosfaat vormen.

Dat de nitraat fosfaat verhouding in het inwendige van alle grote oceaanbekkens is zeer soortgelijk is mogelijk vanwege de verblijftijden van deze elementen in de oceaan opzichte van de oceanen circulatietijd, ongeveer 2000 jaar en 100 000 jaar, respectievelijk. Dat de verblijftijden van deze elementen groter zijn dan de mengtijden met een orde van grootte kan resulteren in een verhouding van nitraat fosfaat in de oceaan inwendige resterende vrij constant.

Hoewel dergelijke argumenten mogelijk kan verklaren waarom de verhoudingen zijn vrij constant, ze niet op de vraag waarom de N: P-verhouding is bijna 16 en niet een ander nummer.

Afwijkingen van de canonieke Redfield Ratio

De Redfield ratio werd oorspronkelijk empirisch afgeleid uit metingen van de elementaire samenstelling van plankton naast de nitraat- en fosfaatgehalte van zeewater vanuit een aantal stations in de Atlantische Oceaan. Dit werd later ondersteund door honderden onafhankelijke metingen. Echter, kijkend naar de samenstelling van individuele soorten fytoplankton onder stikstof of fosfor limitatie gegroeid blijkt dat stikstof fosfor verhouding overal kan variëren van 6: 1 tot 60: 1. Hoewel het begrijpen van dit probleem, Redfield niet getracht verklaren behalve merken dat de N: P-verhouding van anorganische nutriënten in de oceaan interieur was gemiddeld met kleinschalige variabiliteit te verwachten.

N: Hoewel de Redfield ratio opmerkelijk stabiel in de diepe oceaan, kan fytoplankton grote variaties in de C hebben P samenstelling en hun levensstrategie spelen een rol bij de C: N: P-verhouding, waarbij sommige onderzoekers heeft speculeren dat de Redfield ratio misschien is een algemeen gemiddelde in plaats van specifieke eis voor fytoplankton groei. Echter, de Redfield ratio onlangs gevonden te hangen met een homeostatische eiwitten naar rRNA verhouding basis aanwezig in zowel prokaryoten als eukaryoten. Voorts is de Redfield ratio aangetoond variëren op verschillende schaalniveaus en gemiddeld iets hoger dan oorspronkelijke raming Redfields.

Ondanks berichten dat de elementaire samenstelling van organismen zoals mariene fytoplankton in een oceanisch gebied niet aan de canonieke Redfield ratio, het fundamentele concept van deze verhouding blijft geldig en bruikbaar blijft.

Uitgebreide Redfield ratio

Sommigen vinden dat er andere elementen, zoals kalium, zwavel, zink, koper en ijzer zijn ook belangrijk in het oceaanchemie. In het bijzonder werd ijzer van groot belang geacht zo vroeg biologische oceanografen hypothese dat ijzer ook een beperkende factor voor de primaire productie in de oceaan kunnen zijn. Dienovereenkomstig is een uitgebreide Redfield ratio is ontwikkeld om dit als onderdeel van deze balans. Deze nieuwe stoichiometrische verhouding staat dat de verhouding 106 C moet zijn: 16 N: 1 P: ,1-,001 Fe. De variatie in ijzer is het resultaat van "... ijzercontaminatie op schepen en in laboratoria is groot en moeilijk te controleren. Niemand is in staat om dit bijna onoverkomelijke combinatie van moeilijkheden te verslaan geweest. "). Hierdoor verontreinigingen die resulteerde in vroege aanwijzingen dat ijzerconcentraties hoog waren en geen beperkende factor in mariene primaire productie.

Redfield Ratio in diatomeeën

Diatomeeën nodig, onder andere voedingsstoffen, kiezelzuur om biogene silica voor hun frustules creëren. Door deze de Redfield-Brzezinski nutriëntenverhouding voorgesteld voor diatomeeën en vermeld dat C: Si: N: P = 106: 15: 16: 1.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha