Hin und zurück, eine Reise vieler Wege: Konzeptualisierung des marinen organischen Kohlenstoffkreislaufs,There and back again, a journey of many pathways:conceptualising the marine organic carbon cycle
Das Verständnis und die Bestimmung der Wege, die organischer Kohlenstoff (OC) im Ozean nimmt, ist eine der dringlichsten Aufgaben unserer Zeit, da das Schicksal von OC im Ozean mit dem Klimasystem und der Funktionalität mariner Ökosysteme verbunden ist. Die Vielzahl und Komplexität dieser Wege wird in der Regel mit ausgefeilten, meist quantitativen Methoden untersucht, die sich auf einzelne Wege konzentrieren, um deren Wechselwirkungen und Prozesse so realistisch wie möglich aufzulösen. Zusätzlich zu diesen Ansätzen zum Verständnis und zur Nachbildung der Komplexität besteht die Notwendigkeit, Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den einzelnen Stoffwechselwegen zu ermitteln und ihre übergreifenden Strukturen zu definieren. Solche Strukturen können einen Rahmen für die wachsende Zahl von sich teilweise überschneidenden Konzepten bieten, mit denen ausgewählte OC-Pfade konzeptualisiert werden, und systematischere Vergleiche und eine konsistentere Kommunikation fördern, insbesondere zwischen verschiedenen Disziplinen. Als Antwort darauf schlagen wir ein (visuelles) Konzept vor, in dem wir solche übergeordneten "Strukturen" definieren, indem wir marine OC-Pfade auf der Grundlage ihrer Prozessabfolgen und der Schichten des Meeressystems, in denen sie wirken, vergleichen und verdichten. Die sich daraus ergebenden Strukturen umfassen "geschlossene Kreisläufe", drei Remineralisierungs- und zwei recalcitrant dissolved organic carbon (rDOC)-Schleifen, die sich innerhalb des Meeressystems schließen, und "offene Kreisläufe", die Wege kondensieren, die das Meeressystem in Richtung Atmosphäre oder tiefere Sedimentschichten verlassen. Darüber hinaus bieten wir eine Synthese von eingebetteten Prozessen, OC-Pools und prozessdurchführenden Organismen (Agenten), die in diesen Kreisläufen eingebettet sind. Indem wir eine Definition der biologischen Kohlenstoffpumpe (BCP) in unser Konzept übersetzen, zeigen wir, wie die Anwendung und Diskussion unserer definierten Strukturen eine konsistente Visualisierung, einen systematischen Vergleich unterschiedlich gelöster Konzepte und Studien und deren Integration in das Gesamtbild des marinen OC-Kreislaufs erleichtern. Als Ergänzung zu quantitativen Studien und Beschreibungen einzelner Pfade zerlegt unser Konzept die Komplexität der OC-Pfade durch die Definition neuer universeller Strukturen. Diese Strukturen bilden ein Skelett, das an unterschiedliche Systeme angepasst und von den Nutzern mit Leben gefüllt werden kann.
Understanding and determining the pathways that organic carbon (OC) takes in the ocean is one of the pressing tasks of our time, as the fate of OC in the ocean is linked to the climate system and the functionality of marine ecosystems. The multitude and complexity of these pathways are typically investigated with sophisticated, mainly quantitative, methods focused on individual pathways in order to resolve their interactions and processes as realistically as possible. In addition to these approaches towards understanding and recreating complexity, there is a need to identify commonalities and differences between individual OC pathways and define their overarching structures. Such structures can provide a framework for the growing number of partly overlapping concepts, which conceptualise selected OC pathways, and promote more systematic comparisons and consistent communication, especially between different disciplines. In response, we propose a (visual) concept in which we define such higher-level “structures” by comparing and condensing marine OC pathways based on their sequences of processes and the layers of the marine system in which they operate. The resulting structures comprise “closed loops”, three remineralisation and two recalcitrant dissolved organic carbon (rDOC) loops that close within marine systems, and “open loops”, condensing pathways leaving the marine system for the atmosphere or deeper sediment layers. In addition, we provide a synthesis of embedded processes, OC pools, and process-performing organisms (agents) embedded in these loops. By translating a definition of the biological carbon pump (BCP) into our concept, we show how the application and discussion of our defined structures facilitate a consistent visualisation, a systematic comparison of differently resolved concepts and studies, and integration of these into the larger picture of the marine OC cycle. As a complement to quantitative studies and descriptions of individual pathways, our concept decomposes the complexity of OC pathways by defining new universal structures. These structures provide a skeleton that can be adapted to different systems and filled with life by the users.