Impacts of airborne volcanic ash on the surface ocean biogeochemistry and marine ecosystems
Havadan taşınan volkanik külün yüzey okyanusu biyojeokimyası ve deniz ekosistemleri üzerindeki etkileri
- Tez No: 953548
- Danışmanlar: PROF. DR. MARTIN FRANK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Deniz Bilimleri, Marine Science
- Anahtar Kelimeler: Açık deniz, High sea
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Chrıstıan-Albrechts-Unıversıtat Zu Kıel
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Jeoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüzey okyanusundaki besin elementlerinin bulunabilirliği, denizel birincil üretkenliği (marine primary productivity, MPP) etkiler ve atmosfer, küresel okyanusun ışıklı tabakasına (eufotik zona) önemli bir besin kaynağı sağlar. Volkanik patlamalar, atmosferik taşınım yoluyla okyanusa volkanik kül taşıyabilir ve kül parçacıklarının deniz suyunda kısmen çözünmesi, okyanus için biyolojik olarak önemli elementlerin sağlanmasına katkıda bulunabilir. Okyanusa yüksek miktarda volkanik kül girişi olmasına rağmen, volkanik patlamaların yüzey okyanusu biyojeokimyası üzerindeki rolü büyük ölçüde göz ardı edilmiştir. Bu çalışmanın temel amacı, patlayıcı volkanik patlamaların yüzey okyanusundaki besin konsantrasyonları üzerindeki olası etkilerini ve bu durumun farklı okyanus bölgelerinde (besince zengin ya da fakir alanlarda) denizel birincil üretkenlik (MPP) ile denizel besin ağı üzerindeki etkilerini değerlendirmektir. Temiz laboratuvar koşullarında elde edilen, volkanik külden salınan besin elementlerine dair yeni jeokimyasal veriler ile uzun dönemli ya da büyük ölçekli tekil volkanik patlamalar sırasında deniz ortamına taşınan kül miktarına dair tahminler birleştirilerek, bu çalışma volkanik kül çökellerinin denizel besin döngülerindeki rolünü, çöl tozu gibi diğer büyük kaynaklarla karşılaştırmalı olarak ele almaktadır. Ayrıca, büyük ölçekli kül örtüsü altında kalan bölgelerde yüzey okyanusundaki artan fitoplankton bolluğunun, denizel besin ağını (örneğin zooplankton ve somon balığı bolluğu) etkileyebileceği ortaya konulmaktadır. Volkanik kül ilavesiyle fitoplankton topluluk yapısında yaşanabilecek değişimler, biyojenik materyalin derin okyanusa taşınımını etkileyebilir ve bu durum uzun vadede karbon döngüsünü de etkileyebilir. İlk makale, volkanik külün biyojeokimyasal demir döngüsündeki rolünü ele almaktadır. Deniz suyu ve tatlı suda volkanik kül kaynaklı demir çözünürlüğüne dair verilerin özeti sunulmakta, aynı zamanda çözünürlüğü etkileyebilecek önemli parametreler (örneğin çözeltinin pH'sı, tane boyutu) tartışılmaktadır. Bu çalışma, bu yeni araştırma alanındaki cevaplanmamış sorulara ışık tutmakta ve gelecekteki çalışmalar için öneriler sunmaktadır. İkinci makale, volkanik külün özellikle yüksek besinli ama düşük klorofilli (HNLC) bölgeler üzerindeki göreli etkisini Pasifik Okyanusu'na odaklanarak incelemektedir. Pasifik Ateş Çemberi'ndeki dalma-batma zonu volkanlarından ve sıcak nokta (hotspot) volkanlarından toplanan çok sayıda kül örneğinden, temiz laboratuvar ortamında demir salınımı analizleri yapılmıştır. Deniz sondaj karotları verisi kullanılarak Pasifik Okyanusu'na binyıllık zaman ölçeğinde taşınan kül akısı tahmin edilmiştir. Bu kül ve ilişkili demir akısının önemi, Pasifik Okyanusu'na taşınan mineral toz akısıyla karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Çalışma, volkanik külün Pasifik yüzey okyanusu biyojeokimyasal demir döngüsü için önemli fakat bugüne kadar yeterince dikkate alınmamış bir atmosferik demir kaynağı olduğunu göstermektedir. Uydu verileri, 2008 Kasatochi patlamasının, kül düşüş bölgesinde (kuzeydoğu Pasifik) büyük bir fitoplankton patlamasına neden olduğunu ortaya koymuştur (Langmann et al., 2010). Üçüncü makale, bu patlamanın denizel besin ağı üzerindeki olası etkilerine odaklanmaktadır. Jeokimyasal veriler, Kasatochi küllerinden salınan demir miktarının demir açısından sınırlı olan kuzeydoğu Pasifik'i demirle gübrelemeye yetecek düzeyde olduğunu göstermektedir. Ayrıca çalışma, bu patlamanın Fe gübrelemesi yoluyla fitoplankton büyümesini ve zooplankton bolluğunu artırarak, 2010 yılında Fraser Nehri'ndeki beklenmedik somon bolluğunda ve sockeye somonlarının denizel hayatta kalma başarısındaki artışta etkili olup olmadığını değerlendirmektedir. Dördüncü makale, Etna Yanardağı'ndan yayılan külün, düşük besinli ve düşük klorofilli (LNLC) bir bölge olan Akdeniz yüzey okyanusu üzerindeki etkilerini araştırmaktadır. Bu amaçla, Etna Dağı'ndan toplanan 13 kül örneğiyle deniz suyunda besin sızdırma (leaching) deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, 4 Kasım 2002 tarihli büyük bir Etna patlaması örnek olay olarak ele alınarak, volkanik külün volkandan olan uzaklığa bağlı olarak Akdeniz'e düşüş miktarı tahmin edilmiştir. Çalışma, Etna külünün fosfat, demir ve sabit azot (örneğin nitrat) girdisi sağlayarak oligotrofik Akdeniz'de MPP üzerinde potansiyel etkiler yaratabileceğini göstermektedir. Etna'dan gelen kül çökellerinin biyojeokimyasal etkisi, volkanın 400 km rüzgaraltı (downwind) mesafesine kadar ulaşabilmektedir. Son makale ise laboratuvar deneylerinde volkanik külün farklı fitoplankton türleri üzerindeki gübreleyici ve/veya toksik etkilerine odaklanmaktadır. Diatom türü Thalassiosira pseudonana, külle gübrelenmiş deniz suyunda genellikle daha yüksek büyüme oranları göstermiştir. Buna karşılık, coccolithophorid türü Emiliania huxleyi ise ya hiç yanıt vermemiş ya da büyüme üzerinde olumsuz etki göstermiştir. Bu çalışma, volkanik kül düşüşlerinin fitoplankton topluluk yapısını değiştirebileceğini ve kül etkisi altındaki bölgelerde diatom baskınlığının artabileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Şunu dedin: The availability of nutrients in the surface ocean affects the marine primary productivity (MPP), and the atmosphere represents an important source of nutrients to the euphotic zone of the in the global ocean. Volcanic eruptions, can through atmospheric transport, deposit volcanic ash into the ocean and partial dissolution of ash particles in seawater can provide biologically relevant elements for the ocean. Despite the high input of volcanic ash into the ocean, the role of volcanic eruptions in the surface ocean biogeochemistry was largely overlooked. The primary goal of this study is to evaluate the possible impact of explosive volcanic eruptions on the surface ocean nutrient and its influence on MPP in different oceanic regions (in high- and low-nutrient, low production areas), and influence on the oceanic food-web. By using new clean-laboratory-based geochemical nutrient release data from volcanic ash, and estimates of the marine flux of volcanic ash over long-term periods and/or during single major eruptions, the study provides a new constraints on the importance of volcanic ash deposition for marine nutrient-cycles compared to other major sources such as desert dust. It is also indicated that increased phytoplankton abundance in the surface ocean in large-scale ash fall-out regions can impact the marine food-web (e.g., the increased abundance of zooplankton and salmon fish). Shifts in the phytoplankton community upon addition of volcanic ash can influence the export of biogenic material into the deep ocean, and may eventually affect the carbon cycle. The first paper reviews the role of volcanic ash for the biogeochemical iron-cycle. It provides a summary of iron solubility of volcanic ash in seawater and freshwater. Also discussed are the important parameters that may affect the iron-solubility from volcanic ash (e.g., solution pH, grain size). The study illuminates unanswered important questions within this new research field and provides recommendations for future studies. The second paper examines the relative importance of volcanic ash on the highnutrient, low-chlorophyll (HNLC) regions with a focus on the Pacific Ocean. Fe-release of a large number of volcanic ash samples from subduction zone volcanoes from the Pacific Ring of Fire and also hot spot volcanoes were determined in clean-laboratories. By using marine drill core data, the millennial-scale volcanic ash flux into the Pacific Ocean is estimated. The significance of ash- and related iron-fluxes is evaluated by comparing with the flux from mineral dust into the Pacific Ocean. The study shows that volcanic ash is an important but hitherto underestimated atmospheric iron-source for the Pacific surface ocean biogeochemical iron-cycle. Satellite data demonstrated that the 2008 Kasatochi eruption caused a massive phytoplankton bloom occurring in the ashfall region in the northeast Pacific (Langmann et al. 2010). The third manuscript focuses on the impact the 2008 Kasatochi eruption may have had on the marine food-web. The study provides geochemical evidence that the iron-release from Kasatochi volcanic ash was sufficient to iron-fertilize the iron-limited northeast Pacific. Moreover, it evaluates whether the Kasatochi eruption through Fe fertilization and increased phytoplankton growth and zooplankton abundance was ultimately responsible for significantly enhancing the marine survival of sockeye salmon and the unexpected salmon flood in the Fraser River in 2010. The fourth manuscript investigates the impacts of Etna volcanic ash fall-out on the Mediterranean surface ocean, a low-nutrient, low-chlorophyll (LNLC) region. I did nutrient leaching experiments in seawater with thirteen ash samples from Mount Etna. Moreover, I estimated the volcanic ash flux in the Mediterranean Sea (4 November 2002 eruption, as a case study) as a function of distance from the volcano in order to evaluate the impact of a major Etna eruption. The study highlights the importance of phosphate, iron and fixed nitrogen (e.g., nitrate) supply by the Etna volcanic ash fall potentially impacting the MPP in the oligotrophic Mediterranean Sea. The biogeochemical impact of ash fall from Etna volcano can cover distances as far as 400 km downwind from the volcano. The last manuscript focuses on the fertilizing and/or toxic effects of the volcanic ash on different phytoplankton species in laboratory experiments. The diatom species Thalassiosira pseudonana generally showed higher growth rates in seawater fertilized with volcanic ash, whereas coccolithophoride species Emiliania huxleyi showed either no or negative response. The study indicates that volcanic ash fall-out can cause changes in the phytoplankton community structure, leading to diatom domination in the ash fall-out regions.
Benzer Tezler
- Effect of chymotrypsin on M1 type pyruvate kinase from rabbit muscle and L-type from sheep liver
Başlık çevirisi yok
NİLAY BAŞARAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
BiyokimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MERAL YÜCEL
- Devlet Malzeme Ofisi satış maliyeti ve satış hasılatı trend analizi
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA BEREKET
- Tarımda sulamanın üretim yapısı, girdi kullanımı ve ekonomik faaliyet sonuçları üzerine etkileri
The Impacts of the irrigation on cropping pattern, production technology, input demand and farm incame in agriculture
FATMA DOĞRUEL
