Energy Flow and Mineral Cycling Food Chains and Energy Transfer Food Chain เป็นการถ่ายทอดพลังงานและสารอินทรีย์ผ่าน Trophic level หลายระดับเป็นเส้นตรง Primary producer Primary trophic level Primary consumer Secondary trophic level Secondary consumer Tertiary trophic level Pelagic Food Chain Phytoplankton Herbivorous Zooplankton Carnivorous Zooplankton

Secondary Production จำนวน TL ผันแปรตามพื้นที่และจำนวนชนิดสิ่งมีชีวิต ในสังคมนั้น ๆ TL ที่สูงที่สุดมักเป็น Adult animals ที่ไม่มีผู้ล่าอื่น : Shark, Fish, Squid, and Mammal Secondary Production มวลชีวภาพรวมของสัตว์ใน TL ที่สูงขึ้น ต่อหน่วยพื้นที่ต่อเวลา

ขนาดของสิ่งมีชีวิตมักเพิ่มขึ้นตาม TL แต่ Generation time (Length of life cycle) จะค่อย ๆ ยาวขึ้น : Phytoplankton เป็นชั่วโมงหรือวัน : Zooplankton เป็นสัปดาห์หรือเดือน : Fish เป็นปี : Mammal หลายปี ทำให้ยากที่จะประมาณ Secondary Production

ประสิทธิภาพในการถ่ายทอด E ระหว่าง TL = Ecological efficiency (E) ซึ่งวัดยากแต่ประมาณโดยใช้ Transfer efficiency (ET) :Pt = the annual production ที่ TLt :Pt-1 = the annual production ที่ TL ก่อนหน้า Production อาจอยู่ในรูปพลังงาน (Cal, Joules) หรือมวลชีวภาพ (gC)

Phytoplankton Zooplankton = Herbivore production ET Primary production ใน Marine Ecosystem ET มีค่าประมาณ 20 % (plant to herbivore) (ใน Trophic level ที่สูงขึ้น) ET มีค่าประมาณ 15 - 10 % ดังนั้นจะมี Energy losses ระหว่าง TL ประมาณ 80 – 90 %

Detritus

ถ้าต้องการรู้ว่ามีพลังงานเท่าไหร่ที่ส่งผ่านใน TL จำนวน TL มักจะถูกกำหนดโดยขนาดของ Primary Producers ใน Open Ocean มักมีถึง 6 TL

ใน Continental shelf มีประมาณ 4 TL

ใน Upwelling มีประมาณ 3 TL ถ้าขนาดของ Phytoplankton หลักเล็ก Food chain จะยาว

จำนวน TL และ Primary productivity ใช้คาดคะแน Yields of Secondary production ได้ตามสมการ โดย P1 = Annual primary production E = Ecological efficiency n = the number of Trophic transfers (TL+1)

Food Webs Food chain เป็นแนวความคิดทางทฤษฎีที่สะดวก เพื่อลดความซับซ้อนทางธรรมชาติ แต่ในความเป็นจริงการกินต่อกันจะมีรูปแบบเป็นสายใยอาหาร (Food web)

การแข่งกันระหว่างชนิดอาจทำให้มวลชีวภาพของ top-level commercially- fished sp. ลดลง : fish larvae ต้องแข่งขันแย่ง copepod หรือเหยื่ออื่น ๆ กับ Chaetognaths, Jellyfish, Ctenophore และ Carnivorous zoo

The Microbial Loop Particulate Organic Material (POM) Dissolved organic Material (DOM) ; Dissolved organic Carbon (DOC)

Mineral Cycles กระบวนการที่เปลี่ยน Organic material ให้เป็น Inorganic mineral = Mineralization Mineral Cycles Heterotrophic bacteria Chemosynthesis Anaerobic bacteria

Nitrogen Nitrogen cycle ในทะเลมีความซับซ้อนเพราะมีหลายรูปแบบ และมีกระบวนการเปลี่ยนรูปที่ซับซ้อน Nitrite (NO2) - Dissolved molecular nitrogen (N2) Inorganic form of ammonia (NH4) + Nitrate (NO3) - Nitrogen regeneration ในมวลน้ำมาจากกิจกรรมของแบคทีเรีย และการขับถ่ายของ Marine animals

Nitrification เกิดโดย Nitrifying bacteria Cyanobacteria Nitrification เกิดโดย Nitrifying bacteria Denitrification เกิดโดย Denitrifying bacteria มักเกิดในAnoxic sediment

แหล่ง Nitrogen ที่ใช้สร้าง Primary production Regenerated N เป็น N ที่หมุนเวียนจาก Organic material ใน Euphotic zone (มักจะมาในรูปของ Ammonia & Urea) New N เป็น N ที่มาจากภายนอก มาจาก Deep water (มักเป็น Nitrate) การเปรียบเทียบ Regenerated N & New N ใช้วิเคราะห์ Sustainable fish harvest ได้ ในเขต Oligotrophic จะมีการนำน้ำจากด้านล่างขึ้นมา Euphotic zone น้อย ทำให้มี New N น้อยมาก ในเขต Upwelling มีสภาพตรงกันข้ามทำให้มี New N มาก

f-ratio ประมาณ 0.1 ใน Oligotrophic สัดส่วนของ New Production = Total Production f-ratio f-ratio ประมาณ 0.1 ใน Oligotrophic สูงถึง 0.8 ใน Upwelling ค่าเฉลี่ยของมหาสมุทรคือ 0.3-0.5

Carbon C เป็นธาตุอีกชนิดหนึ่งที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตแต่มีไม่จำกัด pH SW 8 + 0.5 Buffered solution C เป็นธาตุอีกชนิดหนึ่งที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตแต่มีไม่จำกัด Equilibrium chemical reaction 0.23 ml/l 45 ml total CO2/l (SW)

Marine organisms บางชนิดจะจับ Calcium กับ Carbonate ions ด้วยกระบวนการ Calcification เพื่อสร้างโครงสร้างหินปูน CaCO3 จะอยู่รูปของ Calcite , Aragonite เมื่อสิ่งมีชีวิตตาย โครงสร้างนี้จะจมและละลายน้ำ CO2 ก็จะถูก ปล่อยออกมาในน้ำ หรือจมอยู่ในตะกอนดิน

กระบวนการทางชีววิทยามีความสำคัญต่อ C cycle และสมดุล ของ CO2 3 ประการคือ Limestone 50 x 105 tonnes of CO2 Organic sediment 12 x 105 tonnes of CO2 (1) ปริมาณ CO2 ที่อยู่ใน FC ขึ้นกับว่ามี New Nเข้ามาในเขต Euphotic zone เพื่อการสังเคราะห์แสงมากน้อยแค่ไหน Dissolved inorganic carbonate 35 x 105 tonnes of CO2 (2) ปริมาณ CO2 จะหายไปอย่างถาวรโดยสะสมในตะกอน ขึ้นกับกระบวนการทางเคมี นิเวศวิทยา ตะกอนในทะเลลึก และ Bacterial loop ซึ่ง recycle DOC & POC (3) ปริมาณ CO2 ใน Carbonate skeletons ของ Mar Organisms ที่เกิดมานาน เป็นกระบวนการเก็บกัก CO2 ที่สำคัญ