Globalne zmiany rodowiska dr in Danuta J Michczyska

Globalne zmiany środowiska dr inż. Danuta J. Michczyńska Wykład 5 Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

Osady morskie Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

Osady morskie Poz. przypływu Poz. odpływu Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 3

Osady morskie § Cesare Emiliani (1922 -1995): twórca palooceanografii, zainicjował badania izotopowe osadów morskich § Sir Nicholas Shackleton § Stratygrafia izotopowa, SPECMAP § Badania względnego rozpowszechnienia organizmów morskich § Analiza alkenów Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 4

Analiza alkenów § Morski fitoplankton z gatunku Prymnesiophyceae, najczęściej są to kokkolitofory Emiliania huxleyi (rodzaj alg), reaguje na zmiany temperatury wody zmianą składu molekularnego błon komórkowych. § Temperatura wody obniża się - wzrasta produkcja nienasyconych alkenów § Alkeny - węglowodory; lipidowe składniki błon komórkowych § Nienasycenie to pojawianie się podwójnych, potrójnych, a nawet poczwórnych wiązań w miejsce pojedynczych wiązań między sąsiednimi atomami węgla Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 5

Analiza alkenów Sea. Wi. FS satellite image of bloom off Newfoundland in the western Atlantic on 21 July 1999 § Emiliania huxleyi jest jednym z ok. 5000 gatunków fitoplanktonu § Jest to gatunek bardzo rozpowszechniony – często pojawia się w formie potężnych zakwitów o powierzchni > 100 000 km 2 § Podczas zakwitów liczba komórek E. huxleyi zazwyczaj przewyższa liczbę komórek pozostałych gatunków razem wziętych – często jest to 80 - 90% całego fitoplanktonu § Występuje wszędzie, za wyjątkiem oceanów polarnych Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 6

Analiza alkenów w rdzeniach morskich dostarcza bardzo dokładnych informacji o temperaturze powierzchni morza, tzw. SST (ang. Sea Surface Temperature), gdyż alkeny pochodzą od fitoplanktonu, który żyje w większości w 10 -metrowej górnej warstwie oceanu. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 7

Analiza alkenów § Wskaźnik nienasycenia: gdzie: [C 37: 2 ] – koncentracja dwu-nienasyconego ketonu metylu, [C 37: 4 ] – koncentracja cztero-nienasyconego ketonu metylu, [C 37: 2 + C 37: 3 + C 37: 4] – koncentracja dwu- trój- i czteronienasyconego ketonu metylu. § Uproszczony wskaźnik nienasycenia: Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 8

Analiza alkenów Zmiany wskaźnika z temperaturą (Prahl et al. , 1988): Wybór równania kalibracyjnego – przez porównanie z obecną temperaturą powierzchni morza w okresie lata Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 9

Analiza alkenów Bradley, 1999, str. 235: Rekonstrukcje SST dla rdzenia ODP 658 C pobranego u pn. -zach. wybrzeży Afryki w porównaniu ze zmianami procentowymi N. Pachyderma (gatunek otwornicy żyjący w zimnych wodach) w dwóch rdzeniach z Pn. Atlantyku. Silna korelacja pomiędzy zdarzeniami Heinricha a występowaniem chłodnej wody w Pn. Atlantyku z niskimi wartościami SST u wybrzeży Afryki wskazuje na powiązanie między tymi rejonami poprzez zimny prąd Kanaryjski, który niósł na południe w tych okresach zimne, słabo zasolone wody Globalne Zmiany Środowiska roztopowe Wykład 5 10

Analiza alkenów - chromatografia gazowa z detektorem płomieniowo-jonizacyjnym Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 11

Cyrkulacja wody w oceanie światowym Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

Ocean światowy Rozpatrując wodę w oceanie możemy wyróżnić dwie istotne warstwy – powierzchniową i denną, różniące się temperaturą, zasoleniem i gęstością. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 13

Cyrkulacja wody w oceanie światowym § Prądy morskie - ruch mas wodnych, rodzaj rzek płynących w morzach i oceanach. Niektóre prądy potrafią przenosić na bardzo dużą odległość wielkie ilości ciepła. Prądy morskie mogą być wywołane wiatrem (prądy wiatrowe), różnicą gęstości wody (prądy gęstościowe), przyciąganiem Słońca i Księżyca (prądy pływowe). Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 14

Prądy powierzchniowe Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 15

Cyrkulacja termohalinowa – system gęstościowych prądów § § morskich obejmujący całą kulę ziemską. Składają się na nią ciepłe prądy powierzchniowe i chłodne prądy głębinowe. Cyrkulacja termohalinowa jest ważnym składnikiem klimatu ziemskiego. Zmiany temperatury i zasolenia wody wpływają na gęstość wody Zwiększenie gęstości wody powoduje jej opadanie aż do osiągnięcia warstwy wody o porównywalnej gęstości Woda opada na dno oceanów w wyniku ochłodzenia i zwiększenia zasolenia Głębokooceaniczne prądy przenoszą zimne, zasolone wody wokół globu (powolny transport ~ 1000 lat) Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 16

Cyrkulacja termohalinowa – globalny pas transmisyjny Obraz uproszczony Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 17

Skutki cyrkulacji termohalinowej Odchylenie temperatury [°C] od średniej strefowej Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 18

Cyrkulacja termohalinowa Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 19

Cyrkulacja termohalinowa – 3 D Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 20

Cyrkulacja termohalinowa Główne źródła Wody Głębokiej § Głęboka Woda Północnego Atlantyku (North Atlantic Deep Water – NADW) – formowana w Morzu Grenlandzkim poprzez ochłodzenie silnie zasolonej wody – płynie na południe pod Golfsztromem § Głęboka Woda Antarktyczna (Antarctic Bottom Water – AABW) – formowana w pobliżu Antarktydy poprzez zwiększenie zasolenia zimnej wody przy tworzeniu lodu – płynie na północ do wszystkich głównych basenów oceanicznych Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 21

Cyrkulacja termohalinowa Główne źródła Wody Średniej § Średnia Woda Śródziemnomorska (Mediterranean Intermediate Water – MIW) – formowana przez parowanie ciepłej powierzchniowej wody Morza Śródziemnego – opada na dno i poprzez Cieśninę Gibraltarską płynie w poprzek Atlantyku § Średnia Woda Antarktyczna (Antarctic Intermediate Water – AAIW) – powstaje w pobliżu Antarktydy poprzez mieszanie AABW z zimną, słodką wodą pochodzącą z topniejącego lodu Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 22

Cyrkulacja termohalinowa w Atlantyku Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 23

Jak można zrekonstruować cyrkulację oceaniczną w przeszłości? § Rozkłady pewnych pierwiastków śladowych i izotopów są wskaźnikami prądów oceanicznych § Użyteczne są zwłaszcza pierwiastki śladowe różnych typów substancji odżywczych § Rozkład substancji odżywczych zależy od (1) morskiego cyklu biologicznego (2) cyrkulacji wody Pierwszy proces kontroluje koncentrację wertykalną, a drugi horyzontalną. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 24

Jak można zrekonstruować cyrkulację oceaniczną w przeszłości? § Główny producent morskiej materii organicznej to fitoplankton, który biernie unosi się w wodzie, nie posiada zdolności ruchu lub tylko w znacznie ograniczonym zakresie. § Rozwój fitoplanktonu zależy od fotosyntezy (żyje w górnej warstwie oceanów) i nieorganicznych związków, głównie azotanów i fosforanów. § C, N, P są używane do wytwarzania tkanek miękkich § Ca i CO 3 -2 do wytwarzania węglanu wapnia w skorupkach § Si. O 4 do wytwarzania krzemionkowych (Si. O 2) skorupek § Tkanki miękkie i skorupki zawierają również takie pierwiastki śladowe jak: Cd, Ba i Zn. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 25

Jak można zrekonstruować cyrkulację oceaniczną w przeszłości? § § § Cykl substancji odżywczych: Koncentracja C, N i P oraz Ca, CO 3 -2 i Si. O 4 zaniżona w warstwie powierzchniowej – bo są używane w procesie fotosyntezy i do konstrukcji skorupek. Martwe organizmy opadają na dno. Na większych głębokościach tkanki organiczne są utleniane, a skorupki częściowo rozpuszczane – pierwiastki wracają do wody i głęboka woda jest bogata w substancje odżywcze. Prądy morskie wynoszą substancje odżywcze do warstwy powierzchniowej gdzie cykl zamyka się. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 26

Jak można zrekonstruować cyrkulację oceaniczną w przeszłości? § Wody oceanów południowych (AAIW, AABW) są bogate w substancje odżywcze, natomiast woda NADW – uboga. § Dystrybucja substancji odżywczych zależy od cyklu biologicznego i prądów oceanicznych. Zatem koncentracja pierwiastków substancji odżywczych zwiększa się od Atlantyku do Antarktydy i od Pn. Pacyfiku i Pn. Oceanu Indyjskiego na południe. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5 27