유기물 (OM)은 전 세계 탄소 사이클과 관련된 주요 요인 중 하나이며 탄소 격리 메커니즘으로 알려져 있습니다. 그 중요성에도 불구하고 해안 환경에서 OM의 출처, 역할 및 중요성에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 몇몇 연구에 따르면 지상파 OM은 주로 멕시코만의 해안 선반에 퇴적되며 대륙 선반에 거의 퇴적되지 않습니다. 그러나 이러한 연구와 현저히 대비되는 몇몇 다른 연구는 해외 퇴적물에 퇴적 된 상당수의 OM이 지상적 기원임을 나타냅니다.
이 논문은 주로 멕시코 북서부의 미구엘 곤니 교수가 발표 한 연구에 중점을 둡니다. 이 연구는 두 주장 중 후자와 함께 측면에서, 가장 중요한 그룹이 사용 된 그룹이 OM의 출처를 추정하는 데 충분하지 않음을 시사한다. 그들은 선반 및 경사 퇴적물의 OM 공급원을 결정하기 위해 DC 비율, 방사성 탄소 분석 및 리그닌 페놀의 풍부함을 포함한 몇 가지 기술을 구현했습니다.
.해안에서 지상 OM의 기여에 대한 논쟁을 해결해야 할 필요성은 매우 중요합니다. 해안 퇴적물에서 OM의 이전 추정치는 주로 C4 OM의 걸프에 대한 속성을 고려하지 않고 해양 공급원 (Chikaraishi et al., 2005)에 기인합니다. 이 공제는 과거의 1 차 생산성의 추정치를 왜곡하고 해안 퇴적물에서 OM에 대한자가 토노 토스 및 동종 기여의 재평가를 요구할 것이다. 글로벌 탄소 사이클에서 해안 유기 탄소의 중요성으로 인해 이것은 묘사되어야하는 중요한 매개 변수입니다.
지역 특성에 대한 설명
멕시코 북서부는 초점을 맞출 주요 연구 장소입니다.
이 지역의 담수의 주요 원천은 미시시피 강으로, 멕시코만에 총 담수 투입량의 70-90%를 차지합니다. 미시시피 강은 3.3 x 10km의 면적을 세워 져 있으며 미국 대륙의 약 40%에 해당 하며이 지역의 가장 큰 퇴적물 인 멕시코만에 연간 약 210 x 10 톤의 퇴적물을 제공합니다. 걸프에 퇴적 된 퇴적물은 잘 발달 된 델타가 근해를 형성하며 재현 탁 및 탁도 전류로 인해 해외로 운반됩니다. 멕시만만 대륙 선반의 해양 1 차 생산성은 100g c/m/yr를 초과하지만, 물의 탁도와 퇴적물의 혼란으로 인해 해안 근처에서 다소 제한적입니다.
미시시피 강은 대부분 북아메리카 초원을 배출합니다. 이 초원들은 주로 C4 잔디와 C3 우디 식물로 구성되어 있습니다. C3 Woody 식물은 더 많은 북부 지역에서 우세한 반면 C4 잔디는 대부분 남쪽에 위치합니다. 북부 위도에있는 C3 식물과 남부 위도의 C4 잔디의 우위는 각 광합성 경로에서 발생하는 화학적 과정 때문입니다. C4 식물은 온도가 10 ° C 이상인 경우 C3 식물이 더 단단하고 온도를 10 ° C 미만으로 견딜 수 있습니다. 대부분의 나무, 대부분의 관목, 허브, 세지 및 추운 날씨 잔디는 C3 통로를 사용하여 광합성의 대부분을 포함하여 지상 식물을 포함합니다.
C4 경로는 C3 경로만큼 널리 퍼져 있지 않지만, 따뜻한 날씨 잔디와 같은 북아메리카 초원에 풍부한 주요 식물과 설탕 지팡이 및 옥수수와 같은 작물 이이 통로를 사용합니다.
.위치
Goni et al. (1998)은 멕시코만 해안에 수직 인 2 개의 트랜스 펙트를 따라 퇴적물을 수집했다. 이 트랜스 펙트는 대륙 선반을 가로 질러 심연 평원으로 자르고 미시시피 강의 주요 분포 인 Southwest Pass를 따라 달리기 NW-SE를 트랜스 펙트로 트랜스 펙트 B는 Atchafalaya 강 유도와 평행하게 N-S를 실행합니다. 퇴적 속도는 PB 재고를 사용하여 발견되었으며, 그 속도는 수심과 반비례하는 것으로 판단되었다. 퇴적 속도는 107m 스테이션에서 0.8cm/yr (Transect A를 위해 수집 된 해안 샘플)에서 1470m 스테이션 (Transect A에 대해 수집 된 가장 먼 오프 해안 샘플)에서 0.8cm/yr에서 다양 하였다. Lin, (1990)는이 지역에 위치한 퇴적물이 주로 점토 (50-75%)이며 미사는 25-45%를 차지하고 미세한 모래는 1-10%에 기여한다는 것을 발견했습니다.
C3 및 C4 광합성 경로의 설명
가장 흔한 광합성 경로는 C3 통로, 대부분의 나무, 대부분의 관목, 허브, 추운 날씨 풀 및 지구의 Sedge의 특징입니다. C3 경로 또는 캘빈 사이클은 초기 Co 2 의 광합성을 포함합니다. 3- 탄소산 인 포스 포 글리 에스크 산 형성. 이에 비해 해치 슬랙 사이클이라고도하는 C4 경로는 Co 2 를 결합합니다. 포스 포에놀 피루 베이트와 광합성에서 4- 탄소 산을 생성합니다. C4 식물의 대다수는 따뜻한 날씨 잔디로 구성됩니다. 이 두 가지 다른 경로는 매우 뚜렷한 DC 시그니처를 가지고 있습니다. C3 식물은 -23에서 -35 ‰ 범위의 DC 시그니처를 갖고 평균 -26 ‰, C4 플랜트는 C에서 더 풍부하여 약 -10에서 -14 ‰의 DC 시그니처가 있으며 평균은 약 -13 ‰입니다.
.미시시피 강 유역은 C4와 C3 식물 모두로 구성되며, 각 식물은 강에 시작된 총 OM의 많은 부분을 나타냅니다. 이 Woody 식물과 잔디의 조합은 -17 ~ -23 ‰의 벌크 DC 시그니처를 제공 할 수 있으며, 해양 파생 OM은 DC 시그니처가 -18 ~ -22 ‰를 제공합니다. 여기에는 해안 표면 퇴적물에 대한 지상 OM의 기여를 정량화하려는 딜레마가 있습니다. 미시시피 델타를 포함하는 C4 및 C3 식물의 혼합물로 인해 미시시피가 멕시코만에 퇴적하는 지상 퇴적물은 해양 OM과 유사한 DC 값을 가지고 있습니다.
C4 및 C3 식물을 나타내는 DC 사용
대기에서, 탄소는 자연적으로 C 및 C로 발생하며 C는 대기의 대다수의 탄소를 구성하지만 C는 작은 비율로 존재합니다. 비록 C는 식물 광으로 합성 될 때 C, C의 비율이 C, C3 및 C4 식물보다 훨씬 더 많은 C의 비율이 다른 크기 에서이 C 원자를 구별하게한다. 따라서 측정 기술 DC는 표준에 대한 C 대 C의 비율을 측정하고, 얻은 값에 따라 OM이 C3 또는 C4 플랜트에서 왔는지 여부를 결정할 수 있습니다.
.Gearing et al., (1977)와 같은 이전의 연구는 토지 파생 OM이 멕시코만 해안의 표면 퇴적물에서 대량 OM에 실질적으로 기여하지 않았다고 결정했다. 이 연구에서 Gearing et al. (1977)은 두 개의 종말 구성원을 DC 값과 비교함으로써 근시안을 가졌다. 그들은 미시시피 델타에서 나온 지상 OM이 C3 기원이라고 추정했으며, 따라서 C3 플랜트의 DC 값을 전형적인 해양 공급원의 DC 값과 비교했습니다. 미시시피 강 델타가 구성된 C4 초원의 많은 부분을 감안할 때,이 단순화는 걸프에 대한 지상 OM 기여에 대한 상당한 감독을 일으킬 수있었습니다.
Goni et al. (1998)은 분석 된 모든 퇴적물에 대한 DC 값이 -21.7 ~ -19.7 ‰의 좁은 범위로 떨어 졌다는 것을 발견했다. Transect A의 수심이 증가함에 따라 더 풍부한 DC 값에 대한 최소한의 경향이 있었지만 Transect B에 대한 DC 값에는 경향이없는 것으로 보입니다.
Goni et al (1998)이 발견 한 DC 값의 좁은 범위는 해양 OM의 DC 값과 C3 및 C4 플랜트로 구성된 OM의 DC 값과 일치합니다. 따라서 DC만으로는 OM을 지상 (C3 또는 C4) 또는 해양 유래로 특성화하기에 충분하지 않습니다.
Terrigenous OM에서 바이오 마커로서 리그닌
겹치는 DC 값의 딜레마를 복잡하게하는, 상당한 양의 지상파 및 해양 유래 OM은 미생물 분해를받을 수 있습니다. 미생물 분해는 여러 분석 기술의 결과를 왜곡하므로 분해를 식별하고 고려해야합니다. 이 Goni et al. (1998)은 동위 원소 비율 모니터링-가스 크로마토 그래피-질량 분석법 (IRM-GC-MS)을 사용하여 퇴적물을 분석했습니다. 이 방법을 사용하여 그들은 지상 바이오 마커, 특히 리그닌 유래 CuO 산화 생성물을 분석 할 수있었습니다. 혈관 식물에 고유 한 분자 인 리그닌은 퇴적물에서 terrigenous om을 추적하는 데 사용될 수 있습니다. 이 방법을 통해 OM의 기원을 C3 또는 C4로 결정할 수 있습니다.
Goni et al. (1998)은 해안 퇴적물 샘플에서 리그닌 페놀 및 지상 OM의 공급원을 특성화하기위한 몇 가지 매개 변수를 구현했다. 리그닌 페놀은 화합물 (바닐릴, 주사기, p- 하이드 록시 및 시나밀)의 패밀리로 분류되므로 특정 유형의 식물은 그들 자신에 고유 한 리그닌 페놀을 갖는다. 모든 혈관 식물에는 바닐 릴 페놀이 있지만, 혈관 영역에는 주사기 페놀이 있고 체육관은 스키릴 페놀이 부족합니다. 이 제약을 사용하여 Goni et al. (1998)은 주사기 대 바닐릴 페놀 (S/V)의 비율을 측정 한 다음, OM의 리그닌이 Angiosperm 또는 Gymnosperm 기원인지 여부를 결정하는 데 사용되었습니다. C3 식물 인 Angiosperm은 참나무 및 단풍 나무와 같은 나무 식물을 말합니다. C3 공장 인 Gymnosperm은 침엽수와 같은 소프트 우드 식물을 말합니다. S/V 비율 외에도 Goni et al. (1998)은 해안 퇴적물에서 시나밀 대 바닐릴 페놀 (C/V)의 비율을 측정했습니다. 시나밀은 주로 잔디 및 나무 잎과 같은 비 우드 조직에서 발견되는 리그닌의 한 유형이라는 점을 감안할 때,이 비율은 우디 대 비 우드 식물의 비율을 결정하는 데 도움이됩니다.
Goni et al. (1998)은 멕시코만에서 촬영 한 모든 샘플이 S/V 비율 ≥1 및 c/v 비율 ≥0.3을 가짐을 발견했습니다. Transect A에서, S/V 비율은 얕은 스테이션에서 1.3에서 1470m 스테이션에서 2.4로 증가하는 경향이 있습니다. Transect B의 S/V 비율은 지난 2250m 스테이션에서 약간 감소 했음에도 불구하고 동일한 일반 추세를 따릅니다. S/V의 이러한 긍정적 인 경향은 체조 식물에 대한 Angiosperm의 상대적 비율이 해외에서 거리에 따라 증가 함을 나타냅니다.
촬영 한 샘플에 대한 리그닌 분석 및 조성 매개 변수.
또한, 1 S/V 비율이 크면 OM의 대부분이 Angiosperm이 유도되고 체육관이 거의 없음을 나타냅니다. C/V 비율 추세는 Transect A 및 Transect B의 S/V 경향과 유사하며, 깊이가 증가함에 따라 Woody 식물에 대한 잔디의 비율이 일반적인 증가를 지정합니다. S/V 대 C/V의 비율을 플로팅 할 때 One은 퇴적물에서 OM의 공급원을 나타낼 수 있습니다.
멕시만만에서 Goni 팀이 수집 한 퇴적물에 대한 시나밀 :바닐릴 비율 대시 ringy :바닐릴 비율의 플롯. (g) 체육관 나무를 말합니다. (g) 체육관 바늘을 말합니다. (a) Angiosperm Woods를 말하고 (a) Angiosperm 잎과 잔디를 말합니다.
S/V 대 C/V 비율은 혈관 잎과 잔디가 걸프의 OM의 대부분을 포함한다는 것을 나타냅니다. 잔디는 잎보다 C/V 비율이 높은 경향이 있으므로 깊이가 증가함에 따라 더 높은 비율로 C/V 경향은 해안에서 멀리 떨어진 퇴적물에서 잔디가 더 우세함을 보여줍니다.
.위에서 언급 한 바와 같이, 미생물 분해는 OM에서 리그닌을 변경하고 S/V 및 C/V 비율을 기울이기 때문에 샘플링 된 OM의 공급원을 결정할 때 고려해야합니다. Goni는 바닐릴 및 주사리 모두에 대한 산 :알데히드 비율이 0.4 이상이고, [AD/Al] 비율이 0.4로, 리그닌이 미생물에 의해 고도로 분해된다는 것을 발견했다. 따라서, 팀이 멕시만만 샘플에서 찾은 [AD/AL] 비율이 높아지면,이 샘플의 리그닌이 실질적으로 저하되었음을 나타냅니다.
C/N 비율
Goni는 또한 샘플링 된 퇴적물에 대한 [C/N] 비율을 결정하기 위해 탄소 및 질소 분석을 수행했다. 결과 [C/N] 비율은 5 내지 8이며, 이는 해양 OM의 비율과 일치합니다. [C/N] 비율은 Terrigenous OM의 ≥20 비율의 전형적인 것은 아니지만, %OC에 대해 %OC에 대해 %TN을 플로팅 할 때 %OC가 0 일 때 양의 %TN 절편이 있습니다. 이것은 %OC가 0 일 때, %tn의 양이 무기이며 대부분 점토에서 유래 한 것으로 결론을 내린다. 무기 질소에서 총 질소를 빼서 샘플에 존재하는 유기 질소를 결정할 수 있습니다. 그들은 새로운 [c/n] 비율이 8에서 13 사이의 범위를 발견했습니다.
멕시만에서 Goni 팀이 수집 한 샘플의 %TN 대 %OC의 그래프.
새로운 [C/N] 비율은 전형적인 해양 OM보다 높고 Terrigenous OM보다 낮은 것으로 밝혀졌지만, 전 세계의 수많은 강과 토양에서 OM 샘플의 10-12 전형적인 비율 범위에 속합니다.
C 분석
Goni et al. (1998)은 각 샘플의 연령을 결정하기 위해 가속기 질량 분석기를 사용하여 수집 된 샘플에 대한 방사성 탄소 분석을 수행했다. 분석은 샘플에 대한 C 연령의 범위가 2580 ybp ~ 6770 ybp의 범위이며 A와 B를 따라 깊이로 증가했다는 결론을 내렸다. Lin의 연구에 따르면 (1990), 표면 퇴적물에서 해양 OM의 평균 연령은 해안 근처 샘플의 경우 3 ybp에서 400 YBP 범위가 해외 샘플의 400 YBP 범위를 발견했다.
이 젊은 시대는 Goni에 의해 결정된 나이와 크게 대조되며 해양 기반보다 OM의 대체 공급원을 나타냅니다. 두 가지 다른 연구에 대한 C 값의 큰 차이는 Goni에 의해 수집 된 샘플이 끔찍한 OM이었고 아마도 allochthonous 기원 일 가능성이 높다는 것을 나타냅니다. 이것은 멕시코만의 표면 퇴적물에서 OM의 상당 부분이 지상적 기원이라는 개념을 뒷받침하는 또 다른 증거입니다.
멕시코만에서 지상 OM의 실질적인 구성 요소로서C4
Gearing et al., (1977)를 포함한 여러 연구에 따르면 멕시코만 퇴적물에는 적은 양의 C3 기원이 소량의 C3 기원이 있었으며 지상 OM의 풍부함과 거리 해양 OM의 상승이 크게 감소했다고 결론 지었다. Goni는 이러한 연구가 오해의 소지가있는 것처럼 보이고 C4 지상 OM의 중요성을 과소 평가했다고 결론 지었다. Goni는 여러 줄의 증거로 인해 멕시코만의 해외 퇴적물에 상당한 C4 기원이 있다고 판단했습니다. 리그닌 페놀의 동위 원소 서명뿐만 아니라 높은 C/V 및 S/V 비율은 C4가 해안 퇴적물 근처뿐만 아니라 근해 퇴적물에서도 풍부하다고 지적합니다.
이 데이터와 함께, 미시시피 강에서 강화 된 DC 퇴적물 값은 멕시코만의 지상 OM의 대부분이 C4 출처에서 파생된다는 것을 나타냅니다. 멕시코만 에서이 우세한 C4 지상의 OM 공급원은 미시시피 강이 배수 된 북미 초원에서 나왔을 것입니다. 이것은 배수 유역에서 유일하게 우세한 C4 통로 공장입니다.
C3 및 C4 식물의 분포 및 OM
지금까지 C3 및 C4 식물이 멕시코만 퇴적물에 대한 상당한 지상의 OM 공급원이라는 충분한 증거가있었습니다. 미시시피 강 배수 유역에서 C3 및 C4 식물의 분포와 해안 퇴적물에서 각각의 OM은 패턴 화되고 예측 가능합니다. C3 경로의 광합성 장점으로 인해,이 식물들은 추운 기후에서 지배적이어서 배수 유역의 북쪽 지역으로 풍부하게 증가하는 경향이있다. 반대로, C4 식물은 따뜻한 기후 지역을 지배하는 경향이 있으므로 주로 배수구의 남부 지역에서 발견됩니다.
Goni et al. (1998)에 의해 발견 된 미시시피 강 유역에 존재하는 C3 식물의 주요 유형은 angiosperm 클래스 (예 :오크, 메이플 및 너도밤 나무)에 있었다. 그들은 또한 멕시코만의 C4 OM이 주로 북아메리카 초원과 같은 따뜻한 날씨 풀에서 파생 된 것을 발견했습니다. 따라서 우리는 배수 유역의 북부 지역의 C3 Angiosperms에서 배수 유역의 남쪽 끝쪽으로 C4 잔디까지 경향이 있습니다.
.Goni et al. (1998)은 또한 C3 및 C4 OM의 분포가 입자 크기에 의해 우선적으로 정렬된다는 것을 발견했다. 유체 역학적 분류는 베이와 강어귀 근처에서 C3 OM의 우세를 유발하는 반면, C4 OM은 해상에 집중되어 있습니다. 초원 파생 OM, C4 경로 식물은 종종 미세한 곡물 사일과 점토에서 발견됩니다. 혈관 C3 식물 OM은 거칠고 밀도가 높은 입자를 갖는 경향이있다. 따라서 유체 역학적 과정으로 인해 C3 OM은 베이와 강어귀의 근해에 정착하며, 초원 OM은 미시시피 강에 훨씬 더 쉽게 시작되며 작은 크기와 밀도로 인해 멕시코만으로 훨씬 더 많이 운송됩니다. 이 발견은 OM의 유체 역학적 분류의 가설에 기여하는 수많은 다른 연구와 일치합니다.
지상 OM의 넓은 중요성
해안 환경에서 지상 OM의 복잡성을 이해하면 해안 탄소주기에 대한 지식을 더욱 발전시킬뿐만 아니라 과거 기후에 대한 단서를 제공 할 수 있습니다. Cerling et al. (1993)은 C4 및 C3 바이오 마커를 사용하여 과거 환경의 그림을 제공했습니다.
DC 값에 대한 연령 (MYR). 사각형은 파키스탄의 포유 동물 치아 에나멜에서 가져온 데이터를 나타내며 서클은 북미의 말 치아 에나멜을 나타냅니다.
이것은 파키스탄과 북미의 초식 동물의 치아 에나멜 화석을 연구함으로써 수행되었으며, 이는 초식 동물이 C3 또는 C4 경로 식물이든, 초식 동물이 먹는 식물의 서명을 기록합니다. 대략 7 ~ 5 ma 전 세계 C4 바이오 매스에서 급증했습니다 (그림 5). 7 MA 치아 에나멜 이전에는 1 차 초목 공급원이 C3 식물임을 나타 냈으며, 7 ~ 5 MA 이후에는 치아 에나멜에서 C4 시그니처가 점프되었다. C4 풍부도의 이러한 변화는 전 세계적으로 발견되었으며, 이는 글로벌 변수가 변경되었음을 나타냅니다. C4 광합성 경로는 더 낮은 수준의 Co 2 에 더 적응하기 때문에 , C4 식물의 이러한 증가는 Co
이 기간 동안 해양의 탄소 동위 원소 조성은 또한 Co
OM은 글로벌 탄소주기에서 중요한 역할을합니다. 해안 해역에서 지상 OM에 대한 이해는 전체 탄소 순환뿐만 아니라 탄소 격리의 원천으로서의 중요성을 나타낼 수 있습니다. Co
결론
많은 연구가 멕시코만의 해안 환경과 해안 탄소 사이클에서 과소 평가 된 지상 OM에서 끔찍한 OM의 부족을 예측했지만, Goni et al., (1998), Goni et al., (1998), 멕시코만의 복잡한 부분뿐만 아니라이 주장에 대해 논쟁의 여지가있는 충분한 증거를 발견했습니다.
.대체 가설을 뒷받침하는 모든 연구와 마찬가지로, 많은 질문이 해결되지 않고 추가 조사가 필요합니다. 멕시코만과 다른 곳에서는 C3을 해양 OM과 C3과 C4 OM을 비교하는 상당한 양의 데이터가 있습니다. 이러한 연구가 해안 환경에서 OM에 대한 전반적인 지식에 크게 기여했지만, 큰 그림을 완전히 이해하기 위해 Marine, C3 및 C4 OM을 비교하는 포괄적 인 연구가 필요하다고 생각합니다. 세 가지 유형의 OM을 분석함으로써 멕시코만에서 OM의 출처와 분포에 대한 전반적인 이해는이 OM이 수행하는 역할과 중요성에 대한 열쇠를 잠금 해제 할 것입니다.
이 외에도, 또 다른 질문은 해안 환경에서 C4 OM에 대한 동일한 과소 평가가 전 세계의 초원에서 복제되었는지 여부입니다. 아프리카의 대부분은 아르헨티나의 팜파와 유럽의 대초원뿐만 아니라 초원에서도 덮여 있습니다. 이 지역의 해안 지역에서 C3, C4 및 Marine OM을 비교함으로써, 특정 특성에 대한 광범위한 이해를 알 수있을뿐만 아니라 해안 환경과 전 세계 탄소주기에서 Terrigenous OM의 역할에 대한 과도의 가설을 제공 할 수 있습니다.
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