생물지구화학적 순환

3. 구성 영역

생물지구화학적 순환은 지구 시스템을 구성하는 주요 영역들 사이에서 일어난다. 지구는 크게 5개의 영역(권)으로 나눌 수 있다.

• 생물권
• 수권
• 토양권
• 대기권
• 암석권(리소sphere)

4. 주요 순환

생물지구화학적 순환은 지구 상의 화학 물질이 생물권, 대기권, 수권, 암석권을 통해 순환하는 과정을 말한다. 이 순환은 생명 유지에 필수적이며, 다양한 화학 물질에 따라 여러 가지 형태로 나타난다. 그중 가장 잘 알려져 있고 중요한 순환은 다음과 같다:

• 탄소의 순환
• 질소의 순환
• 산소의 순환
• 인의 순환
• 황의 순환
• 물의 순환

• 생물권
• 수권
• 토양권
• 대기권
• 암석권(리소osphere)

4. 1. 탄소 순환

4. 2. 질소 순환

4. 3. 인 순환

4. 4. 황 순환

4. 5. 물 순환

• 증발: 태양 에너지에 의해 지표면의 물이 수증기로 변하여 대기 중으로 이동한다.
• 응결: 대기 중의 수증기가 냉각되어 작은 물방울이나 얼음 결정으로 변한다.
• 강수: 응결된 물방울이나 얼음 결정이 충분히 커지면 비, 눈, 우박 등의 형태로 지표면에 떨어진다.
• 침투: 지표면에 떨어진 물의 일부는 땅속으로 스며들어 지하수가 된다.
• 흐름: 지표면이나 지하의 물은 강, 호수, 바다 등으로 흘러간다.

4. 6. 산소 순환

4. 7. 수은 순환

5. 모델링

상자 모델은 생물지구화학 시스템을 모델링하는 데 널리 사용되는 방법이다.^[24][25] 이 모델은 복잡한 시스템을 단순화하여, 화학 물질을 담는 상자(저장소)와 물질의 흐름(플럭스)을 연결하는 방식으로 표현한다. 간단한 상자 모델은 부피와 같은 속성이 시간에 따라 변하지 않는 소수의 상자로 구성되며, 각 상자 안의 물질은 균일하게 섞여 있다고 가정한다.^[25] 이러한 모델은 종종 관련 화학 종의 역학과 정상 상태의 양을 설명하는 분석 공식을 도출하는 데 사용된다.

왼쪽 그림은 해양 탄소 흐름의 단순화된 예산을 보여주는 3-상자 모델이다. 이 모델은 유광층, 해양 내부 (어두운 해양), 그리고 해양 퇴적물의 세 상자로 구성된다. 유광층에서는 순 식물 플랑크톤 생산이 매년 약 50Pg이다. 약 10Pg이 해양 내부로 유출되고, 나머지 40Pg은 호흡된다. 유기 탄소 분해는 입자 (해양 눈)가 해양 내부를 통과하여 가라앉으면서 발생한다. 결국 2Pg만이 해저에 도달하고, 나머지 8Pg은 어두운 해양에서 호흡된다. 퇴적물에서는 분해에 사용 가능한 시간 규모가 수십 배 증가하여 전달된 유기 탄소의 90%가 분해되고, 단지 0.2Pg만이 매몰되어 생물권에서 지권으로 이동한다.^[26]

6. 빠른 순환과 느린 순환

생물지구화학적 순환은 속도에 따라 빠른 순환과 느린 순환으로 구분할 수 있다. 빠른 순환은 생물권에서 작동하며, 수년 내에 완료될 수 있다. 이 순환은 물질을 대기에서 생물권으로 이동시킨 후 다시 대기로 되돌린다.^[31] 예를 들어, 빠른 탄소 순환은 환경과 생물권의 생물체 사이의 비교적 단기적인 생지화학적 과정을 포함한다. 여기에는 대기와 육상 및 해양 생태계, 토양 및 해저 퇴적물 사이의 탄소 이동이 포함된다. 빠른 순환에는 광합성을 포함하는 연간 순환과 식생 성장 및 분해를 포함하는 10년 주기 순환이 포함된다.^{[35][32][33][34]}

참조

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