Ocean acidification and anthropogenic carbon in the eastern mediterranean sea and the effects of acidification on marine organisms
Doğu akdeniz'de okyanus asitlenmesi ve antropojenik karbon ve asitlenmenin deniz organizmalarına etkileri
- Tez No: 988649
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KORAY ÖZHAN, DR. VALERIA IBELLO
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Deniz Bilimleri, Marine Science
- Anahtar Kelimeler: Doğu Akdeniz bölgesi, Fitoplanktonlar, Kalsiyum karbonat, Okyanus asitlenmesi, Eastern Mediterranean region, Phytoplanktons, Calcium carbonate, Ocean acidification
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Deniz Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Okyanus asitlenmesi (OA), atmosferik karbondioksit (CO₂) seviyelerinin artışıyla tetiklenen ve okyanuslarımızı etkileyen kritik bir sorundur. Doğu Akdeniz (Eastern Mediterranean Sea - EMS), Levantin Ara Tabaka Suyu (Levantine Intermediate Water - LIW) oluşumundaki önemli rolüne, tamponlama kapasitesindeki farklılıklarına ve devam eden okyanus asitlenmesi süreçlerine rağmen, karbonat sistemi ve OA etkileri açısından yeterince araştırılmamıştır. Bu çalışma, Doğu Akdeniz'in kuzeydoğu Levant Baseni'nde karbonat sistemine yönelik ilk kapsamlı mekânsal ve zamansal değerlendirmeyi sunarak, Toplam Alkalinite (Total Alkalinity - TA), Çözünmüş İnorganik Karbon (Dissolved Inorganic Carbon - DIC) ve Antropojenik Karbon (CANT) için önemli referans verileri sağlamaktadır. Çalışma kapsamında ölçülen ortalama TA değeri 2622,11 μmol/kg olup, yaz aylarında yüzey sularında, yüzeydeki tuzluluk maksimumuna neden olan güçlü buharlaşma ile birlikte, daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca, TA'nın derinlikle azaldığı belirgin bir dikey gradyan gözlemlenmiştir. Sıcak ve kuru meteorolojik koşullar, artan tuzluluk ve TA seviyelerine etki ederek su kolonunda mevsimsel ve dikey farklılıklara yol açmaktadır. Ortalama DIC değeri 2291,23 μmol/kg olarak hesaplanmıştır. TA'dan farklı olarak, yüzey sularındaki DIC değerleri kış aylarında yaz aylarına kıyasla daha yüksek bulunmuştur. Kış aylarında DIC'in artışı, termodinamik denge ve yüzey sularındaki dikey karışımla ilişkilendirilmiştir. Bu çalışma ayrıca, derin katmanlara sızan antropojenik karbon (CANT) varlığını da araştırmıştır. Ortalama CANT konsantrasyonu 52,07 μmol/kg olarak hesaplanmış ve su kolonu boyunca önemli ölçüde azaldığı belirlenmiştir. Bu bulgular, insan faaliyetlerinin Akdeniz'in ara ve derin katmanları üzerindeki devam eden etkisini doğrulamaktadır. Geçmişteki karbonat sistemi dinamiklerini yeniden yapılandırmak amacıyla, TA ve DIC'in tuzluluk (S) ve sıcaklık (T) ile ilişkileri belirlenmiştir. Orta Doğu Teknik Üniversitesi - Deniz Bilimleri Enstitüsü (METU-IMS) Erdemli Zaman Serisi (ETS) istasyonlarından on yıl boyunca aylık olarak toplanan uzun vadeli veriler analiz edilerek, TA, DIC, pH üzerindeki mevsimsel ve zamansal değişimler ortaya konmuştur. Kıyı istasyonu, yerel çevresel değişimlere duyarlılığını yansıtan belirgin eğilimler gösterdi. Buna karşılık, açık deniz istasyonu minimum değişkenlik sergileyerek mevsimsel ve uzun vadeli dalgalanmalara karşı daha büyük bir istikrar gösterdi. Bu sonuçlar, kıyı sularının karbonat sistemi değişikliklerine karşı daha hassas olduğunu, açık deniz sularının ise daha istikrarlı kaldığını vurgulamaktadır. Karbonat kimyasının ve asitlenme seviyelerinin anlaşılması, deniz ekosistemleri üzerindeki etkilerin değerlendirilmesi açısından kritik öneme sahiptir. Karbonat kimyasının karakterizasyonuna ek olarak, bu çalışma OA'nın Akdeniz ekosisteminin iki temel organizması olan fitoplanktonlar ve midyeler üzerindeki biyolojik etkilerini de araştırmaktadır. Bu çalışma, asidifikasyonun kalsifiye organizmalar üzerindeki etkilerini, ana deniz ürünleri türleri üzerindeki uzun vadeli etkilerinin anlaşılmasına yönelik küresel bir program çerçevesinde ve adaptasyon stratejilerini keşfetmek amacıyla yapılan bir araştırmayla daha da derinlemesine incelemiştir. Çalışmada, OA'nın deniz kalsifiyelerinden, özellikle Akdeniz midyesi (Mytilus galloprovincialis) üzerindeki uzun vadeli (6 ay süren deney) fizyolojik etkilerine odaklanılmıştır. Mytilus galloprovincialis, Türkiye'de bol miktarda bulunan ve en çok tüketilen balık dışı deniz türlerinden biridir. Sonuçlar, OA'nın midye sağlığı ve hayatta kalma oranları üzerinde önemli bir tehdit oluşturduğunu göstermektedir. Azalan pH seviyeleri, hayatta kalma oranlarını olumsuz etkilerken, temizleme hızı, kondisyon endeksi, solunum ve bir radyoizotop olan 210Po'nun dağılımı gibi diğer fizyolojik parametrelerde önemli bir değişim gözlemlenmemiştir. Ancak, lipid içeriği ve bağışıklık yanıtı etkilenmiştir. Oksijen tüketimi, özellikle düşük pH seviyelerinde zamanla azalmıştır. Bu çalışma, OA'nın ticari açıdan önemli olan midye türünün uygunluğuna potansiyel riskler sunduğunu vurgulamaktadır ve gelecekte OA'nın bu ana deniz ürünü türünü ve bağlı ekosistemleri etkileyeceğini önermektedir. Oluşturulan temel veriler gelecekteki izlemeler için kritik öneme sahip olup, deniz organizmalarının ve ekosistemlerinin devam eden OA'ya karşı savunmasızlığına dair değerli bilgiler sağlıyor. Bu tez, kimyasal, biyolojik ve ekolojik perspektifleri birleştirerek EMS'deki OA'nın kapsamlı bir değerlendirmesini sunar. Karbonat sistemi değişkenleri için temel verileri oluşturur ve tuzluluk, sıcaklık ve karıştırma süreçlerinden etkilenen belirgin mekansal ve zamansal değişimleri ortaya çıkarır. Bu çalışma, karbonat kimyasındaki değişiklikleri birincil üreticilerdeki ve ticari açıdan hayati önem taşıyan bir kabuklu deniz hayvanı türündeki fizyolojik tepkilerle ilişkilendirerek, EMS'de OA'nın ekolojik ve ekonomik etkilerini vurgulamaktadır. Bulgular, deniz ekosistemlerini ve ticari açıdan önemli türleri korumak için sürekli araştırma ve azaltma çabalarına olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Bu bütünleşik yaklaşım, devam eden OA'ya karşı deniz organizmalarının ve ekosistemlerinin duyarlılığı hakkında değerli bilgiler sunarak, bu araştırmanın Akdeniz açısından önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Ocean acidification (OA), driven by rising atmospheric carbon dioxide (CO2) levels, is a critical issue affecting our oceans. The Eastern Mediterranean Sea (EMS) remains poorly understood in terms of the carbonate system and the impact of OA, despite its key role in Levantine Intermediate Water (LIW) formation and its peculiar characteristics in buffering capacity and ongoing OA. This study provides the first comprehensive spatial and temporal assessment of carbonate system in the North-Eastern Levantine Basin, in EMS, providing essential reference data for Total Alkalinity (TA), Dissolved Inorganic Carbon (DIC), and Anthropogenic Carbon (CANT). The mean TA of the measurements was 2622.11 μmol/kg, with higher surface values in summer, reflected also in the surface salinity (S) maximum caused by strong evaporation. A clear vertical gradient was observed, with TA decreasing with depth. Hot and dry meteorological conditions contribute to increased S and TA, resulting in seasonal and vertical variations in the water column. The mean DIC of the measurements was 2291.23 μmol/kg. In contrast to the observations for TA, surface DIC values were higher in winter than in summer. The higher DIC values in winter are attributed to thermodynamic equilibrium and vertical mixing in the surface waters. This study has also investigates the presence of CANT, has infiltrated deep layers, with a mean concentration of 52.07 μmol/kg, decreasing significantly throughout the water column. These findings confirms the ongoing influence of human activities on intermediate and deep layers in EMS. To reconstruct past carbonate system dynamics, the relationships of TA and DIC were determined with salinity (S) and temperature (T) data. Long-term data from METU-IMS Erdemli Time Series (ETS) stations, collected monthly for a decade, provided valuable findings into seasonal patterns and temporal shifts in TA, DIC, and pH. The coastal station displayed clear trends in the carbonate system over time, reflecting its sensitivity to local environmental changes. In contrast, the offshore station exhibited minimal variability, indicating greater stability against seasonal and long-term fluctuations. These results highlight the heightened vulnerability of coastal waters to carbonate system changes, while offshore waters remain more stable. Understanding carbonate chemistry and acidification levels is crucial for assessing impacts on marine life. In addition to the characterization of carbonate chemistry, this study also explores OA's biological impacts on two key organisms of the Mediterranean ecosystem: phytoplankton and mussels. Firstly, effects of elevated CO₂ on phytoplankton, an essential primary producer in aquatic food webs and global biogeochemical cycles are explored. Specifically, the study explores the impacts on phytoplankton physiology, focusing on growth rates, respiration, and photopigment content in selected species from the coccolithophores, dinoflagellates, and diatoms groups. While growth rates and respiration remained relatively stable under reduced pH conditions, photopigment content was significantly influenced by changes in seawater pH, highlighting the importance of considering environmental influences on photopigment composition. The study further investigated the effects of acidification on calcifying organisms through a global program aimed at understanding the long-term effects of acidification on key seafood species and exploring adaptation strategies with a collaborative approach. This study focused on the long-term (6 months long experiment) physiological impacts of OA on marine calcifiers, specifically Mediterranean mussel, Mytilus galloprovincialis, an abundant species and one of the most consumed non-fish marine species in Türkiye. Results indicate that OA poses a substantial threat to mussel health and survival. Reduced pH levels negatively impacted survival rates, while other physiological parameters like clearance rate, condition index, respiration, and the distribution of a radionuclide, 210Po, did not significantly change. However, lipid content and immune response were affected. Oxygen consumption decreased over time, especially at lower pH. This study underscores the potential risks of OA to the fitness of the commercially important mussel species, indicating that future OA may impact both this key seafood species and its associated ecosystems. The established baseline data are crucial for future monitoring and provide valuable insights into the vulnerability of marine organisms and ecosystems to ongoing OA. By integrating chemical, biological, and ecological perspectives, this dissertation offers a comprehensive assessment of OA in EMS. It establishes baseline data for carbonate system variables, revealing distinct spatial and temporal variations influenced by S, T, and mixing processes. By linking changes in carbonate chemistry to physiological responses in primary producers and a commercially vital shellfish species, this study highlights the ecological and economic impacts of OA in EMS. The findings emphasize the need for continued research and mitigation efforts to protect marine ecosystems and commercially important species. This integrated approach provides valuable insights into the vulnerability of marine organisms and ecosystems to ongoing OA, underscoring the significance of this research for the Mediterranean Sea.
Benzer Tezler
- AB iklim değişikliği politikaları bağlamında bisikletli ulaşımın değerlendirilmesi
Evaluation of cycling in the context of EU climate change policies
FATIMA ZEHRA ZENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Şehircilik ve Bölge PlanlamaYıldız Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESİN ÖZLEM AKTUĞLU AKTAN
- Okyanus asitlenmesinin manila kum midyesinde (Ruditapes philippinarum) 57Co ve 134Cs biyobirikimine etkilerinin araştırılması
Investigation of the impacts of ocean acidification on 57Co and 134Cs bioaccumulation in manila clam (Ruditapes philippinarum)
HASAN OĞUZ KOCAOĞLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Biyolojiİstanbul ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BELİVERMİŞ
- Mercanların okyanus asitlenmesine ve ısınmasına karşı fenotipik esnekliğinde epigenetik kontrolün rolü
The role of epigenetic control in the phenotypic resilience of corals to ocean acidification and warming
SELCAN DEMİRALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Biyolojiİstanbul ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BELİVERMİŞ
DOÇ. DR. HASAN BARIŞ ÖZALP
- Asitlenme, deoksijenasyon ve mikroplastiklerin midyedeki (mMytilus galloprovincialis) fizyolojik etkileri üzerine laboratuvar çalışmaları
Laboratory studies on the physiological effects of acidification, deoxygenation and microplastics in mussel (Mytilus galloprovincialis)
BETÜL DERE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Biyolojiİstanbul ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BELİVERMİŞ
- Okyanus asitlenmesinin deniz omurgasızlarında radyonüklid biyobirikimine etkileri
Effects of ocean acidification on radionuclide bioaccumulation in marine invertebrates
NARİN SEZER