Globalne zmiany środowiska

1. Globalne zmiany środowiska dr inż. Danuta J. Michczyńska Wykład 5

2. Osady morskie

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

4. 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

5. 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

6. SeaWiFS satellite image of bloom off Newfoundland in the western Atlantic on 21 July 1999 Analiza alkenów • Emiliania huxleyi jest jednym z ok. 5000 gatunkówfitoplanktonu • Jest to gatunek bardzo rozpowszechniony– często pojawia się w formie potężnych zakwitów o powierzchni > 100 000km2 • Podczas zakwitów liczba komórek E. huxleyizazwyczaj 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

7. Analiza alkenów 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

8. Analiza alkenów • Wskaźnik nienasycenia: gdzie: [C37:2 ] – koncentracja dwu-nienasyconego ketonu metylu, [C37:4 ] – koncentracja cztero-nienasyconego ketonu metylu, [C37:2 + C37:3 + C37:4] – koncentracja dwu- trój- i cztero- nienasyconego ketonu metylu. • Uproszczony wskaźnik nienasycenia: Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

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

10. Analiza alkenów Bradley, 1999, str. 235: Rekonstrukcje SST dla rdzenia ODP 658C 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 roztopowe Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

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

12. Cyrkulacja wody w oceanie światowym

13. 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

14. 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

15. Prądy powierzchniowe Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

16. Cyrkulacja termohalinowa 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

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

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

19. Cyrkulacja termohalinowa Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

20. Cyrkulacja termohalinowa – 3D Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

21. 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

22. 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

23. Cyrkulacja termohalinowa w Atlantyku Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

24. 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

25. 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 CO3-2do wytwarzania węglanu wapnia w skorupkach • SiO4do wytwarzania krzemionkowych (SiO2) skorupek • Tkanki miękkie i skorupki zawierają również takie pierwiastki śladowe jak: Cd, Ba i Zn. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 5

26. Jak można zrekonstruować cyrkulację oceaniczną w przeszłości? Cykl substancji odżywczych: • Koncentracja C, N i P oraz Ca, CO3-2i SiO4 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

27. 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