Linking water and carbon cycles: modeling latent heat exchange and dissolved organic carbon
Kasurinen V. (2016). Linking water and carbon cycles: modeling latent heat exchange and dissolved organic carbon. https://doi.org/10.14214/df.215
Tiivistelmä
Veden hydrologinen kierto ja globaalistikin tärkeät alkuaineiden kierrot kuten hiilenkierto liittyvät kiinteästi toisiinsa. Yksi merkittävimmistä sidoksista vesi- ja hiilivoiden voiden välillä on fotosynteettisen tuotannon vedenkäytön tehokkuus ja sen merkitys mm. kuivuudelle. Toinen merkittävä sidos veden- ja hiilenkierron välillä on maaekosysteemien fotosynteettistä alkuperää olevan liuenneen, värillisen orgaanisen hiilen kulkeutuminen vesiekosysteemeihin. Tässä työssä pyrittiin mallintamisen avulla selvittämään, miten pohjoisella havumetsävyöhykkeellä vallitseva kasvillisuuspeite vaikuttaa haihduntaan sekä virtavesiin päätyvän liuenneen orgaanisen aineen määrään. Työssä osoitettiin, että havumetsävyöhykkeellä ja arktisilla alueilla latenttiin lämmönvaihtoon eli veden haihduntaan vaikuttaa samallakin ilmastovyöhykkeellä suuresti vallitseva metsä- tai kasvillisuustyyppi. Esimerkiksi mallinnettu tundratyyppisen kasvillisuuden haihdunta oli vain puolet lehtimetsän haihdunnasta. Tutkimuksessa havaittiin myös huomattavia kesän ja talven välisiä eroja tavassa, jolla ekosysteemit käyttävät vettä. Sopeutuminen talveen aiheutti kasvillisuudessa ilmarakojen toimintaan liittyviä fysiologisia muutoksia, jonka johdosta talvi- ja kesätilan väliset erot olivat suuria. Siirtyminen talvitilasta kesänaikaiseen fysiologiseen tilaan, jossa haihdunta oli suurinta, tapahtui hitaammin kuin yhteyttämiselle on aikaisemmin raportoitu. Havumetsävyöhykkeen valuma-alueilla ja virtavesissä oli suurta ajallista ja paikallista vaihtelua liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuuksissa. Tässä työssä kehitettiin hydrologian ja liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuudet yhdistävä malli, jota sovellettiin boreaaliselle valuma-alueelle simuloimaan virtaveden liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuuksia. Näitä pitoisuuksia tarkasteltiin suhteessa valuma-alueen vesivarastoon, maaperän lämpötilaan ja jokien virtaamaan. Malli on pelkistetty kuvaus fysikaalisesta ympäristöstä, ja sen parametrit voidaan ratkaista yksinkertaisilla tilastollisilla menetelmillä. Maaekosysteemeistä peräisin olevan liuenneen orgaanisen hiilen merkitystä toisenvaraisille rannikkovesien ravintoverkoille arvioitiin sen jälkeen, kun se oli alistettu UV-säteilylle, jonka määrä vastasi maan pinnan kuukaudessa vastaanottamaa säteilyannosta. Tutkitut jokivesinäytteet kattoivat kymmenen maapallon suurimpiin lukeutuvaa jokea. Kokeellinen säteilytys hajotti keskimäärin puolet värillisestä liuenneesta orgaanisesta hiilestä, mikä viittaa siihen, että auringonvalon aiheuttamat valokemialliset reaktiot ovat merkittävä värillisen liuenneen orgaanisen hiilen nielu rannikkovesissä. Trooppisten sademetsien kattamat laajat alueet Amazon- ja Kongo- jokien valuma-alueilla ilmeisesti vaikuttivat biologisesti käyttökelpoisten, valokemiallisesti tuotettujen yhdisteiden suuriin tuotantomääriin ja siten suuriin liuenneen värillisen hiilen voihin näillä globaalisti tärkeillä joilla. Tutkimus paljasti, että suurin osa värillisestä liuenneesta orgaanisesta hiilestä mineralisoituu rannikkovesissä hiilidioksidiksi joko suoraan tai bakteerihengityksen kautta.
Avainsanat
hydrologia;
Latentin lämmön vaihto;
liuennut orgaaninen hiili
-
Kasurinen,
University of Helsinki, Department of Forest Sciences
Sähköposti
ville.kasurinen@helsinki.fi
Julkaistu 7.4.2016
Katselukerrat 3932
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.215 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Kasurinen V., Alfredsen K., Kolari P., Mammarella I., Alekseychik P., Rinne J., Vesala T., Bernier P., Boike J., Langer M., Belelli Marchesini L., van Huissteden K., Dolman H., Sachs T., Ohta T., Varlagin A., Rocha A., Arain A., Oechel W., Lund M., Grelle A., Lindroth A., Black A., Aurela M., Laurila T., Lohila A., Berninger F. (2014). Latent heat exchange in the boreal and arctic biomes. Global Change Biology 20(11): 3439-3456.
https://doi.org/10.1111/gcb.12640
Alekseychik P., Lindroth A., Mammarella I., Lund M., Rinne J., Kasurinen V., Nilson M.B., Peichl M., Lohila A., Aurela, M., Laurila, T., Shurpali, N., Tuittila, E.-S., Martikainen, P., Vesala T. (2015). Energy partitioning and evapotranspiration in eight Fennoscandian peatlands. 1-12. Manuscript.
Kasurinen V., Alfredsen K., Ojala A., Pumpanen J., Weyhenmeyer G.A., Futter M.N., Laudon H., Berninger F. (2015). Modeling Dissolved Organic Carbon Transport in Boreal Catchments. 1-13. Manuscript.
Kasurinen V., Aarnos H. and Vähätalo, A. (2015). Biologically labile photoproducts from riverine non-labile dissolved organic carbon in the coastal waters. Biogeosciences Discussions 12: 8199-8234.
