ΠΡΩΤΟΓΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ

Transcript

1 ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΩΤΟΓΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ Αναπλ. Καθηγ. Μαρία Τριανταφύλλου

2 Την τελευταία δεκαετία, έχει γίνει φανερό ότι το pico-πλαγκτόν (κελύφη <2μm) και το ναννο-πλαγκτόν (κελύφη 2-20 μm) κυριαρχούν στην πελαγική πλαγκτονική κοινωνία από άποψη βιομάζας και παραγωγικότητας. Οι κοινωνίες pico και ναννοπλαγκτόν περιλαμβάνουν προκαρυωτικούς (ετεροτροφικά βακτήρια, κυανοβακτήρια και προχλωροφύκη) και ευκαρυωτικούς οργανισμούς (αυτοτροφικά και ετεροτροφικά μαστιγωτά). Αυτή η διαπίστωση, οδήγησε στην πραγματοποίηση σημαντικού αριθμού ερευνών σχετικά με τις δυναμικές αυτών των πλαγκτονικών κοινωνιών στην υδάτινη στήλη αλλά και τις τροφικές αλληλοεπιδράσεις τους με άλλες ομάδες πλαγκτονικών οργανισμών.

3 Η πρωτογενής παραγωγικότητα αποτελείται από την νέα παραγωγικότητα (new production, PN) που βασίζεται στα αλλόχθονα θρεπτικά συστατικά (από εξωτερική δηλαδή τροφοδοσία) ) και την αναγεννόμενη παραγωγικότητα (regenerated production, PR) που βασίζεται στα αυτόχθονα (δηλαδή τα εσωτερικώς ανακυκλωμένα) συστατικά. Έτσι, η συνολική πρωτογενής παραγωγικότητα (total primary production, TP) είναι το άθροισμα της PN και PR. Το ποσό του άνθρακα που εισδύει στην αφωτική ζώνη χαρακτηρίζεται σαν εξαγόμενη παραγωγικότητα (export production, PE).

4 Η πρωτογενής παραγωγικότητα γ εκφράζεται ως g /m 2. day g/l. day Περιεκτικότητα: Η ποσότητα της βιομάζας που περιέχεται σε συγκεκριμένο όγκο νερού σε μία χρονική στιγμή: g/l

5 Παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγικότητα: α) Ηλιακή ακτινοβολία

6 β) Συγκεντρώσεις θρεπτικών N (μg/kg) P (μg/kg) Si (μg/kg) Chester, 1990 Macro-nutrients: Micro-nutrients (Cd, Ni, Zn) + (Pb, Fe, Mn)

7 Η νέα παραγωγικότητα: χρησιμοποιεί τα «νέα θρεπτικά» Η αναγεννόμενη παραγωγικότητα Η αναγεννόμενη παραγωγικότητα: χρησιμοποιεί αναγεννόμενα θρεπτικά στο εσωτερικό της ευφωτικής ζώνης.

8 γ) Θερμοκρασία ρ

9 d) Ανάμειξη των υδάτων

10 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ-ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ 1) Παρατηρήσεις δορυφορικών εικόνων Μέτρηση της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης στα επιφανειακά θαλάσσια ύδατα Πλεονέκτημα: συνοπτική και πλήρης εικόνα Περιορισμός: παρατήρηση μόνο της επιφανειακής παραγωγικότητας mg/m 3

11 2) ποντίσεις

12

13

14 Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου των ποντίσεων συνίστανται στο ότι είναι προγραμματισμένες μ συλλογές γςδεδομένων από διαφορετικούς σταθμούς. Πιο λεπτομερείς στην ανώτερη υδάτινη στήλη (0, 5, 10, 25 m) σε αντίθεση με τα βαθύτερα επίπεδα (50, 75, 100, 150, 200m). Συλλέγονται 1-10 λίτρα θαλάσσιου νερού, φιλτράρονται σε μεμβράνες, μέγεθος πόρου 045μm 0,45 μm. Οι αναλύσεις που μπορεί να πραγματοποιηθούν στα συγκεκριμένα δείγματα: - Συγκεντρώσεις ανθρακικών - Συγκεντρώσεις χλωροφύλλης - Συγκεντρώσεις των διαφόρων ειδών, εκφράζονται σε g/l ή αριθμός ατόμων cells/l Περιορισμοί: οι μετρήσεις αντιπροσωπεύουν μια συγκεκριμένη χωρική και ρ ρ μ μ ρή ς ρ μ γ ρ μ η χ ρ ή χρονική στιγμή

15 Η πρωτογενής παραγωγικότητα μεταβάλλεται περιοδικά ανάλογα με την εποχή του χρόνου, εξαιτίας των διαφόρων παραγόντων που την επηρεάζουν (θερμοκρασία, ηλιακή ακτινοβολία, συγκεντρώσεις θρεπτικών) Για την μέτρηση αυτής της μεταβολής χρησιμοποιούνται: - Δορυφορικές εικόνες (με περιορισμούς) - Εποχικές μετρήσεις της περιεκτικότητας (με περιορισμούς) - Αναλύσεις των βιογενών ροών (Biogenic fluxes)

16 Για την μέτρηση Βιογενών Ροών

17 - Ιζηματοπαγίδες (sediment traps)

18 SEDIMENTS

19

20 Boe

21

22 Mέθοδος μετρήσεων: Ροή (Flux) : ποσότητα (αριθμός, mg), που διέρχεται από συγκεκριμένη επιφάνεια (m 2 ) σε μια χρονική μονάδα (ημέρες, έτη). Οι βιογεωχημικές ροές συνίστανται από ροές χερσογενών και βιογενών σωματιδίων. Η συνολική ροή υπολογίζεται ως (mg/m 2.day) Οι ροές βιογενών συνίστανται από: - ροές οργανικού υλικού >> mg/ m 2.έτοςς - ροές ανόργανου υλικού >> αριθμός/m 2.έτος Οι βιογενείς ροές ατιπροσωπεύουν την εξαγόμενη παραγωγική (export t production)

23 Από τις ιζηματοπαγίδες μετράμε: - τις ροές του χερσογενούς και βιογενούς υλικού - την εποχική μεταβολή των ροών >>την μεταβολή της βιολογικής μεταβολής >> - την μεταβολή της σύστασης των συγκεντρώσεων της επιφάνειας, των ομάδων διαφόρων οργανισμών (πχ. διάτομα, κοκκολιθοφόρα), την μεταβολή των ειδών στα πλαίσια μιας συγκεκριμένης ομάδας; - την μεταβολή της αφθονίας Επιφανειακές-βαθιές ς ιζηματοπαγίδες: - Υπολογισμός της ταχύτητας καταβύθισης των διαφόρων σωματιδίων στην υδάτινη στήλη - Παρουσία συσσωματωμάτων, μηχανισμοί - Βαθμός διατήρησης, διαλυτοποίησης των σωματιδίων - Σχέση βιοκοινωνιών/θανατοκοινωνιών

24 Παράδειγμα μελέτης: Ρέ λ έ Ροές και παλαιοροές στην Αν. Μεσόγειο

25 Μια από τις πρώτες φωτογραφίες από δείγμα ιζηματοπαγίδας, όπου διακρίνονται κυλινδρικά fecal pellets και άλλα συσσωματώματα, πλαγκτονικά κελύφη, διάφανα κελύφη πτεροπόδων, ραδιολάρια και διάτομα. Η πρώτη ιζηματοπαγίδα βαθειάς θάλασσας συλλέχθηκε στις 20 Φεβρουαρίου 1977, από βάθος 5.367m στη νότια αβυσσική «πεδιάδα» της θάλασσας των Σαργασσών. Καθώς ο Sus Honjo και οι συνεργάτες του είδαν τα δείγματα κάτω από το μικροσκόπιο, άρχισαν να λύνουν το μυστήριο της πρόσληψης τροφής των βενθονικών οργανισμών και επιβεβαίωσαν την θεωρία ότι η διατροφή τους προέρχεται από τα επιφανειακά ύδατα.

26 Marine Snow «θαλάσσιο Χιόνι»

27 Το μεγαλύτερο ποσοστό του οργανικού υλικού που μεταφέρεται κατακόρυφα στους ωκεανούς προέρχεται από την βύθιση μεγαλύτερων σωματιδίων που αποκαλούνται marine snow. Τέτοια σωματίδια (όπως αυτά που φαίνονται στην φωτογραφία δεξιά), μπορούν να βυθίζονται με ταχύτητες μεγαλύτερες των 100 m/ημέρα, επιτρέποντας τους να ταξιδέψουν από την επιφάνεια στον βαθύ ωκεανό εντός λίγων ημερών. Αυτό το «θαλάσσιο χιόνι» είναι δηλαδή συσσωματώματα μικρότερων σωματιδίων που συμπεριλαμβάνουν φυτοπλαγκτονικά κελύφη, κοπρολιθικά σφαιρίδια (fecal pellets) και δετριτικό υλικό.

28 Πρωτογενείς παραγωγοί

29 1) Σταθμοί δειγματοληψίας

30 CTD 12 CTD 02 CTD 11 CTD 03 CTD 10 CTD 05 CTD 09 CTD 08 CTD 04 CTD 05 Προφίλ θερμοκρασίας Συγκεντρώσεις κοκκολιθοφόρων

31 Σχετικές αφθονίες των διαφόρων ειδών κοκκολιθοφόρων

32 Είδη Κοκκολιθοφόρων της ανώτερης ευφωτικής ζώνης R. clavigera D. tubifera C. mediterranea G. ornata S. apsteinii H. pavimentum Μalinverno et al., 2003

33 Είδη Κοκκολιθοφόρων της ανώτερης ευφωτικής ζώνης S. quadriperforatus H. arethusae

34 Είδη Κοκκολιθοφόρων της βαθιάς ευφωτικής ζώνης F. profunda G. flabellathus O. antillarum S. anthos Μalinverno et al., 2003

35 Υπολογισμός ροών Rutten et al., 2000 Recent terrestrial and carbonate fluxes in the pelagic eastern Mediterranean; a comparison between sediment trap and surface sediment. Pal. Pal. Pal., 158: Ziveri et al., 2000 Present-day coccolith fluxes recorded in central eastern Mediterranean sediment traps and surface sediments. Pal. Pal. Pal., 158:

36 Συνολική ροή ρή Και ροές των Κύριων στοιχείων: Al = δείκτης των Χερσογενών στοιχείων Ca = δείκτης των βιογενών ανθρακικών στοιχείων

37

38 Βιογενείς Ροές ανθρακικών: κοκκόλιθοι

39 Ροές των διαφόρων ειδών κοκκολίθων

40 Ροές των ανθρακικών βιογενών

41 Υπολογισμός της συμμετοχής των διαφόρων ειδών στις ροές ανθρακικών Υπολογισμός όγκου κοκκολίθου V (μm 3 ) = K S x l 3 Μάζα CaCO 3 (pg) = V x 2,7 pg/ μm 3

42 Παλαιο-ροές th (cm) Dept ,0 1,5 2,0 2,5 Dry Bulk Density coarse (>32um) fraction% fine (<32um) fraction% Fine fraction carbonate% Μalinverno et al., 2003

43 Depth (cm) Depth (cm) # coccoliths x 10 / cm Coccolith and fine fraction carbonate % (cm) Depth Depth (cm) Coccolith species % Coccolith species carbonate % LEGEND F. profunda G. flabellatus E. huxleyi overcalc. E. huxleyi Gephyrocapsa spp. Syracosphaera spp. U. tenuis Helicosphaera spp. C. leptoporus Umbilicosphaera spp. A. brasiliensis Rhabdosphaera spp. Minor species Μalinverno et al., 2003

44 Ροές Βιογενών Ανθρακικών νότια της Κρήτης MALINVERNO E TRIANTAPHYLLOU M V STAVRAKAKIS S ZIVERI P LYKOUSIS V 2009 Seasonal and spatial variability of coccolithophore export MALINVERNO, E., TRIANTAPHYLLOU, M.V., STAVRAKAKIS, S., ZIVERI, P., LYKOUSIS, V., Seasonal and spatial variability of coccolithophore export production at the South-Western margin of Crete (Eastern Mediterranean). Marine Micropaleontology 71: , doi: /j.marmicro

45 Ροές Βιογενών Ανθρακικών νότια της Κρήτης MALINVERNO, E., TRIANTAPHYLLOU, M.V., STAVRAKAKIS, S., ZIVERI, P., LYKOUSIS, V., Seasonal and spatial variability of coccolithophore export production at the South-Western margin of Crete (Eastern Mediterranean). Marine Micropaleontology 71: , doi: /j.marmicro

46 Ροές Βιογενών Ανθρακικών νότια της Κρήτης MALINVERNO, E., TRIANTAPHYLLOU, M.V., STAVRAKAKIS, S., ZIVERI, P., LYKOUSIS, V., Seasonal and spatial variability of coccolithophore export production at the South-Western margin of Crete (Eastern Mediterranean). Marine Micropaleontology 71: , doi: /j.marmicro