Ρόλος της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης συστατικών και ιχνοστοιχείων στην παραγωγικότητα της νοτιο-ανατολικής Μεσογείου

 
This item is provided by the institution :
University of Crete
Repository :
E-Locus Institutional Repository
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share



2008 (EN)
Role of atmospheric deposition of nutrients in the seawater productivity in the South-Eastern Mediterranean
Ρόλος της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης συστατικών και ιχνοστοιχείων στην παραγωγικότητα της νοτιο-ανατολικής Μεσογείου

Μαρκάκη, Ζαμπία Ν
Markaki, Zampia

Μιχαλόπουλος, Νικόλαος

Η παρούσα μελέτη στοχεύει να διερευνήσει το ρόλο της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης των διαλυτών μορφών θρεπτικών συστατικών (κυρίως αζώτου και φωσφόρου) στην Μεσογειακή λεκάνη. Το συγκεκριμένο σε συνδυασμό με τη μελέτη των ατμοσφαιρικών μορφών και πηγών φωσφόρου θα δώσει ενδιαφέρουσες πληροφορίες όχι μόνο για τον κύκλο του φωσφόρου αλλά και για την επίδρασή της ατμόσφαιρας στην παραγωγικότητα ενός ολιγοτροφικού οικοσυστήματος, όπως είναι η Μεσόγειος θάλασσα. Επιπλέον εξετάζει το γίγνεσθαι μιας ποικιλίας στοιχείων εντός της στήλης του νερού και στοχεύει να συσχετίσει τα συγκεκριμένα ευρήματα με τα ατμοσφαιρικά δεδομένα, ώστε να διεξαχθούν συμπεράσματα για την όποια αλληλεπίδραση μεταξύ ατμόσφαιρας και θάλασσας. Για πρώτη φορά κατέστη δυνατός ο ταυτόχρονος προσδιορισμός της εναπόθεσης αλλά και της όποιας εποχικής και χωρικής διακύμανσης αζώτου και φωσφόρου σε ολόκληρη την έκταση της Μεσογείου (δείγματα συνολικής εναπόθεσης από 10 σταθμούς για 1 έτος δειγματοληψίας). Οι τιμές του Ανόργανου Διαλυτού Φωσφόρου (DIP) και του Ανόργανου Διαλυτού Αζώτου (DIN) κυμάνθηκαν από 252 έως 608μmol m-2 y-1 και από 18.1 έως 77.9mmol m-2 y-1 αντίστοιχα, παρουσιάζοντας σημαντική χωρική διαφοροποίηση εντός της Μεσογειακής Λεκάνης. Σημαντικό ρόλο στην ενίσχυση της εναπόθεσης τόσο του DIN όσο και του DIP βρέθηκε να έχει η υγρή εναπόθεση. Χαρακτηριστικό είναι ότι κατά τις υγρές περιόδους εναποτίθεται το 65% του συνολικού DIP, αλλά και 2-8 φορές περισσότερο DIN από ότι στις ξηρές εποχές. Επιπλέον η εναπόθεση του DIP φάνηκε να επηρεάζεται αρκετά από τα γεγονότα σκόνης, τις καύσεις βιομάζας αλλά και την προέλευση των αερίων μαζών. Προέκυψε ότι ο Οργανικός Φώσφορος (DOP) αποτελεί το 34% του συνολικού περιεχομένου των δειγμάτων σε διαλυτό φώσφορο πράγμα που επιβάλει τον προσδιορισμό του προκειμένου να επιτευχθεί καλύτερη κατανόηση του κύκλου του φωσφόρου αλλά και του ρόλου του σε ένα θαλάσσιο οικοσύστημα. Ο λόγος DIN/DIP κυμάνθηκε σε αρκετά υψηλά επίπεδα (50 έως και 170), με αυξητική τάση από το Δυτικό προς το Ανατολικό κομμάτι της Μεσογειακής Λεκάνης. Αυτή η παρατήρηση σε συνδυασμό με την παρόμοια τάση που έχει παρατηρηθεί για τον θαλάσσιο λόγο Ν/Ρ, αποτελεί ένδειξη για την σημαντική επίδραση της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης στην τελική τιμή που λαμβάνει ο θαλάσσιος λόγος Ν/Ρ. Γίνεται δε φανερό ότι η ατμόσφαιρα δύναται να επηρεάσει και μάλιστα με ανομοιόμορφο τρόπο την παραγωγικότητα της Μεσογείου. Μέσω μίας αρκετά μεγάλης χρονοσειράς δεδομένων από δείγματα αερολυμμάτων εξετάστηκαν οι πηγές και μορφές των φωσφορικών ενώσεων σε όλο το εύρος της Μεσογειακής λεκάνης. Ο Συνολικός Ανόργανος Φώσφορος (TIP) εμφάνισε εποχιακή διακύμανση στην Ανατολική Μεσόγειο με ελάχιστες τιμές το χειμώνα και μέγιστες το καλοκαίρι, ενώ το 25% των επιπέδων του ήταν εδαφικής προέλευσης. Ο DIP ακολουθεί όμοιο εποχικό κύκλο στην ατμόσφαιρα της Ανατολικής αλλά και της Δυτικής Μεσογείου, έχοντας ως κύρια συνιστώσα του τον Διαλυτός Φώσφορος Ανθρωπογενούς προέλευσης (DIPanthr). Ο DIPanthr μάλιστα συσχετίστηκε πολύ καλά με τα nss-SO4-2, πράγμα που μπορεί να αποτελέσει βοηθητικό στοιχείο για τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να συμπεριληφθεί σε υπολογιστικά μοντέλα για την παραγωγικότητα μιας υδάτινης μάζας. Η συσχέτιση του DIPanthr με τα nss-K+ έδωσε κοινά μέγιστα κυρίως κατά τις καλοκαιρινές περιόδους, υποδεικνύοντας τον εμπλουτισμό των ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων του διαλυτού φωσφόρου κατά την διάρκεια πυρκαγιών. Για να εξεταστεί ολοκληρωμένα ο ρόλος της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης στην παραγωγικότητα, πρέπει εκτός των άλλων να είναι γνωστό το γίγνεσθαι των αδιάλυτων ενώσεων στην στήλη του νερού. Για αυτό πραγματοποιήθηκε συλλογή 200 περίπου δειγμάτων από ιζηματοπαγίδες σε συστηματική βάση για μια σειρά επτά ετών. Βάσει των δεδομένων από τις ροές εναπόθεσης και τις εποχικότητες της συνολικής ύλης και των συστατικών της ανθρωπογενούς και εδαφικής προέλευσης, προέκυψε το ακόλουθο σενάριο μεταφοράς ύλης για την περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου: Την άνοιξη η μεταφορά ύλης σχετίζεται με την βιολογική δραστηριότητα, τα επεισόδια σκόνης και την δημιουργία μεγάλου μεγέθους σωματιδίων (οργανικού και ανόργανου υλικού), που ταξιδεύουν γρήγορα προς τα κάτω. Το καλοκαίρι και το φθινόπωρο η μεταφορά ύλης καθίσταται από δύσκολη έως αδύνατη, λόγω της στρωματοποίησης των νερών και της απουσίας βιολογικής δραστηριότητας. Το χειμώνα παρά την ύπαρξη κατάλληλων υδρολογικών φαινομένων (κάθετη ανάμιξη των νερών), εξαιτίας των χαμηλών επιπέδων παραγωγικότητας και της ηπιότερης εναπόθεσης ατμοσφαιρικής σκόνης, η θαλάσσια ροή μάζας παραμένει σταθερή και σε χαμηλά επίπεδα. Η προσπάθεια να διευκρινιστεί η όποια σύζευξη μεταξύ ατμόσφαιρας και θαλάσσιας παραγωγικότητας οδήγησε στις ακόλουθες διαπιστώσεις: Η ατμοσφαιρική σκόνη βρέθηκε να μεταφέρεται σχεδόν ποσοτικά από τα επιφανειακά στα βαθύτερα στρώματα του νερού, επιβεβαιώνοντας το μοντέλο κάθετης μεταφοράς των συσσωματωμάτων ύλης. Διαπιστώθηκε ότι η ατμοσφαιρική εναπόθεση διαλυτού αζώτου επαρκεί για να υπερκαλύψει τις ανάγκες του θαλάσσιου οικοσυστήματος στο Κρητικό Πέλαγος σε αντίθεση με την ατμοσφαιρική εναπόθεση φωσφόρου. Αφού λοιπόν το θαλάσσιο οικοσύστημα φαίνεται να ακολουθεί για την ανάπτυξή του το λόγο Redfield για Ν/Ρ, παρά την αυξημένη εναπόθεση ατμοσφαιρικού αζώτου, η ελλιπής εναπόθεση διαλυτού φωσφόρου είναι αυτή που εν τέλει καθορίζει το γίγνεσθαι της παραγωγικότητας του θαλάσσιου οικοσυστήματος. Η καλή εποχική συσχέτιση μεταξύ των ατμοσφαιρικών και θαλάσσιων μηνιαίων τιμών ροής μάζας υποδεικνύει επίδραση της ατμόσφαιρας στη μάζα που συλλέγεται στις ιζηματοπαγίδες, χωρίς όμως να εξηγεί πλήρως τα όσα σχετίζονται με την παραγωγικότητα. Προκύπτει λοιπόν ότι για να αποτελέσει η εισρέουσα ατμοσφαιρική ύλη κινητήριο δύναμη για την αύξηση της βιολογικής δραστηριότητας μιας υδάτινης μάζας θα πρέπει να συντρέχουν και άλλοι παράγοντες, π.χ. κατάλληλες υδρολογικές και μετεωρολογικές συνθήκες. Είναι όμως προφανές ότι η ατμοσφαιρική εναπόθεση συμβάλει στην αύξηση του μεγέθους των συσσωματωμάτων που δημιουργούνται στην στήλη του νερού τις περιόδους με έντονη βιολογική δραστηριότητα, οδηγώντας στην ταχύτατη κάθετη μεταφορά τους. Προκειμένου λοιπόν τα μοντέλα παραγωγικότητας και μεταφοράς στην στήλη του νερού να θεωρηθούν πιο ολοκληρωμένα θα πρέπει να συμπεριλάβουν και την παρατηρούμενη σύζευξη μεταξύ ατμόσφαιρας και θάλασσας. (EL)
Atmospheric deposition of various Nitrogen and Phosphorus species was studied in bulk deposition samples simultaneously collected at several locations around the Mediterranean, during one year period (June 2001-May 2002). Dissolved Inorganic Phosphorus (DIP) and Nitrogen (DIN) atmospheric deposition fluxes ranged from 252 to 608μmol m-2 y-1 and from 18.1 to 77.9mmol m-2 y-1 respectively, presenting an important spatial variability within the basin. Wet deposition was found to be the main factor controlling DIN deposition in the Mediterranean. The amount of DIN deposited during the wet period was 2–8 times higher than that deposited during the dry season. It was estimated that about 65% of the total DIP was deposited during the wet period. Dust events as well as regional biomass burning and air mass origin were also found to contribute significantly to the DIP deposition. A significant percentage of the Total Dissolved Phosphorus (TDP) of the samples was in organic form with Dissolved Organic Phosphorus (DOP) accounting for 38% of TDP. DIN/DIP molar ratio of the bulk deposition varied depending on the location of the sampling site in the Mediterranean basin, presenting an increasing trend from the Western (50) to the Eastern Mediterranean basin (170). This variation is similar to that observed in the seawater column, indicating an important link between atmospheric deposition and seawater productivity of the area. The various phosphorus species and their sources in the Mediterranean atmosphere where examined via extended time series of aerosol samples. Total Inorganic Phosphorus (TIP) varied temporarily in the Eastern Mediterranean presenting maximum values during summer and minimum during winter. One fourth of the total TIP was of crustal origin. DIP appeared to follow a similar temporal variation with TIP all over the Mediterranean atmosphere, while its main component had anthropogenic origin (DIPanthr). DIPanthr correlated well with nss-SO4-2 indicating thus a way about how this phosphorus species could be included in seawater productivity models. During summer periods DIPanthr correlated well with nss-K+. This observation suggests that the atmosphere is enriched with phosphorus during events of biomass burning. The next step towards a better understanding of the role of atmospheric deposition for the seawaters productivity is to clarify the fate of the insoluble compounds in the water column. Thus during a seven years period, 200 sediment samples have been collected at two different depths. Based on the fluxes and the seasonality of various anthropogenic and teriggenious element which constitute the settling material in the water column the following transfer pattern was suggested for the Eastern Mediterranean Basin: The rapid vertical mass transfer which is observed during spring, can be attributed to nutrient abundance which leads to the formation of big aggregates, which settle quite fast. During summer and autumn mass transfer is hindered due to the stratification of the water and the low primary production. During winter any mass transfer in the Eastern Mediterranean area is difficult to be traced due to the very low mass content of the water and the lack of atmospheric dust deposition. The correlation of the atmospheric and the seawater data led to interesting conclusions about the interactions between the two elements. The inert part of the atmospheric dust was found to be transferred almost quantitatively from the surface towards the deeper water layers, verifying the model of vertical mass transfer. The amount of DIN deposited via atmosphere was more than sufficient for the needs of the Cretan seawater ecosystem. In contrast DIP deposition did not follow the same pattern. Thus taking into account that the specific ecosystem develops according the Redfield N/P ratio, it can be deduced that despite the increased DIN deposition the lack of atmospheric DIP determines the seawater productivity. Even though atmosphere seems to have a very important influence on the material that is collected with the sediment traps, it does not explain completely the productivity pattern of the Eastern Mediterranean Basin. Atmospheric matter can be the driving force which will increase biological activity in a water column, as long as it is combined with the appropriate hydrological and meteorological conditions. Overall it became obvious that atmospheric deposition increases the size of the aggregates which are created in the water column during periods of intense biological activity and thus contributes to their rapid settling. This observation should be taken into account in seawater productivity and mass transfer models, for a more complete approach. (EN)

text

Μεσόγειος θάλασσα
ατμοσφαιρική εναπόθεση
atmospheric deposition and seawater productivity
σενάριο κάθετης μεταφοράς ύλης εντός στήλης του νερού
σύζευξη ατμόσφαιρας και θαλάσσιας παραγωγικότητας
Inorganic and organic phosphorus (DIP/DOP)
sediment traps
atmospheric deposition
Mediterannean Sea
Inorganic nitrogen (DIN)
ιζηματοπαγίδες
DIN/DIP ratio
λόγος αζώτου/φωσφόρου (DIN/DIP)
mass transfer patern in the watercolumn
Ανόργανος και οργανικός φώσφορος
ανόργανο άζωτο

Πανεπιστήμιο Κρήτης (EL)
University of Crete (EN)

2008-01-17




*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)