أكثر

10.3: دورة الرواسب - علوم الأرض


10.3: دورة الرواسب - علوم الأرض

تدوير فوسفور الرواسب في كتلة غنية بالمغذيات فيما يتعلق بتجمع وإطلاق الفوسفور للرواسب

تمت دراسة خليج مصب نهر شبه مغلق (خليج كوجيما) والبحيرة الاصطناعية داخله (بحيرة كوجيما) لفحص عمليات تخزين المغذيات وعمليات التصدير والخصائص. الهدف من هذه الدراسة هو إجراء تحليل التوازن الكتلي باستخدام بيانات المراقبة طويلة المدى وبيانات التراكم التاريخي للفوسفور (P) عبر قياسات 210 Pb للرواسب المتراكمة. ثم تتم مقارنة النتائج مع البيانات المستندة إلى تحليل تركيزات الفوسفور في العينات الأساسية لتحديد تدفقات المدخلات والمخرجات الغذائية في خليج شبه مغلق وبحيرة اصطناعية ، من أجل تقييم ما إذا كانت رواسب البحيرة مصدرًا أو حوضًا لـ P أثناء عملية النقل من النهر إلى الخليج. من عام 1980 إلى عام 2008 ، بلغ إجمالي تدفق الفوسفور في البحيرة 3520 طنًا. كانت نسبة احتباس الفوسفور في رواسب البحيرة المقدرة بالنموذج (383 طنًا) أقل من تلك التي تم الحصول عليها بضرب متوسط ​​تركيز الفوسفور الكلي في عينات الرواسب بمعدل تراكم الرواسب (1288 طنًا) ، مما قد يشير إلى أن إعادة التدوير من الرواسب المترسبة قبل عام 1980 ساهم في دورة P الأخيرة. الآثار المترتبة على هذه البيانات هي أن التخثث الشديد للبحيرة في السبعينيات أدى إلى ارتفاع مستويات الفوسفور بشكل كبير. كانت البحيرة الاصطناعية الداخلية تحتوي على كمية كبيرة من الفوسفور المحاصر ، وزاد إنتاج الدياتومات استجابة لإثراء الفوسفور في مياه البحيرة ، وهي علامة أولية على التخثث. انخفض التدفق السنوي النموذجي P في رواسب البحيرة من

15 جم 2 عام -1 (تدفق إلى الرواسب) في عام 1980 إلى قيم سلبية (تدفق من الرواسب) بحلول عام 2008. يشير الاتجاه المتناقص للمغذيات المتراكمة في رواسب البحيرة إلى أن البحيرة تتعافى ببطء من التخثث ، خاصة منذ التسعينيات.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


التغييرات في المجتمعات البكتيرية للعوالق والرواسب تحت السد شديد التنظيم في الجزء الأوسط من خزان الخوانق الثلاثة

تلعب المجتمعات البكتيرية دورًا مهمًا في الدورة البيوجيوكيميائية في النظم الإيكولوجية للخزانات. ومع ذلك ، فإن التغييرات الديناميكية في كل من مجتمعات بكتيريا العوالق والرواسب في خزان سد منظم للغاية لا تزال غير واضحة. حققت هذه الدراسة في أنماط التوزيع الزمني للمجتمعات البكتيرية في قسم انتقالي من خزان الخوانق الثلاثة (TGR) باستخدام تسلسل Illumina MiSeq. أشارت النتائج إلى أنه بالمقارنة مع بكتيريا العوالق ، ساهمت بكتيريا الرواسب بشكل أكبر في المجتمعات الميكروبية في الخزان ، حيث تمثل 97 ٪ من 7434 OTUs. مؤشر شانون للتنوع في الماء (3.22

5.68) بشكل عام أقل من تلك الموجودة في الرواسب (6.72

7.56). في فترة ارتفاع منسوب المياه (يناير ومارس) ، بروتيوباكتيريا, أكتينوباكتيريا, البكتيريا الزرقاء، و الحزم كانت الشعب الأكثر وفرة ، بينما في فترة انخفاض منسوب المياه (مايو ويوليو وسبتمبر) ، كانت الشعب السائدة هي بروتيوباكتيريا, أكتينوباكتيريا، و الجراثيم. سيطر على عينات الرواسب بروتيوباكتيريا, كلوروفليكسي، و الحمضية. أظهر تحليل الإحداثيات الرئيسي لمجتمعات العوالق الجرثومية حساسية أكبر للتغيرات الشهرية من تلك التي لدى المجتمعات البكتيرية للرواسب. اقترح تحليل الشبكة أنه بالمقارنة مع المجتمعات البكتيرية للعوالق ، كانت المجتمعات البكتيرية للرواسب أكثر تعقيدًا واستقرارًا. العلاقة الخطية بين CH4/ كو2 أبرزت النسبة ومستوى الماء والوفرة النسبية للميثانوتروف عملية أكسدة الميثان المحتملة في الجزء الأوسط من TGR. علاوة على ذلك ، تم الكشف عن التأثير المحتمل لتنظيم السدود على المجتمعات البكتيرية من خلال العلاقة المهمة بين الشعب الوفير وتدفق TGR.

النقاط الرئيسية

• أظهرت مجتمعات العوالق الجرثومية حساسية كبيرة للتغيرات الشهرية.

• تم الكشف عن عملية أكسدة الميثان المحتملة في هذا المجال التمثيلي.

• تدفق المياه الذي ينظمه السد له تأثيرات كبيرة على العوالق الجرثومية السائدة.


مصادر البيانات وطرقها

وصف SWAT-C

نموذج SWAT هو نموذج لجودة المياه مستمر ، قائم على أساس مادي ، على نطاق مستجمعات المياه. وقد تم استخدامه واختباره بنجاح لمحاكاة هيدرولوجيا مستجمعات المياه ، والمياه السطحية الأرضية وتبادل الحرارة ، ودورات المغذيات عبر البيئات الأرضية والمائية في مجموعة واسعة من مستجمعات المياه [44،45،46،47،48،49]. تم استخدام SWAT على نطاق واسع لمحاكاة كمية ونوعية مياه مستجمعات المياه التي تتأثر بممارسات استخدام الأراضي وتغير المناخ [50،51،52،53،54،55،56،57]. في الآونة الأخيرة ، تمت إضافة نموذج القرن [58] إلى نموذج SWAT-C [32،33،34] لتحسين تصوير ديناميكيات المواد العضوية في التربة (SOM) والمخلفات بما في ذلك إضافة ، وتحلل ، وتحويل ، وإزالة كل تجمع بقايا SOM موجود في طبقات التربة السطحية والجوفية [32]. تضمن مزيد من التطوير لنموذج SWAT-C وحدات DOC / POC جديدة لمحاكاة توليد DOC / POC وعمليات النقل في البيئات الأرضية [33 ، 35] ، ودورة DOC / POC في شبكات الأنهار [35 ، 36]. تم اختبار SWAT-C بنجاح في مستجمعات المياه في Cannonsville في أعالي نيويورك لمحاكاة تدفقات DOC [35] ، ومستجمعين صغيرين للمياه في خليج تشيسابيك لتدفقات POC [36]. بشكل عام ، تسمح وحدات DOC / POC الحالية في SWAT-C بتقدير إجمالي إنتاج DOC / POC للتربة ونقله إلى الجداول ، وإعادة إنتاج تدفقات DOC / POC عند مخرج مستجمعات المياه [35 ، 36]. يمكن الاطلاع على تطوير وتقييم النموذج التفصيلي في المطبوعات ذات الصلة [32 ، 33 ، 35 ، 36].

إضافة عمليات تحلل الرواسب وإعادة تعليق الرواسب C إلى نموذج SWAT-C

تمت إضافة وحدة تحلل الرواسب إلى SWAT-C لتصوير تدفقات C بين عمود مياه النهر وطبقة الرواسب. تعتمد تدفقات الرواسب C على نموذج تم تطويره بواسطة Di Toro [59] ويستخدمه QUAL2K [37 ، 41 ، 60]. هنا ، قمنا بتطوير عملية إعادة تعليق الرواسب C إلى جانب نموذج تحلل الرواسب. يوضح الشكل 1 مخططًا لنموذج تحلل الرواسب ووحدة إعادة تعليق الرواسب C إلى جانب وحدات DOC / POC في SWAT-C. في نموذج تحلل الرواسب المضافة حديثًا ، تنقسم الرواسب إلى طبقتين: سطح رفيع (1 مم) الطبقة الهوائية تحتها طبقة لاهوائية سفلية (10 سم) (الشكل 1). يتم تسليم عضوي C إلى الرواسب اللاهوائية عن طريق ترسيب الجسيمات العضوية (أي الطحالب العائمة و POC). يتم تصنيف C المستقر أيضًا إلى ثلاثة أجزاء تفاعلية: متغيرة (G1) ، بطيئة التفاعل (G2) وغير متفاعل (G3). تخضع كسور G1 و G2 من C العضوي المستقر لتفاعلات التمعدن. يتم تحويل C العضوي المعدني ، بعد الاستهلاك عن طريق نزع النتروجين ، إلى ميثان مذاب (CH4) في الرواسب اللاهوائية من خلال عملية تكوين الميثان. لأن الميثان غير قابل للذوبان نسبيًا ، يمكن تجاوز تشبعه ، و CH4 يمكن إنتاج الغاز (على شكل فقاعات) في الرواسب اللاهوائية (الشكل 1). المذاب CH4 ثم يتم نقلها إلى الطبقة الهوائية حيث يتم نقل بعض من CH4 يتأكسد في CO2 و CH الذائبة المتبقية4 إلى عمود الماء العلوي عن طريق الانتشار. أول أكسيد الكربون المولد2 الغاز (على شكل فقاعات) في الرواسب الهوائية والميثان4 يتم فقد الغاز (على شكل فقاعات) في الرواسب اللاهوائية من الرواسب عن طريق عمليات الفقاعات في عمود الماء العلوي. Labile (G1) ، بطيء التفاعل (G2) ، غير متفاعل (G3) C عضوي مستقر ومحلول CH4 تخضع لعمليات إعادة التعليق (الشكل 1). يتم دفن جزء من الكربون العضوي المستقر خارج نظام الرواسب. توازن الكتلة للعضوية C و CH4 في الرواسب موضح في الشكل 1.

عمليات محاكاة DOC و POC من البيئات الأرضية إلى البيئات المائية ضمن نموذج SWAT-C. تم تصوير عملية تحلل الرواسب المضافة حديثًا وعمليات إعادة تعليق C عند السطح البيني للمياه والرواسب

يتم كتابة توازن الكتلة لـ labile (G1) ، بطيء التفاعل (G2) ، و C العضوي غير المتفاعل (G3) في طبقة الرواسب اللاهوائية مع الأخذ في الاعتبار إعادة تعليق C كـ [37] ،

أين POCجي هو تركيز Gi (i = 1 ، 2 ، أو 3) C العضوي في طبقة الرواسب اللاهوائية (جم م −3) ، ح2 هي سماكة الطبقة اللاهوائية (= 0.1 م) ، د هي الخطوة الزمنية (اليوم) ، (J_) هو تدفق Gi العضوي C الذي يتم تسليمه إلى الطبقة اللاهوائية (جم م −2 يوم −1) ، (J_ <<>، Gi >> ) هو تدفق إعادة التعليق لـ Gi عضوي C (جم م −2 يوم −1) ، (J_ <<>، Gi >> ) هو تدفق التمعدن (g · m −2 يوم -1) ، و (J_ <<>، Gi >> ) هو تدفق الدفن لـ Gi عضوي C (جم م 2 يوم -1). يتم حساب C العضوي المعلق من طبقة الرواسب بواسطة [43] ،

أين ( rho_) هي كثافة الرواسب (Mg · m −3) ، و يSED_R هو تدفق الرواسب المعلق (g م day2 يوم ،1) ، والذي يتم حسابه باستخدام خوارزمية ترسيب الرواسب وإعادة التعليق في SWAT.

ألف CH4 يمكن بعد ذلك كتابة توازن الكتلة للطبقة الهوائية على النحو [37] ،

أين CH4 هو تركيز الميثان في الطبقة الهوائية (جم م -3) ، ح1 هي سماكة الطبقة الهوائية (= 0.001 م) ، (J_) هو تدفق CH المذاب4 التي يتم إنشاؤها في الطبقة اللاهوائية وتسليمها إلى الرواسب الهوائية (جم م −2 يوم −1) ، (J_) هو CH4 تدفق الانتشار إلى عمود الماء المغطي (جم م −2 يوم −1) ، (J_) هو CH4 تدفق إعادة التعليق (g · m · 2 يوم -1) و (J_) هو CH4 تدفق الأكسدة (CO2 غاز كمنتج) في الرواسب الهوائية (جم م −2 يوم -1). CH4 المعلقة من طبقة الرواسب يتم حسابها بواسطة [43] ،

إن (J_) يحسب في الطبقة اللاهوائية على النحو [37] ،

أين (ي_) هو تدفق C diagenesis (ز م −2 يوم −1 = (J_ <<>، G1 >> + J_ <<>، G2 >>) )، (J_) هو تدفق C المستهلك عن طريق نزع النتروجين (جم م g2 يوم −1) ، (J_) هو CH4 تدفق الغاز المتولد في الطبقة اللاهوائية عند (J_) كبير بدرجة كافية (جم م m2 يوم -1). يمكن العثور على معلومات مفصلة بشأن حساب تدفقات C المختلفة في الطبقات الهوائية واللاهوائية في [37]. وتجدر الإشارة إلى أنه تم اعتماد القيم الافتراضية في الدراسة الحالية لجميع المعاملات ومعدلات التحويل المستخدمة في حسابات تدفق تكوّن الرواسب المصاحبة [37].

معلمات SWAT-C

ضمن نموذج SWAT-C ، دو وآخرون. [35] حددت ستة معلمات معايرة تتحكم في تدوير الكربون العضوي القابل للتحلل. تشي وآخرون. [36] وفرز كذلك ثمانية معلمات معايرة لدورة POC. بناءً على نتائج Qi et al. [36] ، تم تحديد معلمتين من DOC وثلاثة متغيرات مرتبطة بـ POC على أنها الأكثر حساسية. تم اختيار المعلمات الخمس التالية لمعايرة تدوير DOC و POC: معامل ترشيح DOC (βDOC) الذي يحدد تركيز الكربون العضوي القابل للتحلل في الجريان السطحي ككسر من التركيز في الترشيح معامل الفصل بين السائل والصلب (كOC) الذي يحدد إنتاج DOC في محلول التربة نسبة التخصيب POC (ERPOC) والتي تُعرَّف على أنها نسبة تركيز POC في التربة المتآكلة إلى تركيز الكربون العضوي في التربة في طبقة سطح التربة وسرعة استقرار LPOC و RPOC (الخامسlpoc و الخامسrpoc، على التوالي) التي تتحكم في ترسب POC (الجدول 1).

منطقة الدراسة وجمع البيانات

استخدمنا مستجمعات المياه الصغيرة ، أي مستجمعات المياه Tuckahoe (TW 220.7 km 2) ، التي حددتها محطة قياس المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS # 01491500) في Tuckahoe Creak بالقرب من Ruthsburg ، MD (الشكل 2) ، لمحاكاة تدفقات C من من الأرض إلى النظم البيئية النهرية. يقع TW في منابع مجرى نهر Choptank (CRW) في السهل الساحلي لخليج تشيسابيك (الشكل 2). الاستخدامات الرئيسية للأراضي في TW هي الزراعة (54.0٪) والحراجة (32.8٪) ، وتهيمن عليها التربة جيدة الصرف (56.1٪ Hydrologic Soil Group، HSG-A & ampB) [61]. سلسلة تربة عطيل (غرين ناعم) وسلسلة تربة Mattapex (غرين ناعم) نوعان شائعان من تربة أراضي المحاصيل في TW [62]. التضاريس داخل TW هي مسطحة نسبيًا ، حيث تحتوي معظم المناطق على منحدرات أقل من 2٪. تتميز منطقة الدراسة بمناخ معتدل ورطب بمتوسط ​​درجة حرارة سنوية 15.4 درجة مئوية ومتوسط ​​مقدار سنوي كاليفورنيا. هطول الأمطار 1200 ملم [63 ، 64].

موقع مستجمعات المياه Tuckahoe ومحطة قياس USGS عند مخرج مستجمعات المياه

استخدمنا خريطة التربة بناءً على قاعدة البيانات الجغرافية لمسح التربة (SSURGO) من وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) ، وخدمة الحفاظ على الموارد الطبيعية (NRCS) لتوفير معلومات عن خصائص التربة ، واكتشاف الضوء ونطاقه بطول 10 أمتار (LiDAR) ) - نموذج الارتفاع الرقمي (DEM) لتوفير المعلومات الطبوغرافية. في الوقت نفسه ، تم إنشاء جدولة دورات المحاصيل باستخدام بيانات 2008-2012 من طبقة بيانات الأراضي الزراعية (CDL) التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية - دائرة الإحصاءات الزراعية الوطنية (NASS). دقة عالية (

1/8 °) الإدارة الوطنية للملاحة الفضائية والفضاء (ناسا) نظام استيعاب بيانات الأراضي لأمريكا الشمالية 2 (NLDAS2) تم استخدام بيانات التأثير المناخي [65] لتوفير مدخلات الطقس اليومية بما في ذلك هطول الأمطار ودرجة الحرارة والإشعاع الشمسي والرطوبة النسبية والرياح السرعة [66]. لمزيد من المعلومات حول إعداد نموذج SWAT في TW ، يرجى الرجوع إلى Lee، Yeo [61].

أجرينا رصدًا لتركيزات الكربون العضوي الكلي (TOC) و DOC النهرية في محطة قياس Ruthsburg USGS لـ TW (الشكل 2). تم استخدام حزم الأدوات في الموقع التي تحتوي على مجسات الطيف الضوئي الكامل (200 إلى 700 نانومتر) (S-CAN Instruments Vienna Austria) التي تقوم بأخذ عينات جودة المياه على فترات 30 دقيقة. تم استخدام المعايرات متعددة الأطوال الموجية لـ TOC و DOC في مياه التيار [67]. تم تجميع بيانات TOC و DOC ذات الدقة الزمنية الدقيقة إلى مقياس زمني شهري لمعايرة SWAT-C والتحقق من صحتها. تم اشتقاق POC عن طريق طرح الكربون العضوي القابل للتحلل من الكربون العضوي الكلي. تم جمع بيانات الرواسب من وكالة حماية البيئة الأمريكية (USEPA) برنامج خليج تشيسابيك (CBP) قاعدة بيانات جودة المياه [68]. في المجموع ، لا يوجد سوى 37 من بيانات تركيز الرواسب من 2014 إلى 2017. حسبنا حمل الرواسب اليومي بضرب تركيز الرواسب في تدفق تيار يوم أخذ العينات.

معايرة النموذج والتحقق من صحته وتحليل الحساسية

تم تقسيم فترة أخذ العينات (يناير 2014 - أكتوبر 2017) لأغراض المعايرة (2014-2015) والتحقق من الصحة (2016-2017). قبل فترة المعايرة ، استخدمنا فترة إحماء مدتها سنتان (2012-2013) لتهيئة نموذج SWAT-C. اخترنا المعلمات الأكثر معايرة لمعدل التدفق الشهري بناءً على الدراسات السابقة التي أجريت في مستجمعات المياه للدراسة [36 ، 69]. اعتمدنا إجراءً متعدد الخطوات قدمته الدراسة السابقة لمعايرة أحمال POC و DOC [36]. كانت الخطوة الأولى هي معايرة تدفق التيار لأن أحمال DOC و POC ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتدفق المياه. بعد معايرة الحمل POC ، تتم معايرة حمل DOC أخيرًا. في هذه الدراسة ، استخدمنا بيانات محدودة للرواسب لمعايرة المعلمات المتعلقة بالرواسب لتقليل عدم اليقين في التنبؤ بـ POC الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتوليد الرواسب ونقلها وترسبها من المرتفعات إلى منفذ مستجمعات المياه.

استخدمنا طريقة الإصدار 2 من خوارزمية عدم اليقين المتسلسل (SUFI-2) في SWAT-CUP [70] لإجراء معايرة تلقائية لمعدل التدفق الشهري وأحمال POC و DOC. استخدمنا طريقة تحليل الحساسية العالمية لتحليل الحساسية. نهج تحليل الحساسية العالمي هو نظام انحدار متعدد يتم تقديمه على النحو التالي:

حيث g هي قيمة دالة الهدف ، α و βأنا هي معاملات الانحدار ، بأنا هي القيمة المعايرة لـ أناال المعلمة و م هو عدد المعلمات التي تم النظر فيها. استخدمنا معامل ناش-سوتكليف- NS [71] كوظيفة موضوعية (g = NS) لأنه يُستخدَم بشكل شائع معامل ملاءمة الجودة في دراسات النمذجة الهيدرولوجية. علاوة على ذلك ، تم وضع معايير تقييم أداء النموذج من قبل Moriasi ، Arnold [72] لمقياس NS. تم استخدام اختبار t للطالب لتحديد الأهمية الإحصائية لكل متغير ، حيث تشير قيمة p & lt 0.05 إلى أن المعلمة حساسة في الدراسة الحالية. قدمنا ​​أيضًا تصنيفات حساسية المعلمات بناءً على القيمة p لتحليل الحساسية الإضافي.


ما هي دورة الكربون؟

يبدو أن متصفحك لا يدعم فيديو HTML5. إليك رابط مباشر للفيديو بدلاً من ذلك.

فيديو: ما هي دورة الكربون؟ إليك نظرة عامة في أقل من دقيقتين. نسخة طبق الأصل

الكربون الأزرق

الكربون الأزرق هو مصطلح الكربون الذي تم التقاطه بواسطة المحيطات والنظم البيئية الساحلية في العالم. تعتبر أعشاب البحر وأشجار المانغروف والمستنقعات المالحة والأنظمة الأخرى على طول ساحلنا فعالة للغاية في تخزين ثاني أكسيد الكربون. تمتص هذه المناطق أيضًا الكربون وتخزنه بمعدل أسرع بكثير من المناطق الأخرى ، مثل الغابات ، ويمكن أن تستمر في القيام بذلك لملايين السنين. غالبًا ما يبلغ عمر الكربون الموجود في التربة الساحلية آلاف السنين. عندما تتضرر هذه الأنظمة أو تتعطل بسبب النشاط البشري ، تنبعث كمية هائلة من الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي ، مما يساهم في تغير المناخ.

الكربون هو أساس كل أشكال الحياة على الأرض ، وهو مطلوب لتكوين جزيئات معقدة مثل البروتينات والحمض النووي. يوجد هذا العنصر أيضًا في غلافنا الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون (CO2). يساعد الكربون على تنظيم درجة حرارة الأرض ، ويجعل الحياة ممكنة ، وهو مكون رئيسي في الغذاء الذي يحافظ على قوتنا ، ويوفر مصدرًا رئيسيًا للطاقة لتغذية اقتصادنا العالمي.

تصف دورة الكربون العملية التي تنتقل فيها ذرات الكربون باستمرار من الغلاف الجوي إلى الأرض ثم تعود إلى الغلاف الجوي. نظرًا لأن كوكبنا وغلافه الجوي يشكلان بيئة مغلقة ، فإن كمية الكربون في هذا النظام لا تتغير. حيث يوجد الكربون - في الغلاف الجوي أو على الأرض - في حالة تغير مستمر.

على الأرض ، يتم تخزين معظم الكربون في الصخور والرواسب ، بينما يوجد الباقي في المحيط والجو والكائنات الحية. هذه هي الخزانات أو الأحواض التي يتم من خلالها تدوير الكربون.

يتم إطلاق الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي عندما تموت الكائنات الحية ، وتندلع البراكين ، وتشتعل النيران ، ويتم حرق الوقود الأحفوري ، ومن خلال مجموعة متنوعة من الآليات الأخرى.

في حالة المحيط ، يتم تبادل الكربون باستمرار بين مياه سطح المحيط والغلاف الجوي ، أو يتم تخزينه لفترات طويلة من الزمن في أعماق المحيط.

يلعب البشر دورًا رئيسيًا في دورة الكربون من خلال أنشطة مثل حرق الوقود الأحفوري أو تطوير الأراضي. ونتيجة لذلك ، فإن كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي آخذة في الارتفاع بسرعة ، فهي بالفعل أكبر بكثير مما كانت عليه في أي وقت خلال الثمانمائة ألف عام الماضية.

نسخة فيديو

ما هي دورة الكربون؟ الكربون هو العمود الفقري الكيميائي لجميع أشكال الحياة على الأرض. كل الكربون الموجود حاليًا على الأرض هو نفس الكمية التي لدينا دائمًا. عندما تتشكل حياة جديدة ، يشكل الكربون جزيئات رئيسية مثل البروتين والحمض النووي. يوجد أيضًا في غلافنا الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون. دورة الكربون هي طريقة الطبيعة لإعادة استخدام ذرات الكربون ، التي تنتقل من الغلاف الجوي إلى الكائنات الحية في الأرض ثم تعود إلى الغلاف الجوي مرارًا وتكرارًا. يتم تخزين معظم الكربون في الصخور والرواسب ، بينما يتم تخزين الباقي في المحيط والجو والكائنات الحية. هذه هي الخزانات ، أو الأحواض ، التي يتم من خلالها تدوير الكربون. المحيط عبارة عن بالوعة كربون عملاقة تمتص الكربون. الكائنات البحرية من نباتات المستنقعات إلى الأسماك ، ومن الأعشاب البحرية إلى الطيور ، تنتج الكربون أيضًا من خلال الحياة والموت. في بعض الأحيان ، تصبح الكائنات الحية الميتة وقودًا أحفوريًا يمر عبر الاحتراق ، وينتج عنه ثاني أكسيد الكربون ، وتستمر الدورة.


نتائج

مقارنة الأدوات

تراوحت قياسات SCOC اليومية على مدار السلسلة الزمنية التي تبلغ 27 عامًا باستخدام أربعة أدوات مختلفة من انخفاض قدره 5.0 مجم C · m day2 يوم -1 في فبراير 1991 إلى أعلى مستوى قدره 31.0 مجم C · م 2 يوم -1 في يونيو 2012 (الشكل. 2 أ). يتم عرض المتوسطات الشهرية لـ SCOC المقاسة بواسطة جميع الأدوات في الجدول التكميلي 1. كان متوسط ​​السلسلة الزمنية الكاملة لجميع المتوسطات الشهرية 11.4 مجم C · m m2 يوم -1. كانت SCOC القائمة على TCR ، من الأنابيب الموضوعة فوق مجاميع ديتريتال ، أعلى بكثير في أغسطس وسبتمبر من المعدلات التي تم قياسها باستخدام FVGR المنشور عشوائيًا في يونيو 1994. كانت قياسات TCR لـ SCOC التي تم إجراؤها في أبريل 1995 ذات حجم مماثل لمعدلات FVGR في فبراير 1995 ولكن أقل من المعدلات المقاسة بعد شهرين في يونيو.

أسفر نشر Rover I من يناير إلى مايو 1996 عن أول قياسات متجاورة لـ SCOC في 17 موقعًا على طول مقطع عرضي مستمر بغرف مكررة في 13 موقعًا. أظهر SCOC الذي تم قياسه خلال هذا النشر تباينًا موسميًا كبيرًا انخفض إلى مستوى منخفض في مارس قدره 5.7 مجم C · m −2 يوم -1 ثم يرتفع باستمرار إلى أعلى مستوى في مايو 9.5 مجم C · م 2 يوم -1 (الشكل 2 ب). تم إجراء عمليات نشر FVGR في بعض الأحيان بالتزامن مع طرفي السلسلة الزمنية لـ Rover هذه المتفق عليها في حدود 2 مجم C م 2 يوم -1 مع قياسات Rover المتزامنة.

تم نشر Rover II لأول مرة في Sta. M في ربيع 2011 وأجرت قياسات SCOC على طول مقطع من 13 موقعًا (الشكل 2 ج). خلال الأسبوع الأول من قياسات Rover II في أواخر مايو 2011 ، كانت معدلات SCOC أعلى مرتين من متوسط ​​أربعة قياسات FVGR لـ SCOC في الأسبوع السابق. بعد توقف لمدة 5 أشهر ، تم نشر Rover II بشكل مستمر من نوفمبر 2011 حتى ديسمبر 2012. خلال هذا النشر لمدة عام واحد ، تراوحت SCOC من 8.2 ملغ C م 2 يوم -1 في نوفمبر إلى أعلى من 31.0 ملغ C م −2 يوم -1 في يونيو 2012 ، وهو أعلى معدل تم قياسه على الإطلاق في Sta. كانت قياسات SCOC التي تم إجراؤها باستخدام FVGR في البداية وفي منتصف الطريق خلال نشر Rover قابلة للمقارنة من حيث الحجم (الشكل 2 ج). تم نشر Rover II مرة أخرى في خريف 2014 وأجرى سلسلة من 68 قياسات SCOC حتى يونيو 2015 عندما تم استردادها للصيانة وإعادة النشر. ظلت SCOC متسقة نسبيًا بالنسبة لغالبية هذا النشر حتى أوائل الربيع عندما ارتفعت المعدلات بشكل حاد إلى 24.0 مجم C · م 2 يوم -1 ، عائدة إلى معدلات أعلى في وقت سابق من الدورة الموسمية مقارنة بالسنوات السابقة.

الاختلاف الموسمي في SCOC

أظهر SCOC تباينًا موسميًا ، مع تسجيل أعلى القيم خلال شهر سبتمبر (16.6 مجم C · m −2 يوم -1) وأدنى خلال فبراير mg C · m · 2 يوم -1 (7.5 الشكل 3 ب). لم يُظهر الخطأ المعياري للمتوسط ​​لكل شهر تقويمي نمطًا موسميًا ، يتأرجح بين 0.6 مجم C · m day2 يوم -1 و 2.1 مجم C · م 2 يوم -1 طوال العام.

الاختلاف بين السنوات

تراوحت المتوسطات الشهرية لـ SCOC بين 5.5 و 16.1 مجم C · m −2 يوم -1 على مدار العشرين عامًا الأولى من السلسلة الزمنية (الشكل 3 أ) ، و 7.3 و 24.6 مجم C · م 2 يوم -1 على مدى السنوات الست القادمة. كان متوسط ​​SCOC في السلسلة الزمنية الكاملة لجميع الأشهر التقويمية الاثني عشر 11.7 ± 0.7 مجم C · m −2 يوم -1 (± SE ، ن = 12 شهر). من 1989 إلى 2009 ، كان متوسط ​​الشهر التقويمي لـ SCOC 9.6 ± 0.9 مجم C · m m2 يوم -1 (± SE ، ن = 12 شهر). من عام 2010 إلى عام 2015 ، كان متوسط ​​شهر التقويم SCOC 14.5 ± 0.8 مجم C · m −2 يوم -1 (± SE ، ن = 12 شهرًا). كان متوسط ​​SCOC لشهر التقويم أعلى بكثير في الفترة الأخيرة من السلسلة الزمنية (وقع ويلكوكسون على رتبة ص = 0.002). مع زيادة الدقة الزمنية التي قدمتها Rover II بدءًا من عام 2011 ، تم قياس قمم الفواصل الزمنية الأعلى والأقصر. كانت المعدلات الشهرية أعلى خاصة في عام 2012 عندما بلغ متوسط ​​SCOC ذروته عند 20.4 مجم C · متر مكعب في اليوم -1.

تم حساب المتوسطات السنوية من خلال حساب متوسط ​​قيم الشهر التقويمي (المتوسط ​​4 في السنة). لم يتم توزيع هذه القيم بشكل ثابت طوال المواسم. أظهرت المتوسطات السنوية لـ SCOC تباينًا كبيرًا خلال السلاسل الزمنية مع أدنى معدل في عام 1995 قدره 7.3 مجم C · m-2 يوم -1 (الشكل 3 ج). تم قياس أعلى معدل SCOC سنوي في عام 2012 (16.0 مجم C · m −2 يوم -1).

كان متوسط ​​تدفق POC لسلسلة الوقت الكامل لكل 12 شهرًا تقويميًا 7.4 ± 0.6 مجم C · م 2 يوم -1 (± SE ، ن = 12 شهرًا). من 1989 إلى 2009 ، كان متوسط ​​تدفق POC لكل 12 شهرًا تقويميًا 6.5 ± 0.6 مجم C · م 2 يوم -1 (± SE ، ن = 12 شهرًا). من عام 2010 إلى عام 2015 ، كان متوسط ​​تدفق POC لكل 12 شهرًا تقويميًا 10.5 ± 1.5 مجم C · م 2 يوم -1 (± SE ، ن = 12 شهر). كان متوسط ​​تدفق POC أعلى بكثير في هذه الفترة الأخيرة (وقع ويلكوكسون على نص الترتيب ص = 0.01). وصلت تدفقات POC إلى معدل غير مسبوق قدره 32.0 مجم C · m day2 يوم -1 في يونيو 2011 مع ذروة أخرى قدرها 29 مجم C · م 2 يوم -1 في سبتمبر 2012 ، حوالي أربعة أضعاف المتوسط ​​السنوي.

مقارنة تدفق SCOC و POC

تعكس الوسائل الشهرية لـ SCOC بشكل عام القمم والوديان في تدفق POC. ارتبطت المتوسطات الشهرية لتدفق SCOC و POC بشكل كبير مع عدم وجود تأخير زمني (سبيرمان ρ = 0.67, ص & lt 0.0001). تم تسجيل أعلى قيم لمجموعتي البيانات في عامي 2011 و 2012 (الشكل 3 أ). تدفق POC: تراوحت SCOC من 0.11 في مايو 1996 إلى 2.0 في يونيو 2011 (الشكل 4 أ). تجاوزت 12 نسبة شهرية من أصل 66 الوحدة (الشكل 4 أ). أظهر كل من تدفق POC (الشكل 4 ب) و SCOC (الشكل 4 ج) أنماطًا موسمية ومتوسطات شهرية كانت أقل من 1989 إلى 2009 مقارنة بعام 2010 إلى 2015. لم يكن هناك نمط موسمي في تدفق POC الشهري: نسب SCOC ، وهكذا تم تضمين كل قيمة شهرية فردية في المتوسط ​​الهندسي (الشكل 4 د). المتوسط ​​الهندسي لكل تدفق POC: كانت النسب الشهرية لـ SCOC 0.5 (بدون وحدة). تدفق POC: كانت نسب SCOC أعلى من 2010 إلى 2015 (المتوسط ​​الهندسي = 0.6 ، ن = 25) مقارنة بفترة 1989-2009 (المتوسط ​​الهندسي = 0.5 ، ن = 41) ، على الرغم من أن هذه القياسات كانت شديدة التباين (مان ويتني يو = 378.0, ص = 0.04 ، الشكل 4 ب ، ج). يقتصر هذا الملخص على الأشهر التي يتوفر فيها كل من المتوسطات الشهرية لتدفق POC و SCOC. لسنوات مع قياسات كل من تدفق POC وتدفق SCOC ، كان متوسط ​​تدفق POC السنوي يمثل 63 ٪ من الطلب التقديري على الكربون للمجتمع القاعي (المتوسط ​​السنوي لـ SCOC).

المتوسطات الشهرية لـ أ تدفق POC مقسومًا على SCOC (نقاط سوداء تدفق POC: SCOC خط أسود صلب وحدة)، ب متوسط ​​كل شهر تقويمي لتدفق POC ± SE ، ج SCOC ± SE و د تدفق POC: SCOC (خط أسود صلب وحدة، خط أحمر متصل المتوسط ​​الهندسي لشهر التقويم). في الألواح بج نقاط سوداء قيم 1989 - 2009 ، دوائر بيضاء قيم 2010-2015 ، خط أسود صلب وحدة، خط منقط أسود 1989 - 2009 المتوسط ​​الهندسي أو المتوسط ​​(المشار إليه في الشكل), خط منقط أحمر 2010-2015 المتوسط ​​الهندسي أو المتوسط ​​(المشار إليه في الشكل)

قام Rover II بحل SCOC على فترات زمنية مدتها 10 أيام مما يسمح بالارتباطات المتأخرة مع تدفق POC. هذه الارتباطات بلغت ذروتها في ρ = 0.65 مع فارق زمني مدته 61 يومًا بين تدفق POC و SCOC. بلغ معدل الزيادة المتكاملة لمدة 10 أيام لتدفق POC ذروته عند 3.55 mg C m −2 d −2 في يونيو 2011 ، بينما وصلت SCOC إلى معدل زيادة أقصى قدره 0.55 mg C m −2 d 2 في مايو 2015. عند الفحص تدفق POC لمدة 10 أيام: SCOC لهذه البيانات ، شكل الإمدادات الغذائية 67 ٪ من الطلب.


العمليات الجيولوجية التي تحول الصخور

القوى الأساسية وراء دورة الصخور جيولوجية. هذه القوى هي الاندساس والارتقاء. يشير الارتقاء إلى دفع الصخور خارج سطح الأرض ، مما يؤدي إلى تكوين الجبال. يحدث الاندساس عندما تغمر إحدى الصفيحات الصخرية تحت صفيحة أخرى وتتحول إلى صهارة عميقة تحت الأرض. كل من الاندساس والرفع ناتج عن حركة الصفائح التكتونية. تتحرك الصفائح القارية الموجودة على وشاح الأرض. بينما تتحرك الصفائح عادة عند بضعة سنتيمترات فقط في السنة ، يؤدي هذا على مدى ملايين السنين إلى تغييرات هائلة في سطح الأرض. عندما تصطدم هذه الصفائح وتنزلق فوق بعضها البعض ، تتصادم مناطق معينة ويتم دفعها لأعلى بينما يتم دفع مناطق أخرى إلى الأسفل.

يلعب الاندساس والرفع دورًا مهمًا في دورة الصخور. هنا تتحرك لوحة خوان دي فوكا تحت لوحة أمريكا الشمالية. الصورة: USGS ، المجال العام

تلعب ظاهرة انتشار قاع البحر أيضًا دورًا في دورة الصخور. إن الصفائح التكتونية التي تصطدم ببعضها البعض تبتعد بالضرورة عن بعضها البعض في مناطق أخرى. هذا يعني أن الصهارة تنطلق من الأرض حيث تنقسم الصفائح ، في أعماق المحيط. تؤدي هذه الظاهرة إلى تكوين المزيد من قاع البحر إلى جانب الصخور المتحولة والصخور النارية.

تساهم العمليات السطحية مثل التجوية أيضًا في دورة الصخور. يمكن للرياح والأمطار أن تتآكل وتتلف الصخور بمرور الوقت ، فتفكك الهياكل الصخرية النارية والمتحولة إلى جزيئات صغيرة تتحد فيما بعد لتكوين صخور رسوبية.

جيولوجيا عالمنا # 8217s مدفوعة بعمليات مستمرة منذ تكوين الأرض. كل صخرة تراها ، من الحجارة الملساء في قاع النهر إلى الجبال البعيدة ، هي جزء من الدورة المستمرة.


نبذة مختصرة

دورة النيتروجين البيولوجية مدفوعة بعدد كبير من التفاعلات التي تحول مركبات النيتروجين بين حالات الأكسدة والاختزال المختلفة. هنا ، قمنا بالتحقيق في الإمكانات الميتاجينية لدورة النيتروجين للمجتمع الميكروبي في الموقع في بيئة قليلة التغذية وقليلة الملوحة في رواسب بحر بوثنيان. تم عزل وتسلسل الحمض النووي الكلي من ثلاثة أعماق للرواسب. تم إجراء توصيف المجتمع الكلي بناءً على جرد الجينات الرنا الريباسي 16S باستخدام قاعدة بيانات SILVA كمرجع. تنوع ترميز الجينات الوظيفية التشخيصية لاختزال النترات (قيلولةنارج) ، النتريت: نترات أوكسيريدوكتاز (nxrA) ، اختزال النتريت (نيركنيرسnrfA) ، اختزال أكسيد النيتريك (ولا) ، اختزال أكسيد النيتروز (nosZ) ، سينثيز الهيدرازين (hzs) ، الأمونيا مونو أوكسيجيناز (amoA) ، هيدروكسيل أمين أوكسيريدوكتاز (هاو) و نيتروجيناز (nifH) بواسطة blastx مقابل قواعد البيانات المرجعية المنسقة. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء تضخيم قائم على تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) على hzs جين بكتيريا الأناموكس. تكشف نتائجنا عن إمكانات جينومية عالية لنزع النتروجين الكامل إلى N.2، ولكن أهمية ثانوية لأكسدة الأمونيوم اللاهوائية وخفض النتريت المبدد للأمونيوم. سيطر على الإمكانات الجينية لأكسدة الأمونيا الهوائية ثوماركيوتا. تم اكتشاف وجود تنوع أعلى لبكتيريا الأناموكس في الميتاجينومات مقارنة بالتقنية القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل. تكشف النتائج عن أهمية عمليات القيادة المختلفة لدورة N وتسلط الضوء على ميزة الميتاجينوميات في اكتشاف اللاعبين الرئيسيين الميكروبيين الجدد.


نقاش

وفرة الجينات في ظل ظروف DO المختلفة

ارتبطت ديناميكيات سلالات AOA و AOB والوفرة ارتباطًا وثيقًا بتركيزات DO (Lian وآخرون. 2014). في هذه الدراسة ، كلا من amoA الجين (AOA-amoA و AOB-amoA) زادت الوفرة بمقدار أمرين في التجارب الهوائية والتجارب المشبعة مقارنة بالتجارب اللاهوائية ، وهو ما يشبه التقارير الواردة من طين (Luo). وآخرون. 2014) ورواسب مصبات الأنهار (Abell وآخرون. 2011).

تفضل بكتيريا نزع النتروجين موائل نقص الأكسجين أو اللاهوائية (جنسن وآخرون. 2009) ، ومع ذلك ، في هذه الدراسة ، زيادات كبيرة في وفرة الجينات نزع النتروجين (نيرس, نيرك, نورب، و nosZ) مع ارتفاع DO ، والذي قد يكون بسبب زيادة بكتيريا نزع النتروجين الهوائية (Gao وآخرون. 2009).

وفرة نيرس و نيرك تم زيادة الجينات بنحو عشرة أضعاف في العلاجات الهوائية والمشبعة (الشكل 2 (أ) و 2 (ب)) ، في حين أن نورب و nosZ زادت الجينات بمقدار ضعفين مقارنة بالعلاج اللاهوائي. قد يؤدي الاختلاف إلى نزع النتروجين الجزئي وزيادة في N2انبعاث O (Wang وآخرون. 2015). مزيد من الدراسة حول وجود وتأثيرات نزع النتروجين الهوائية المحتملة و N2هناك حاجة لانبعاث O.

تعيش بكتيريا الأناموكس في موائل لاهوائية ، ويمكنها أيضًا البقاء على قيد الحياة في البيئات الاختيارية (جنسن وآخرون. 2009) ، ولكن لم يتم العثور على ارتباط كبير بين الوفرة وتركيز الأكسجين المذاب (Zhang وآخرون. 2014). في هذه الدراسة ، أناموكس محددة هزو زيادة الجين مع ارتفاع DO (من 0 إلى 3.73 مجم / لتر) في ظل ظروف نقص الأكسجين والاختيارات اللاهوائية.

AOA و AOB لأكسدة الأمونيوم

تسود مجموعات AOA المجموعات الميكروبية لأكسدة الأمونيوم ، كما تم الإبلاغ عن العديد من رواسب المياه العذبة (Zhang وآخرون. 2014). The predomination of the AOA populations might imply that the AOA contribute more to the ammonium oxidation process than the AOB. A previous study (Luo et al. 2014) has found that the nitrification rate was positively correlated to the abundance of AOA rather than AOB, and the AOA were primarily involved in ammonium oxidation in estuarine mudflat sediments. To determine the contribution of AOA or AOB to ammonium oxidation, further studies on the activities of AOA and AOB should be performed.

Denitrification and anammox

The DO concentration is thought to be an important factor for the contribution of anammox to nitrogen removal (Dale et al. 2011). However, in this study, the calculated contributions of anammox to nitrogen losses (%صamx) varied in a small range (83.36% ∼ 89.19%). The DO levels showed no significant impact on the contribution of anammox to nitrogen losses, which might be due to the uniformity of sediments with the same C/N ratio used in the incubation (Burgin & Hamilton 2007 Babbin & Ward 2013).

The calculated contributions of anammox to N2 production in DO saturated treatment (85.35%) is much higher than previously reported for marine ecosystems (29%), but is close to the ratio for a bioreactor of simultaneous anammox and heterotrophic denitrification (SAD) (85%) (Bi et al. 2015). It is reported that the anammox preferred lower C/N (Algar & Vallino 2014), and the river received untreated sewage as low C/N (∼2.5) as the SAD (∼2.0), higher than marine ecosystems (∼6.6). In addition, the gene (nosZ, ∼10 5 copies g −1 ) of nitrogen production in denitrification bacteria was lower than the hzo gene related to N2 production in anammox bacteria (hzo, ∼10 6 copies per gram), which might reveal a higher N2-production potential for anammox than for denitrification. Moreover, considering the DNRA process, which was not included in the calculation model, the accurate contributions of anammox to N2 production should be confirmed by isotope-pairing technology in future work.

Coupled nitrogen loss pathway

Significant correlations were found between the abundances of AOA-amoA, AOB-amoA, nirS, nirK، و hzo (Table S3), implying a close coupling of AAO, denitrification and anammox at the molecular level. These couplings of genes have also been found in high-altitude lakes (Vila-Costa et al. 2014), hyper-nutrified estuarine tidal flats (Zhang et al. 2014) and a tidal flow constructed wetland (Zhi & Ji 2014). It is reported that the anammox is denitrification-dependent in the sediment of inland rivers (Zhou et al. 2014). However, in this study, the calculated AAO rates coupled tightly with the anammox rates reveal that the coupling of AAO and anammox was the dominant pathway of nitrogen.

The nitrogen turnover processes are limited by ammonium oxidation because the concentrations of NO2 − and NO3 − are very low compared with the NH4 + at the beginning of the incubation. Higher DO concentrations increased AOA and AOB populations by two orders of magnitude (Figure 2), significantly raising the ammonia oxidation rates (R2) and ultimately leading to higher N2 إنتاج. However, when the average DO concentration in the 5 mm surficial sediment is greater than 2.13 mg L −1 (day 21 in the saturated treatment), the NO2 − is accumulated in the incubation system, which might be due to the inhibition of anammox and denitrification rates at higher DO concentrations. The river restoration to improve DO conditions would also lead to greater N removal and retention which would improve downstream water quality.


Hydrologic Cycle

The water cycle describes how water is exchanged (cycled) through Earth's land, ocean, and atmosphere.

Earth Science, Meteorology, Geography, Physical Geography

This lists the logos of programs or partners of NG Education which have provided or contributed the content on this page. Leveled by

The water cycle describes how water is exchanged (cycled) through Earth's land, ocean, and atmosphere. Water always exists in all three places, and in many forms&mdashas lakes and rivers, glaciers and ice sheets, oceans and seas, underground aquifers, and vapor in the air and clouds.

Evaporation, Condensation, and Precipitation

The water cycle consists of three major processes: evaporation, condensation, and precipitation.

Evaporation is the process of a liquid's surface changing to a gas. In the water cycle, liquid water (in the ocean, lakes, or rivers) evaporates and becomes water vapor.

Water vapor surrounds us, as an important part of the air we breathe. Water vapor is also an important greenhouse gas. Greenhouse gases such as water vapor and carbon dioxide insulate the Earth and keep the planet warm enough to maintain life as we know it.

The water cycle's evaporation process is driven by the sun. As the sun interacts with liquid water on the surface of the ocean, the water becomes an invisible gas (water vapor). Evaporation is also influenced by wind, temperature, and the density of the body of water.

Condensation is the process of a gas changing to a liquid. In the water cycle, water vapor in the atmosphere condenses and becomes liquid.

Condensation can happen high in the atmosphere or at ground level. Clouds form as water vapor condenses, or becomes more concentrated (dense). Water vapor condenses around tiny particles called cloud condensation nuclei (CCN). CCN can be specks of dust, salt, or pollutants. Clouds at ground level are called fog or mist.

Like evaporation, condensation is also influenced by the sun. As water vapor cools, it reaches its saturation limit, or dew point. Air pressure is also an important influence on the dew point of an area.

Unlike evaporation and condensation, precipitation is not a process. Precipitation describes any liquid or solid water that falls to Earth as a result of condensation in the atmosphere. Precipitation includes rain, snow, and hail.

Fog is not precipitation. The water in fog does not condense sufficiently to precipitate, or liquefy and fall to Earth. Fog and mist are a part of the water cycle called suspensions: They are liquid water suspended in the atmosphere.

Precipitation is one of many ways water is cycled from the atmosphere to the Earth or ocean.

Other Processes

Evaporation, condensation, and precipitation are important parts of the water cycle. However, they are not the only ones.

Runoff, for instance, describes a variety of ways liquid water moves across land. Snowmelt, for example, is an important type of runoff produced as snow or glaciers melt and form streams or pools.

Transpiration is another important part of the water cycle. Transpiration is the process of water vapor being released from plants and soil. Plants release water vapor through microscopic pores called stomata. The opening of stomata is strongly influenced by light, and so is often associated with the sun and the process of evaporation. Evapotranspiration is the combined components of evaporation and transpiration, and is sometimes used to evaluate the movement of water in the atmosphere.

States of Water

Through the water cycle, water continually circulates through three states: solid, liquid, and vapor.

Ice is solid water. Most of Earth's freshwater is ice, locked in massive glaciers, ice sheets, and ice caps.

As ice melts, it turns to liquid. The ocean, lakes, rivers, and underground aquifers all hold liquid water.

Water vapor is an invisible gas. Water vapor is not evenly distributed across the atmosphere. Above the ocean, water vapor is much more abundant, making up as much as four percent of the air. Above isolated deserts, it can be less than one percent.

The Water Cycle and Climate

The water cycle has a dramatic influence on Earth's climate and ecosystems.

Climate is all the weather conditions of an area, evaluated over a period of time. Two weather conditions that contribute to climate include humidity and temperature. These weather conditions are influenced by the water cycle.

Humidity is simply the amount of water vapor in the air. As water vapor is not evenly distributed by the water cycle, some regions experience higher humidity than others. This contributes to radically different climates. Islands or coastal regions, where water vapor makes up more of the atmosphere, are usually much more humid than inland regions, where water vapor is scarcer.

A region's temperature also relies on the water cycle. Through the water cycle, heat is exchanged and temperatures fluctuate. As water evaporates, for example, it absorbs energy and cools the local environment. As water condenses, it releases energy and warms the local environment.

The Water Cycle and the Landscape

The water cycle also influences the physical geography of the Earth. Glacial melt and erosion caused by water are two of the ways the water cycle helps create Earth's physical features.

As glaciers slowly expand across a landscape, they can carve away entire valleys, create mountain peaks, and leave behind rubble as big as boulders. Yosemite Valley, part of Yosemite National Park in the U.S. state of California, is a glacial valley. The famous Matterhorn, a peak on the Alps between Switzerland and Italy, was carved as glaciers collided and squeezed up the earth between them. Canada's "Big Rock" is one of the world's largest "glacial erratics," boulders left behind as a glacier advances or retreats.

Glacial melt can also create landforms. The Great Lakes, for example, are part of the landscape of the Midwest of the United States and Canada. The Great Lakes were created as an enormous ice sheet melted and retreated, leaving liquid pools.

The process of erosion and the movement of runoff also create varied landscapes across the Earth's surface. Erosion is the process by which earth is worn away by liquid water, wind, or ice.

Erosion can include the movement of runoff. The flow of water can help carve enormous canyons, for example. These canyons can be carved by rivers on high plateaus (such as the Grand Canyon, on the Colorado Plateau in the U.S. state of Arizona). They can also be carved by currents deep in the ocean (such as the Monterey Canyon, in the Pacific Ocean off the coast of the U.S. state of California).

Reservoirs and Residence Time

Reservoirs are simply where water exists at any point in the water cycle. An underground aquifer can store liquid water, for example. The ocean is a reservoir. Ice sheets are reservoirs. The atmosphere itself is a reservoir of water vapor.

Residence time is the amount of time a water molecule spends in one reservoir. For instance, the residence time of "fossil water," ancient groundwater reservoirs, can be thousands of years.

Residence time for water in the Antarctic ice sheet is about 17,000 years. That means that a molecule of water will stay as ice for about that amount of time.

The residence time for water in the ocean is much shorter&mdashabout 3,200 years.

The residence time of water in the atmosphere is the shortest of all&mdashabout nine days.

Calculating residence time can be an important tool for developers and engineers. Engineers may consult a reservoir's residence time when evaluating how quickly a pollutant will spread through the reservoir, for instance. Residence time may also influence how communities use an aquifer.

Breaking the Cycle
The water cycle can change. Glacial retreat is the process in which glaciers melt faster than their ice can be replaced by precipitation. Glacial retreat limits the amount of fresh water available on Earth. We are experiencing the fastest rate of glacial retreat in recorded history.


شاهد الفيديو: تعرف على طبقات الأرض و كيف استطاع العلماء دراسة باطن الأرض رغم صعوبة حفر ثقوب فيها (شهر اكتوبر 2021).