海洋去氧化

海洋中溶解氧的分布是氧气溶解度、海气界面交换、大洋环流 / 混合及群落生产的结果。海水中氧气的供给是影响海洋生物（包括微生物）分布、丰度、代谢活性和生存的主要因素。海洋中溶解氧浓度的区域差异很大，从南极附近海区的超过500μmol/kg到黑海某些地方的永久厌氧水（溶解氧浓度为0）。全球海洋溶解氧浓度平均约为178μmol/kg。海洋中的大部分呼吸是由细菌氧化溶解有机物贡献的。缺氧水体，一般指的是水体中的溶解氧浓度低于 60μmol/kg，占整个海洋水体的5%（7.6×1016m3）。氧最小带（OMZs），指的是氧气浓度＜22μmol/kg，大约有30×106 km2。中低纬度海洋中层的氧最小带在过去的50年里扩展。溶解氧的降低速度达到每年0.1到0.3μmol/kg。同时，人类活动通过河流和降水带给近海和陆架海区大量的营养盐和污染物，这也加重了这些海区的去氧化，极端的情况下引起“死区”（当然这是对大型生物而言，微生物依然可以存活）。2008年全球报告了超过400个死区，而20世纪90年代只有300个，80年代则只有120个。全球变化可能进一步加速海洋的去氧化。预计到21世纪末，因为富营养化引起的缺氧会增加30%～70%。此外，全球升温也会增加细菌呼吸、加剧层化，从而降低溶解氧含量。

在无氧的环境中，细菌可以利用其他的电子受体，如硝酸盐、铁离子、镁离子、硫酸盐、CO2等。最近发现有些细菌可以在纳摩尔级别的溶解氧中进行有氧生长，这对OMZ的形成具有重要的启示。当维持细菌代谢的有机物供给超过溶解氧的供给，就可以形成OMZ，同时伴随着CO2分压的上升。海洋中氮的生物地球化学循环很大程度上取决于微生物，主要是细菌和古菌的氧化还原反应，其中反硝化在OMZ非常普遍。此外，一种潜在的温室气体氧化亚氮（N2O）是硝化和反硝化的产物。控制氮循环的主要因素包括溶解氧浓度及有机物供给。当溶解氧低而有机物浓度高，反硝化就容易发生。全球OMZ中细菌主导的反硝化过程具有区域性，一些海区（如黑海、东赤道南太平洋、ETSP）自养的Annamox占主导并产生氮气，但在阿拉伯海，异养反硝化占主导，产生氧化亚氮。