velikost textu

Freshwater wetlands as a biogeochemical archive: Temporal changes in climate and environmental records

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Freshwater wetlands as a biogeochemical archive: Temporal changes in climate and environmental records
Název v češtině:
Rašeniliště jako biogeochemický archiv: Změny v klimatickém a environmentálním záznamu
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Leona Bohdálková, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Martin Novák, CSc.
Oponenti:
prof. RNDr. Martin Mihaljevič, CSc.
RNDr. Marie Hojdová, Ph.D.
Id práce:
83679
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav hydrogeologie, inž. geologie a užité geofyziky (31-450)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
Aplikovaná geologie se zaměřeními (XGEOLAP)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
27. 9. 2012
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Práce byla vyloučena ze zveřejnění.
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
klimatické změny, metan, Sphagnum, izotopy, znečištění atmosféry, beryllium, olovo
Klíčová slova v angličtině:
climate change, methane, rašeliník, isotopes, atmospheric pollution, beryllium, lead
Abstrakt:
Abstrakt Rašeliniště pokrývají na zemském povrchu plochu o velikosti 4.106 km2. Akumulace organické hmoty v rašeliništích během posledních 11 000 let je způsobena převahou rostlinné produkce nad rozkladem organické hmoty. Rašeliniště tvoří rezervoár organického uhlíku a zároveň jsou užitečným vědeckým nástrojem pro rekonstrukci historického znečištění atmosféry. První část disertace se zaměřuje na rašeliniště jako dynamický rezervoár uhlíku při předpovídané klimatické změně, která může ovlivnit uhlíkový cyklus a emise skleníkových plynů do atmosféry. Ke studiu byly použity tři různé metodické postupy – laboratorní inkubace rašelinných monolitů, transplantační experiment a měření toků plynu in situ. Pomocí laboratorních inkubací jsme studovali vliv zvýšené teploty, poklesu hladiny a kombinaci těchto parametrů na produkci skleníkových plynů z rašelinných vzorků mírného (Velké Dářko, VD, ČR) a boreálního (Stor Åmyran, SA, Švédsko) klimatického pásu. V současné době je potenciální produkce metanu z rašeliniště mírného pásu cca 14krát větší než z rašeliniště boreálního pásu (28 mg m-2 h-1 na VD a 2 mg m-2 h-1 na SA). Rašelinné vzorky z obou lokalit reagovaly různě na zvýšení teploty. Produkce metanu se díky změně teploty změnily devítinásobně. Postupný pokles vodní hladiny z 2 na 14 cm pod povrchem měl mnohem větší efekt na produkci metanu. Potenciální produkce metanu z rašeliny VD klesla více než 100krát. Celkově rašelinné vzorky z mírného pásu reagovaly výrazněji na klimatickou změnu než vzorky z boreálního pásu. Emise metanu byly zkoumány in situ vzorkováním na nedotčeném a dlouhodobě uměle odvodněném rašeliništi v Krušných horách. Dlouhodobé odvodnění může napodobit pokles vodní hladiny během předpovídané klimatické změny. Odvodnění vedlo k invazi ostřic (Carex), bezkolence modrého (Molinia Caerulea) a smrku ztepilého (Picea abies) z okrajů směrem do centra rašeliniště. Sledovali jsme sezónní variabilitu toků metanu napříč oběma lokalitami a parametry, které toky ovlivňují. Na degradovaném rašeliništi jsme zaznamenali větší fluktuaci vodní hladiny, větší vnitřní variabilitu v rámci rašeliniště a, překvapivě, trojnásobné emise metanu ve srovnání s nedotčeným rašeliništěm. Teplota a přítomnost ostřic byly hlavní faktory ovlivňující emise metanu. Přímý vliv výšky vodní hladiny nebyl významný ve srovnání s nepřímým vlivem způsobeným vegetačními změnami, které následovaly po dlouhodobém umělém odvodnění. Druhá část disertace se zaměřuje na rašeliniště jako archivy atmosférického znečištění v minulosti. Srovnávali jsme koncentrace olova ve vertikálním rašelinném profilu se známými historickými vstupy olova na lokalitách v ČR a Velké Británii. Olovo v rašelinném profilu je považováno za nemobilní, ale málo experimentů zatím testovalo mobilitu ostatních stopových prvků. Proto byl proveden transplantační experiment mezi dvěma lokalitami s odlišnými geochemickými parametry, který testoval mobilitu Pb, Cu, Zn, Fe, Mn a Ti. Po 18ti měsících byla rašelinná jádra z původní lokality srovnána s transplantovanými na druhé lokalitě. Porovnání záznamů koncentrací jednotlivých prvků ve vertikálním rašelinném profilu vedlo k rozdělení prvků na dvě skupiny. Vertikální záznam koncentrací první skupiny prvků se podobal záznamu vzorků z hostitelských lokalit, tj. prvky vykazovaly mobilitu (Fe a Mn). Naopak druhá skupina prvků (Pb, Cu, Zn, and Ti) mobilitu neprokázala. Na deseti odlehlých vysokohorských, různě znečištěných lokalitách v České republice byla sledována atmosférická depozice toxického beryllia. Byla měřena koncentrace Be v rozpustné a nerozpustné frakci v námrazách a ve sněhu. Srovnání čerstvého a různě starého sněhu umožnilo odhadnout velikost suché a mokré depozice. Průměrná koncentrace Be v námrazách byla 7krát vyšší než ve sněhu (6.1 vs. 0.9 ng/l). 34% z celkové depozice Be bylo v rozpustné (biologicky dostupné) formě. Vstupy beryllia se významně lišily na území ČR, nejvyšší byly na severovýchodě. Zpětné trajektorie vzdušných mas, vypočtené pomocí modelu HYSPLIT umožnily identifikovat zdroje znečištění – průmyslovou oblast jižního Slezska.
Abstract v angličtině:
Abstract Worldwide, peatlands cover an area of 4.106 km2. Plant primary production dominated over organic matter decomposition and enabled organic matter to accumulate during the last 11 000 years. Peatlands represent a reservoir of atmospheric carbon and they are a useful scientific tool for reconstructions of historical atmospheric pollution. The first part of the thesis focuses on peatlands as a dynamic carbon reservoir under predicted climate change that would influence carbon cycling and emissions of greenhouse gases into the atmosphere. Three methodological approaches were used – a mesocosm laboratory incubation, a transplant experiment and in situ gas flux measurements. The laboratory incubation studied the response of peat samples from temperate (Velké Dářko, Czech Republic) and boreal (Stor Åmyran, Sweden) zone to a temperature increase, water table decrease and their combination. Today, the warmer site exhibits ~14 times higher CH4 production potential than the colder site (28 mg m-2 hr-1 at VD, and 2 mg m-2 hr-1 at SA). Both sites respond differently to temperature increases. Changes in methane production were up to 9 fold due to different temperatures. A gradual decrease of water table level from 2 to 14 cm below the peat surface had a much stronger effect, VD exhibited a decrease in methane production potential more than 100 times. Overall, peat samples from the temperate zone responded more strongly to the climate change than samples from the boreal zone. In situ gas sampling compared methane emissions from an intact peatland and a long- term artificially drained peatland in the Ore Mountains. Long-term drainage could mimic water table decrease under predicted climate change. Drainage led to an invasion of Carex, Molinia Caerulea and Norway spruce from the edges into the center of the peatland. We focused on seasonal variability in methane fluxes across the two sites and controls on methane emissions. Higher water table fluctuation, higher within-site variability, and, surprisingly, threefold higher methane emission was found at degraded peatland compared to the intact peatland. Temperature and presence of Carex were the main controls on methane emissions. A direct effect of the water table level on methane fluxes was insignificant, compared to the indirect effect through changes in vegetation composition following long-term artificial draining. The second part of the thesis focuses on peatlands as an archives of past atmospheric pollution. Lead concentrations in vertical peat profiles were compared to known historical atmospheric inputs at two sites in the Czech Republic and in the UK. Lead is believed to be immobile in the peat profile but few experiments have been done to test mobility of other trace elements. A transplant experiment between two sites with different geochemical properties was performed to study post-depositional mobility of Pb, Cu, Zn, Fe, Mn and Ti. After 18 months, peat cores from the home site were compared to transplants. Comparison of concentration records in vertical peat profiles lead to separating elements into two groups. The first group of mobile elements (Fe and Mn), converged to the host site patterns, whereas the second group (Pb, Cu, Zn, and Ti) were immobile. Atmospheric depositions of another toxic element, beryllium (Be), were evaluated across a pollution gradient in the Czech Republic, using remote 10 mountain-top locations. Soluble and insoluble fractions of Be in rime and snow were measured and a comparison of fresh and old snow provided an estimate of vertical wet and dry deposition. Across the sites, 7 times higher concentrations were found in rime compared to snow (6.1 vs. 0.9 ng.L-1). On average, 34% of the total beryllium was in soluble (bioavailable) form. Be inputs varied significantly across the country. The highest Be input was found in the northeast of the Czech Republic. Computing of backward trajectories using HYSPLIT model enabled to identify source of pollution – an industrial southern Silesia conurbation.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Leona Bohdálková, Ph.D. 11.67 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Leona Bohdálková, Ph.D. 22 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Leona Bohdálková, Ph.D. 17 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Leona Bohdálková, Ph.D. 204 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. RNDr. Martin Mihaljevič, CSc. 88 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Marie Hojdová, Ph.D. 30 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 1.19 MB