Σωματιδιακες ροες και εκτιμηση του ισοζυγιου οργανικου ανθρακα στο Ν. Αιγαιο (ΝΑ Μεσογειος)

Transcript

1 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 159 Σωματιδιακες ροες και εκτιμηση του ισοζυγιου οργανικου ανθρακα στο Ν. Αιγαιο (ΝΑ Μεσογειος) Σπύρος Σταυρακάκης, Ευαγγελία Κρασακοπούλου, Γεωργία Καμπούρη. Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών, Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας 46,7χλμ Λεωφ. Αθηνών-Σουνίου, Ανάβυσσος Περiληψη Μία διάταξη ιζηματοπαγίδων ποντίστηκε σε βάθος 1450m στο Ν. Αιγαίο ( ,85 και ,35 ) για 12 μήνες (Απρίλιος 1997 Μάρτιος 1998) και μετρήθηκαν σωματιδιακές ροές οργανικού άνθρακα σε βάθη 500m και 1415m. Ο οργανικός άνθρακας φθάνει στο επιφανειακό ίζημα μεταφερόμενος κατακόρυφα και πλευρικά. Περίπου το 0,06 0,16% του άνθρακα, που παράγεται στα επιφανειακά στρώματα κατά την φωτοσύνθεση, μεταφέρεται και τελικά θάβεται στο ίζημα. Επιπλέον, ένα σημαντικό μέρος του θαμμένου άνθρακα προέρχεται από πυθμενική πλευρική μεταφορά που συμβαίνει με τρόπο επεισοδιακό. Λέξεις κλειδιά: σωματιδιακή ροή, ισοζύγιο οργανικού άνθρακα, Ν. Αιγαίο Particulate organic carbon fluxes and balance estimation in S. Aegean (SE Mediterranean Sea) Spyros Stavrakakis, Evangelia Krassakopoulou, Georgia Kabouri. Hellenic Centre for Marine Research, Institute of Oceanography 46,7Km Athinon Souniou Av., 19013, Anavyssos Abstract One moored trap line was deployed at 1450m depth in the S. Aegean Sea ( ,85 και ,35) over 12 months, from April 1997 to March 1998, and organic carbon fluxes were measured at 500 and 1415m depth. Organic carbon reaches the sea floor vertically and laterally. Roughly, the 0,06 0,16% of the organic carbon produced in the surface layers by photosynthesis, is transferred down the water column and finally is buried in the deep sediments. Moreover, a remarkable proportion of the buried carbon is supplied by lateral advection episodically. Key words: particle fluxes, organic carbon balance, S. Aegean

2 160 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εισαγωγh Κατά την διάρκεια του προγράμματος MTPII - MATER ποντίστηκε μία διάταξη ιζηματοπαγίδων στο Ν. Αιγαίο (Σχ. 1) εφοδιασμένη με δύο ιζηματοπαγίδες για την περίοδο Απρίλιος 97 Μάρτιος 98. Υπολογίσθηκε η ροή ολικής μάζας καθώς επίσης οι ροές βιογενούς Si, λιθογενών συστατικών, οργανικού και ανόργανου άνθρακα. Η πρωτογενής παραγωγή, οι ροές του οργανικού άνθρακα και οι ρυθμοί ιζηματογένεσης χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία του ισοζυγίου οργανικού άνθρακά στην περιοχή του Ν. Αιγαίου. Υλικa και μeθοδοι Η διάταξη MST2 που ποντίστηκε σε βάθος 1450m έφερε δύο ιζηματοπαγίδες (TECHNICAP PPS3/3 με δώδεκα δοχεία υποδοχής και 0,125m 2 επιφάνεια συλλογής), σε βάθη 500m και 1415m. Οι ιζηματοπαγίδες συγχρονίστηκαν και η περίοδος δειγματοληψίας ήταν 15 ή 16 ημέρες (κάθε 1η και 16η κάθε μήνα). Μετά την ανάληψη των δειγμάτων τοποθετήθηκαν σε σκοτεινό ψυκτικό θάλαμο 2 ο C. Οι οργανισμοί μήκους >1mm απομακρύνθηκαν με την βοήθεια πλαστικού κόσκινου ενώ οι μικρότεροι με το χέρι χρησιμοποιώντας στερεοσκόπιο και πολύ λεπτή λαβίδα. Τα δείγματα υποδιαιρέθηκαν σε υπο-δείγματα, με την βοήθεια περισταλτικής αντλίας μεγάλης ακρίβειας (Heussner et al., 1990). Στη συνέχεια προσδιορίσθηκε ο οργανικός άνθρακας με ανάλυση των δειγμάτων σε στοιχειακό αναλυτή ΕΑ 1108 CHN της Fisons Instruments (Verardo et al., 1990; Cutter and Radford-Knoery, 1991). Αποτελeσματα Για να επιτευχθεί καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας των βιογεωχημικών κύκλων στην περιοχή του Ν. Αιγαίου είναι απαραίτητο να μελετηθεί η παραγωγή, η μεταφορά και ο ενταφιασμός του οργανικού άνθρακα. Με τον συνδυασμό των μετρήσεων πρωτογενούς παραγωγής, των υπολογισμένων βάσει αλγόριθμου ροών κάτω από την ανώτερη ιζηματοπαγίδα, των ροών που μετρήθηκαν στα δύο επίπεδα των ιζηματοπαγίδων και των μέσων ρυθμών ιζηματαπόθεσης που μετρήθηκαν σε πυρήνες ιζημάτων, κατασκευάστηκε το ισοζύγιο του άνθρακα στο Ν. Αιγαίο (Πίνακας 1, Σχ. 2). Η κατακόρυφη ροή σωματιδιακού οργανικού άνθρακα που προέρχεται από την πρωτογενή παραγωγικότητα αποτελεί την «πρωτογενή ροή», ενώ η διαφορά μεταξύ της υπολογισμέ- Σχήμα 1: Θέση διάταξης.

3 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 161 Πίνακας 1: Δεδομένα ισοζυγίου οργανικού άνθρακα MST2 (1450m) C οργ Ολική ροή C οργ Πρωτογενής ροή C οργ Πλευρική ροή C οργ Ανασχηματισμός Ενταφιασμένος C οργ Ενταφιασμένος C οργ από πλευρική μεταφορά Ολική ροή / ΠΠ Πρωτογενής ροή / ΠΠ 110m 147m* 574 ΠΠ 218 ΠΠ 11,14 8,69 500m 4,72 3,20 3,20-562,86-209, ,17 3,01 1,31 1,70 ÐõèìÝíáò 0,341 1,84** 1,28 3,70 B 4,87R 27,42 0,35 0,56 1,47 0,52 1,38 0,32 0,84 1,96 3,99 0,56 1,47 0,23 0,60 0,06*** 0,16*** * η εύφωτη ζώνη εξετείνετο μέχρι 110m (Μάρτιος 98) και 147m (Σεπτέμβριος 97) (Ignatiades et al., 2002) ** για τον υπολογισμό της ροής C οργ στον πυθμένα χρησιμοποιήθηκε ρυθμός ιζηματογένεσης 0,02 cm y -1 (Kaberi and Lykousis, 2004) ΠΠ, Πρωτογενής Παραγωγή (Siokou et al., 2002) Β, Εισροή στον πυθμένα υπολογισμένη σαν (ανασχηματισμένος C οργ + αποτεθημένος C οργ ροή ολικού C οργ στην κατώτερη παγίδα) R, Ανασχηματισμένος C οργ, υπολογισμένος χρησιμοποιώντας τον ρυθμό κατανάλωσης οξυγόνου της βενθικής βιοκοινωνίας (Lykousis et al., 2002) Οι ολικές ροές C οργ είναι εκείνες που μετριούνται από τις ιζηματοπαγίδες. Οι πρωτογενείς ροές C οργ έχουν υπολογισθεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση του Martin et al. (1987). Η πλευρική ροή C οργ έχει ληφθεί από τη διαφορά μεταξύ της μετρημένης ολικής ροής και της υπολογισμένης πρωτογενούς ροής. *** Ενταφιασμένος C οργ προς την πρωτογενή παραγωγή. νης πρωτογενούς ροής και της ροής που υπολογίζεται από τις ιζηματοπαγίδες αντιστοιχεί στην «πλευρική ροή» (Antia et al, 1999). Η αναμενόμενη πρωτογενής ροή του οργανικού άνθρακα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο του Martin et al. (1987): F z = F d *(z/d) b, όπου F z είναι η αναμενόμενη ροή C οργ σε βάθος z, F d είναι η ροή C οργ που μετρήθηκε στην ανώτερη παγίδα (βάθος d) και ο εκθέτης b είναι παράμετρος αντιπροσωπευτική για ανοιχτή θάλασσα (b = -0,858).

4 162 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Σχήμα 2: Ισοζύγιο οργανικού άνθρακα στο Ν. Αιγαίο. Ετήσιες ροές Cοργ (σε mg m-2 d-1) μετρημένες από ιζηματοπαγίδες (ορθογώνια πλαίσια) και υπολογισμένες κατακόρυφες ροές (λευκά βέλη), δεδομένα μεταξύ των βελών παριστούν την πλευρική ροή (είσοδο ή απώλεια). Ρυθμοί συσσώρευσης Cοργ και ανασχηματισμού φαίνονται στο κάτω μέρος της διάταξης. Συζhτηση Συμπερaσματα Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι περίπου 2 4% της παραγόμενης μέσω της φωτοσύνθεσης ποσότητας οργανικού άνθρακα εξάγεται από την εύφωτη ζώνη. Το υπόλοιπο 98-96% απελευθερώνεται στα πρώτα m αντίστοιχα είτε ως διαλυμένος οργανικός ή μετασχηματίζεται σε ανόργανο άνθρακα. Η πλευρική ροή 1,7 mgc m -2 d -1 που παρατηρήθηκε μεταξύ των παγίδων αντιπροσωπεύει απώλεια οργανικού άνθρακα από την βαθιά παγίδα σε ποσοστό 56%. Από τα 6,71 mgc m -2 d -1 (πλευρική + κατακόρυφη ροή) του συνολικού οργανικού άνθρακα που φθάνουν στον πυθμένα το 73% (4,87 mgc m -2 d -1 ) ανασχηματίζεται, ενώ το 27% τελικά αποτίθεται ως ίζημα. Ο ρυθμός του βενθικού ανασχηματισμού (4,87 mgc m -2 d -1 ) είναι υψηλότερος από την ροή οργανικού άνθρακα, που συλλέγεται στην πυθμενική παγίδα (3,01 mgc m -2 d -1 ) και θεωρητικά καταλήγει στον πυθμένα. Η διαφορά αυτή προϋποθέτει την ύπαρξη επιπλέον εισροής σωματιδιακού οργανικού άνθρακα μεταξύ βαθιάς παγίδας και πυθμένα. Αυτή η πλευρική εισροή των 3,70 mgc m -2 d -1 αντιπροσωπεύει 55% της ολικής τροφοδοσίας του ιζήματος σε οργανικό άνθρακα, ενώ το 45% (3,01 mgc m -2 d -1 ) φθάνει στο ίζημα κατακόρυφα. Επιπλέον, η ολική ροή προς την ΠΠ, που είναι το ποσοστό της πρωτογενούς παραγωγής που εξάγεται από τα επιφανειακά νερά, μεταφέρεται είτε κατακόρυφα είτε πλευρικά και καταλήγει και θάβεται στο ίζημα, ισοδυναμεί με 0,32 0,84%, ενώ η πρωτογενής ροή προς την ΠΠ (ο άνθρακας που φθάνει στο ίζημα κατακόρυφα) είναι μόνο 0,06 0,16%. Συνεπώς η μεγαλύτερη ποσότητα οργανικού άνθρακα που θάβεται στο ίζημα μεταφέρεται μάλλον πλευρικά παρά προέρχεται από την υπερκείμενη εύφωτη ζώνη. Είναι δύσκολη η διαφοροποίηση ανάμεσα στον μηχανισμό της πλευρικής μεταφοράς οργανικού υλικού προερχόμενου από την πρωτογενή παραγωγή της εύφωτης ζώνης και αυτού της επαναιώρησης ιζημάτων με μόνα δεδομένα τις ετήσιες ροές. Πάντως, η όποια πλευρική μεταφορά τροφοδοτεί τον πυθμένα, λαμβάνει χώρα στα κατώτερα 30m της στήλης του νερού, δηλαδή πάνω

5 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 163 από τον πυθμένα. Η τοπογραφία της περιοχής θα μπορούσε να δικαιολογήσει πυθμενική νεφελοειδή στρώση, που όμως δεν διαπιστώθηκε σε βάθος >300m (Chronis et al., 2000a). Πιθανώς όμως, η πλευρική τροφοδοσία να έχει επεισοδιακό χαρακτήρα καθώς τα ιζήματα χαρακτηρίζονται από μεγάλης χρονικής κλίμακας διαδικασίες επαναιώρησης ιζημάτων (αστάθεια, διάβρωσης) και επαναπόθεσης (Chronis et al., 2000b). O Wassman et al., (2000) αναφέρει ότι τα περιττώματα αποτελούν ένα σημαντικό μέρος του οργανικού υλικού στο Ν. Αιγαίο και η παρουσία ζωοπλαγκτού που ζει σε βαθιά νερά θα μπορούσε να είναι μια αυξήσει την προσφορά οργανικού άνθρακα στον πυθμένα. Ευχαριστiες Η εργασία είναι μέρος του προγράμματος MT- PII-MATER (MASTIII-CT ) χρηματοδοτημένου από την Ε.Ε. Ευχαριστούμε τους αξιωματικούς και το πλήρωμα του Ω/Κ ΑΙΓΑΙΟ για την σημαντική συμβολή τους στις εργασίες πεδίου. Επίσης ευχαριστούμε τον ανώνυμο κριτή για τις προτεινόμενες διορθώσεις του. Βιβλιογραφiα AΝΤΙΑ, A. N., von BONDUNGEN, B. and PEINERT, R., Particle flux across the mid-european continental margin. Deep- Sea Research I, 46: CHRONIS, G., LYKOUSIS, V., GEORGOP- OULOS, D., ZERVAKIS, V., STAVRAKA- KIS, S. and POULOS, S., 2000a. Suspended particulate matter and nepheloid layers over the south margin of the Cretan Sea (N. E. Mediterranean): seasonal distribution and dynamics. Progress In Oceanography, 46: CHRONIS, G., LYKOUSIS, V., ANAG- NOSTOU, C., KARAGEORGIS, A., STAVRAKAKIS, S. and POULOS, S., 2000b. Sedimentological processes in the southern margin of the Cretan Sea (NE Mediterranean). Progress In Oceanography 46,: CUTTER, G.A. and RADFORD-KNOERY, J., Determination of carbon, nitrogen sulfur and inorganic sulfur species in marine particles. In: D.C. Hurd and D.W. Spencer (Editors), Marine Particles: Analysis and Characterization. Am. Geophys. Union, Geophys. Monogr. 63: HEUSSNER, S., RATTI, C. and CARBONNE, J., The PPS3 time-series sediment trap and the trap sample processing techniques used during the ECOMARGE experiment. Continental Shelf Research, 10: IGNATIADES, L., PSARRA, S., ZERVAKIS, V., PAGOU K., SOUVERMEZOGLOU, E., ASSIMAKOPOULOU, G. and GOTSIS- SKRETA, O., Phytoplankton sizebased dynamics in the Aegean Sea (Eastern Mediterranean). Journal of Marine Systems 36: KABERI, H. and LYKOUSIS, V., Recent sedimentation rates in the Aegean Sea. Rapp. Comm. Int. Mer. Medit., 37: 29. LYKOUSIS, V., CHRONIS, G., TSELEPIDIES, A., PRICE, N. B., THEOCHARIS, A., SIO- KOU-FRANGOU, I., VAN WAMBEKE, F., DANOVARO, R., STAVRAKAKIS, S., DUINEVELD, G., GEORGOPOULOS, D., IGNATIADES L., SOUVERMEZOGLOU, A. and VOUTSINOU-TALIADOURI, F., Major outputs of the recent multidisciplinary biogeochemical researches undertaken in the Aegean Sea. Journal of Marine Systems, 33 34: MARTIN, J.H., KNAUER, G., KARL, D.M. and BROENKOW, W.W., VERTEX: carbon cycling in the northeast Pacific. Deep-Sea Research, 34 (2): MONACO, A., BISCAYE, P. E., SOYER, J., ROCKLINGTON, R. and HEUSSNER, S., Particle fluxes and ecosystem response on a continental margin: the

6 164 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Mediterranean ECOMARGE-I experiment. Continental Shelf Research, 10: SIOKOU-FRANGOU, I., BIANCHI, M., CHRISTAKI, U, CHRISTOU, E.D., GI- ANNAKOUROU, A., GOTSIS, O., IG- NATIADES, L., PAGOU, K., PITTA, P., PSARRA, S., SOUVERMEZOGLOU, E., VAN WAMBEKE, F. and ZERVAKIS, V Carbon flow in the planktonic food web along a gradient of oligotrophy in the Aegean Sea (Mediterranean Sea). Journal of Marine Systems, 33 34: Verardo, D.J., Froelich, P.N. and Mc- Intyre, A Determination of organic carbon and nitrogen in marine sediments using the Carlo Erba NA-1500 Analyzer. Deep-Sea Research, 37(1): WASSMAN, P., YPMA, J. E. and TSELEPIDES, A Vertical flux of feacal pellets and microplankton on the shelf of the oligotrophic Cretan Sea (NE Mediterranean Sea). Progress In Oceanography, 46: