DOI: https://doi.org/10.5194/bg-23-345-2026
تاريخ النشر: 2026-01-13
المؤلف: Ruitong Wu وآخرون
الموضوع الرئيسي: النظم البيئية البحرية والساحلية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة دور العوالق الحيوانية في مضخة الكربون البيولوجية البحرية، مع التركيز بشكل خاص على تصدير كريات البراز في منطقة الميزوبلاجيك في جنوب بحر الصين الجنوبي. من خلال ملاحظات فخاخ الرواسب على مدى الزمن من أغسطس 2022 إلى مايو 2023، وجد الباحثون أن تدفقات كريات البراز للعوالق الحيوانية تظهر تباينات موسمية مميزة، مع متوسط تدفقات عددية وكربونية قدرها $7.39 \times 10^4$ كريات م$^{-2}$ يوم$^{-1}$ و $1.27$ ملغ كربون م$^{-2}$ يوم$^{-1}$، على التوالي. ومن الجدير بالذكر أن كريات البراز تساهم بين 10.0% و 42.6% (متوسط 21.6%) من تصدير الكربون العضوي الجسيمي، متجاوزة المستويات التي لوحظت في معظم المناطق القليلة المغذيات.
تكشف الدراسة عن وجود ارتباط قوي بين تدفقات كريات البراز في الميزوبلاجيك والعمليات الديناميكية في المحيط العلوي، مثل الخلط الشتوي، والأعاصير الاستوائية، والدوامات المتوسطة. وُجد أن إعصارين استوائيين يعززان تصدير كربون كريات البراز الإقليمي بأكثر من 10% من تدفق الكربون السنوي. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك ذروة كبيرة في تدفق كريات البراز في مارس 2023، حيث شكلت أكثر من 60% من إجمالي التدفق، ومن المحتمل أن تكون متأثرة بالخلط الشتوي، ونشاط الدوامات الباردة، وزهور العوالق الحيوانية في الربيع. تؤكد هذه النتائج على أهمية الديناميات في المحيط العلوي في تنظيم تصدير كربون كريات البراز في منطقة الميزوبلاجيك.
مقدمة
تؤكد مقدمة الورقة على الدور الحاسم للمحيط في احتجاز الكربون، مشددة على قدرته على امتصاص حوالي 2.9 ± 0.4 غيغاطن من الكربون سنويًا، بشكل أساسي من خلال مضخة الكربون البيولوجية (BCP). تتضمن هذه العملية تحويل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في المحيط السطحي إلى كربون عضوي جسيمي (POC) عبر عملية التمثيل الضوئي للعوالق النباتية، مع النقل اللاحق إلى المحيط العميق الذي تسهله آليات مختلفة، بما في ذلك النقل الجاذبي ونشاط العوالق الحيوانية. تُعتبر كريات البراز التي تنتجها العوالق الحيوانية مساهمين مهمين في POC، مما يعزز كفاءة تصدير الكربون من خلال تقليل التحلل الميكروبي أثناء الغوص.
سمحت التطورات المنهجية الأخيرة بإجراء تحقيقات مفصلة في ديناميات كريات البراز، كاشفة عن آليتين تنظيميتين رئيسيتين: التحكم من الأسفل إلى الأعلى من خلال إنتاجية السطح وبنية مجتمع العوالق الحيوانية، وعمليات تحويل الجسيمات أثناء الترسيب. تشير الورقة إلى تأثير الأحداث العرضية، مثل زهور العوالق النباتية والأعاصير، على تصدير كريات البراز، لا سيما في بحر الصين الجنوبي (SCS)، حيث تتشكل الديناميات الإقليمية بواسطة نظام الرياح الموسمية في شرق آسيا. تهدف الدراسة إلى معالجة الفجوات في فهم كيفية تأثير العمليات العابرة على تدفقات كريات البراز في الميزوبلاجيك ودور الرياح الموسمية في تنظيم تصدير الكربون، باستخدام بيانات فخاخ الرواسب عالية الدقة من جنوب SCS القليل المغذيات.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم نشر فخاخ الرواسب في جنوب بحر الصين الجنوبي (SCS) لتحليل تدفقات كريات البراز للعوالق الحيوانية وعلاقتها بالعوامل البيئية من أغسطس 2022 إلى مايو 2023. جمع الفخ العلوي عينات على فترات 22 يومًا، بينما تعطل الفخ السفلي، مما حد من التحليل بشكل أساسي إلى بيانات الفخ العلوي. تم تصنيف كريات البراز حسب الحجم، وتم تحديد تدفقاتها، مما كشف عن تباين موسمي كبير. ومن الجدير بالذكر أن تدفقات كريات البراز العددية (FPN) والكربونية (FPC) بلغت ذروتها خلال أشهر الشتاء، مما يتوافق مع زيادة الإنتاجية الأولية المدفوعة بخلط الرياح الموسمية الشتوية، بينما حدثت القيم الدنيا في أواخر الصيف بسبب التمايز وتقليل إمدادات المغذيات.
حدد التحليل ثلاثة محركات رئيسية تؤثر على تصدير كريات البراز: خلط الرياح الموسمية الشتوية، والأعاصير الاستوائية، والدوامات المتوسطة. سهلت الرياح الموسمية الشتوية تجديد المغذيات وزهور العوالق النباتية، مما أدى إلى زيادة إنتاج كريات البراز. وُجد أن الأعاصير الاستوائية، حتى عندما لا تؤثر مباشرة على موقع العينة، تعزز الإنتاجية الأولية المحلية وتدفقات كريات البراز من خلال تأثيرات غير مباشرة. بالإضافة إلى ذلك، كانت أنشطة الدوامات المتوسطة مرتبطة بذروة الربيع في تدفقات كريات البراز، مما يشير إلى أن هذه العمليات الديناميكية تلعب دورًا حاسمًا في ديناميات المغذيات وتصدير الكربون في أنظمة قليلة المغذيات مثل SCS. بشكل عام، تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين العوامل الفيزيائية والبيوجيوكيميائية في تنظيم ديناميات كريات البراز وتصدير الكربون في النظم البيئية البحرية.
DOI: https://doi.org/10.5194/bg-23-345-2026
Publication Date: 2026-01-13
Author(s): Ruitong Wu et al.
Primary Topic: Marine and coastal ecosystems
Overview
This study investigates the role of zooplankton in the marine biological carbon pump, specifically focusing on the export of fecal pellets in the mesopelagic zone of the southern South China Sea. Through time-series sediment trap observations from August 2022 to May 2023, the researchers found that zooplankton fecal pellet fluxes exhibit distinct seasonal variations, with average numerical and carbon fluxes of $7.39 \times 10^4$ pellets m$^{-2}$ d$^{-1}$ and $1.27$ mg C m$^{-2}$ d$^{-1}$, respectively. Notably, fecal pellets contribute between 10.0% and 42.6% (average 21.6%) of particulate organic carbon export, surpassing levels observed in most oligotrophic regions.
The study reveals a strong correlation between mesopelagic fecal pellet fluxes and upper-ocean dynamic processes, such as winter mixing, tropical cyclones, and mesoscale eddies. Two tropical cyclones were found to enhance regional fecal pellet carbon export by over 10% of the annual carbon flux. Additionally, a significant peak in fecal pellet flux in March 2023 accounted for more than 60% of the total flux, likely influenced by winter mixing, cold eddy activity, and spring zooplankton blooms. These findings underscore the importance of upper-ocean dynamics in regulating fecal pellet carbon export in the mesopelagic zone.
Introduction
The introduction of the paper emphasizes the ocean’s critical role in carbon sequestration, highlighting its capacity to absorb approximately 2.9 ± 0.4 gigatons of carbon annually, primarily through the biological carbon pump (BCP). This process involves the conversion of carbon dioxide (CO₂) in the surface ocean into particulate organic carbon (POC) via phytoplankton photosynthesis, with subsequent transport to the deep ocean facilitated by various mechanisms, including gravitational transport and zooplankton activity. Fecal pellets produced by zooplankton are identified as significant contributors to POC, enhancing carbon export efficiency by reducing microbial degradation during sinking.
Recent methodological advancements have allowed for detailed investigations into fecal pellet dynamics, revealing two primary regulatory mechanisms: bottom-up control through surface productivity and zooplankton community structure, and particle transformation processes during sedimentation. The paper notes the influence of episodic events, such as phytoplankton blooms and cyclones, on fecal pellet export, particularly in the South China Sea (SCS), where regional dynamics are shaped by the East Asian monsoon system. The study aims to address gaps in understanding how transient processes affect mesopelagic fecal pellet fluxes and the role of the monsoon in regulating carbon export, utilizing high-resolution sediment trap data from the oligotrophic southern SCS.
Discussion
In this study, sediment traps were deployed in the southern South China Sea (SCS) to analyze zooplankton fecal pellet fluxes and their relationship with environmental factors from August 2022 to May 2023. The upper trap collected samples over 22-day intervals, while the downward trap malfunctioned, limiting the analysis primarily to the upper trap’s data. Fecal pellets were categorized by size, and their fluxes were quantified, revealing significant seasonal variability. Notably, fecal pellet numerical (FPN) and carbon (FPC) fluxes peaked during winter months, correlating with enhanced primary productivity driven by winter monsoon mixing, while minimum values occurred in late summer due to stratification and reduced nutrient supply.
The analysis identified three key drivers influencing fecal pellet export: winter monsoon mixing, tropical cyclones, and mesoscale eddies. The winter monsoon facilitated nutrient replenishment and phytoplankton blooms, leading to increased fecal pellet production. Tropical cyclones, even when not directly impacting the sampling site, were found to enhance local primary production and fecal pellet fluxes through indirect effects. Additionally, mesoscale eddy activities were linked to the spring peak in fecal pellet fluxes, suggesting that these dynamic processes play a crucial role in nutrient dynamics and carbon export in oligotrophic systems like the SCS. Overall, the findings underscore the complex interplay of physical and biogeochemical factors in regulating fecal pellet dynamics and carbon export in marine ecosystems.