Επίγεια οργανική ύλη στον παράκτιο περιβάλλον του ποταμού Μισισιπή στον Κόλπο του Μεξικού

Η οργανική ύλη (OM) είναι γνωστό ότι είναι ένας από τους πρωταρχικούς παράγοντες που εμπλέκονται στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα καθώς και ένας μηχανισμός δέσμευσης άνθρακα. Παρά τη σημασία του, λίγα είναι γνωστά για τις πηγές, το ρόλο και τη σημασία του ΟΜ στα παράκτια περιβάλλοντα. Αρκετές μελέτες υποδεικνύουν ότι το χερσαίο ΟΜ εναποτίθεται κυρίως στις παράκτιες υφαλοκρηπίδες του Κόλπου του Μεξικού και ότι λίγο εναποτίθεται στην υφαλοκρηπίδα. Ωστόσο, αρκετές άλλες μελέτες που έρχονται σε αξιοσημείωτη αντίθεση με αυτές τις μελέτες, υποδεικνύουν ότι σημαντικές ποσότητες OM που εναποτίθενται σε υπεράκτια ιζήματα είναι χερσαίας προέλευσης.

Αυτό το άρθρο εστιάζει κυρίως σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε από τον καθηγητή Miguel Goni στον βορειοδυτικό Κόλπο του Μεξικού. Αυτή η μελέτη τάσσεται με το τελευταίο από τα δύο επιχειρήματα, υποδηλώνοντας ότι οι παράμετροι στις οποίες χρησιμοποιήθηκε η κύρια αναφερόμενη ομάδα ήταν ανεπαρκείς για την εκτίμηση των πηγών του OM. Εφάρμοσαν διάφορες τεχνικές, συμπεριλαμβανομένων των αναλογιών dC, των αναλύσεων ραδιοάνθρακα και της αφθονίας της λιγνίνης φαινόλης, προκειμένου να προσδιορίσουν τις πηγές της ΟΜ στο ράφι και τα ιζήματα της κλίσης.

Η ανάγκη να διευθετηθεί η συζήτηση σχετικά με τη συμβολή των χερσαίων ΟΜ στα παράκτια ύδατα είναι ζωτικής σημασίας. Προηγούμενες εκτιμήσεις της ΟΜ στα παράκτια ιζήματα αποδίδουν το ΟΜ σε θαλάσσιες πηγές (Chikaraishi et al., 2005), χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η απόδοση του C4 OM στον Κόλπο. Αυτή η έκπτωση θα παρέσυρε τις εκτιμήσεις της προηγούμενης πρωτογενούς παραγωγικότητας, καθώς και θα απαιτούσε μια επανεκτίμηση των αυτόχθων και αλλόχθων συνεισφορών στην ΟΜ στα παράκτια ιζήματα. Λόγω της σημασίας του παράκτιου οργανικού άνθρακα στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα, αυτή είναι μια ζωτική παράμετρος που πρέπει να οριοθετηθεί.

Περιγραφή περιφερειακών χαρακτηριστικών

Ο βορειοδυτικός Κόλπος του Μεξικού είναι η κύρια περιοχή μελέτης που θα επικεντρωθεί.

Η κύρια πηγή γλυκού νερού σε αυτήν την περιοχή είναι ο ποταμός Μισισιπής, που αποτελεί το 70-90% της συνολικής εισροής γλυκού νερού στον Κόλπο του Μεξικού. Ο ποταμός Μισισιπής αποστραγγίζει μια περιοχή 3,3×10 Km, που αντιστοιχεί περίπου στο 40% της ηπειρωτικής Αμερικής, και μεταφέρει περίπου 210 x 10 τόνους ιζημάτων ετησίως στον Κόλπο του Μεξικού, τη μεγαλύτερη πηγή ιζημάτων στην περιοχή. Τα ιζήματα που εναποτίθενται στον Κόλπο σχηματίζουν καλά ανεπτυγμένα δέλτα κοντά στην ακτή και μεταφέρονται στην ανοικτή θάλασσα λόγω των ρευμάτων εκ νέου αιώρησης και θολότητας. Η πρωτογενής θαλάσσια παραγωγικότητα στην ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα του Κόλπου του Μεξικού υπερβαίνει τα 100 g C/m/έτος, αν και είναι κάπως περιορισμένη στα ύδατα κοντά στην ακτή λόγω θολότητας και παρασυρμού ιζημάτων στο νερό.

Ο ποταμός Μισισιπής αποστραγγίζει τα περισσότερα λιβάδια της Βόρειας Αμερικής. Αυτά τα λιβάδια αποτελούνται κυρίως από χόρτα C4 και ξυλώδη φυτά C3. τα ξυλώδη φυτά C3 κυριαρχούν σε πιο βόρειες περιοχές ενώ τα χόρτα C4 βρίσκονται κυρίως νοτιότερα. Αυτή η επικράτηση των φυτών C3 στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη και των αγρωστωδών C4 στα νότια γεωγραφικά πλάτη οφείλεται στις χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε κάθε φωτοσυνθετικό μονοπάτι. Τα φυτά C4 κυριαρχούν όταν οι θερμοκρασίες είναι πάνω από 10°C, ενώ τα φυτά C3 είναι πιο ανθεκτικά και αντέχουν σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από 10°C. Η πλειονότητα των δέντρων, των περισσότερων θάμνων, των βοτάνων, των φασκόμηλων και των χόρτων του κρύου καιρού χρησιμοποιούν το μονοπάτι C3, που περιλαμβάνει τη μεγάλη πλειονότητα των χερσαίων φυτών που φωτοσυνθέτουν.

Παρόλο που το μονοπάτι C4 δεν είναι τόσο διαδεδομένο όσο το μονοπάτι C3, ορισμένοι από τους κύριους τύπους φυτών που υπάρχουν σε αφθονία στα λιβάδια της Βόρειας Αμερικής, όπως τα χόρτα με ζεστό καιρό, καθώς και καλλιέργειες όπως το ζαχαροκάλαμο και το καλαμπόκι, χρησιμοποιούν αυτό το μονοπάτι.

Τοποθεσία

Οι Goni et al., (1998) συνέλεξαν ιζήματα γραμμικά κατά μήκος δύο διατομών κάθετων προς την ακτή του Κόλπου του Μεξικού. Αυτές οι διατομές διασχίζουν την ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα και καταλήγουν στην αβυσσαλέα πεδιάδα, τέμνουν το Α που τρέχει ΒΔ-ΝΑ κατά μήκος του Νοτιοδυτικού Περάσματος, ενός κύριου διανομέα του ποταμού Μισισιπή, ενώ το τμήμα Β που εκτείνεται N-S παράλληλα με την εκροή του ποταμού Atchafalaya. Οι ρυθμοί καθίζησης βρέθηκαν χρησιμοποιώντας απογραφές Pb και καθορίστηκε ότι οι ρυθμοί συσχετίστηκαν αντιστρόφως με το βάθος του νερού. Οι ρυθμοί καθίζησης κυμαίνονταν από 0,8 cm/έτος στο σταθμό των 107 m (το πλησιέστερο δείγμα στην ξηρά που συλλέχθηκε για το τέμμα Α) έως 0,005 cm/έτος στο σταθμό 1470 m (το πιο απομακρυσμένο δείγμα από την ξηρά που συλλέχθηκε για το τέμμα Α). Ο Lin, (1990) διαπίστωσε ότι τα ιζήματα που βρίσκονται σε αυτήν την περιοχή ήταν κυρίως άργιλος (50-75%), με λάσπη να αποτελεί το 25-45%, και τη λεπτή άμμο να συνεισφέρει 1-10%.

Περιγραφή των μονοπατιών φωτοσύνθεσης C3 και C4

Η πιο κοινή φωτοσυνθετική οδός είναι η οδός C3, χαρακτηριστική της πλειοψηφίας των δέντρων, των περισσότερων θάμνων, βοτάνων, χόρτων του κρύου καιρού και αγριόχοιρων στη γη. Η οδός C3, ή ο κύκλος Calvin, περιλαμβάνει φωτοσύνθεση με αρχικό CO₂ σχηματίζοντας φωσφογλυκερικό οξύ, ένα οξύ 3 άνθρακα. Συγκριτικά, η διαδρομή C4, γνωστή και ως κύκλος Hatch-Slack, συνδυάζει CO₂ στη φωτοσύνθεση με πυροσταφυλική φωσφαινόλη και παράγει ένα οξύ 4-ανθράκων. Η πλειονότητα των φυτών C4 αποτελείται από χόρτα ζεστού καιρού. Αυτά τα δύο διαφορετικά μονοπάτια έχουν πολύ διακριτές υπογραφές dC. Τα φυτά C3 τείνουν να έχουν υπογραφές dC που κυμαίνονται από -23 έως -35 ‰ και κατά μέσο όρο περίπου -26 ‰, ενώ τα φυτά C4 είναι περισσότερο εμπλουτισμένα σε C και επομένως έχουν υπογραφές dC από περίπου -10 έως -14 ‰, με μέσο όρο περίπου - 13‰.

Η λεκάνη απορροής του ποταμού Μισισιπή περιλαμβάνει φυτά C4 και C3, καθένα από τα οποία αντιπροσωπεύει ένα μεγάλο μέρος του συνολικού OM που παρασύρεται στον ποταμό. Ένας συνδυασμός αυτών των ξυλωδών φυτών και των χόρτων δίνει ογκώδεις υπογραφές dC που κυμαίνονται από -17 έως -23‰, επιπλέον το OM που προέρχεται από τη θάλασσα δίνει υπογραφές dC από -18 έως -22 ‰. Εδώ βρίσκεται το δίλημμα της προσπάθειας ποσοτικοποίησης της συμβολής της χερσαίας ΟΜ στα παράκτια επιφανειακά ιζήματα. Λόγω του μείγματος των φυτών C4 και C3 που αποτελούν το Δέλτα του Μισισιπή, τα χερσαία ιζήματα που εναποθέτει ο Μισισιπής στον Κόλπο του Μεξικού έχουν τιμές dC παρόμοιες με αυτές του θαλάσσιου OM.

Η χρήση του dC για τον προσδιορισμό των φυτών C4 και C3

Στην ατμόσφαιρα, ο άνθρακας εμφανίζεται φυσικά ως C και C, και παρόλο που το C αποτελεί τη συντριπτική πλειονότητα του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, το C υπάρχει σε μικρές αναλογίες. Παρόλο που το C υφίσταται διάκριση όταν τα φυτά φωτοσυνθέτουν, με αποτέλεσμα η αναλογία του C που χρησιμοποιείται πολύ περισσότερο από τα φυτά C, C3 και C4 να διακρίνει αυτό το άτομο C σε διαφορετικά μεγέθη. Έτσι, η τεχνική μέτρησης dC μετρά την αναλογία C προς C έναντι ενός προτύπου και ανάλογα με την τιμή που λαμβάνεται, μπορεί κανείς να καθορίσει εάν το OM προήλθε από μια μονάδα C3 ή C4.

Προηγούμενες μελέτες, όπως οι Gearing et al., (1977) προσδιόρισαν ότι το ΟΜ που προέρχεται από τη γη δεν συνεισέφερε ουσιαστικά στο μεγαλύτερο μέρος του ΟΜ στα επιφανειακά ιζήματα στα ανοικτά των ακτών του Κόλπου του Μεξικού. Σε αυτή τη μελέτη ο Gearing et al., (1977) ήταν κοντόφθαλμος συγκρίνοντας μόνο δύο ακραία μέλη με την τιμή dC. Υπέθεσαν ότι το επίγειο OM που προέρχεται από το Δέλτα του Μισισιπή ήταν προέλευσης C3 και έτσι συνέκριναν τις τιμές dC για τα φυτά C3 με τις τιμές dC τυπικών θαλάσσιων πηγών. Δεδομένου του μεγάλου τμήματος των λιβαδιών C4 από τα οποία αποτελείται το δέλτα του ποταμού Μισισιπή, αυτή η απλούστευση θα μπορούσε να έχει προκαλέσει σημαντική επίβλεψη της επίγειας συνεισφοράς των ΟΜ στον Κόλπο.

Οι Goni et al., (1998) βρήκαν ότι οι τιμές dC για όλα τα ιζήματα που αναλύθηκαν έπεσαν σε ένα στενό εύρος από -21,7 έως -19,7‰. Αν και υπήρχε μια ελάχιστη τάση προς πιο εμπλουτισμένες τιμές dC με αυξανόμενο βάθος νερού στο τέμπλο Α, δεν φάνηκε να υπάρχει τάση στις τιμές dC για το τέμπλο Β.

Το στενό εύρος τιμών dC που βρήκαν οι Goni et al (1998) είναι συνεπές τόσο με την τιμή dC του θαλάσσιου OM όσο και με την τιμή dC του OM που αποτελείται από φυτά C3 και C4. Επομένως, το dC από μόνο του δεν αρκεί για να χαρακτηρίσει το ΟΜ ως χερσαίου (C3 ή C4) ή θαλάσσιας προέλευσης.

Η λιγνίνη ως βιοδείκτης στο Terrigenous OM

Περιπλέκοντας αυτό το δίλημμα των αλληλεπικαλυπτόμενων τιμών dC, μια σημαντική ποσότητα χερσαίων καθώς και θαλάσσιων προερχόμενων ΟΜ μπορεί να υποβληθεί σε μικροβιακή αποικοδόμηση. Η μικροβιακή αποικοδόμηση παραμορφώνει τα αποτελέσματα για πολλές αναλυτικές τεχνικές, καθιστώντας επομένως απαραίτητο τον εντοπισμό της αποικοδόμησης και τη συνεκτίμησή της. Για να οριοθετήσει αυτό το Goni et al., (1998) ανέλυσε τα ιζήματα χρησιμοποιώντας παρακολούθηση αναλογίας ισοτόπων - Αέρια Χρωματογραφία - Φασματομετρία Μάζας (irm-GC-MS). Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο μπόρεσαν να αναλύσουν επίγειους βιοδείκτες, συγκεκριμένα προϊόντα οξείδωσης CuO που προέρχονται από λιγνίνη. Η λιγνίνη, ένα μόριο που είναι μοναδικό για τα αγγειακά φυτά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση τερατογόνου ΟΜ στα ιζήματα. Μέσω αυτής της μεθόδου, μπορεί κανείς να προσδιορίσει την προέλευση του OM ως C3 ή C4.

Οι Goni et al., (1998) εφάρμοσαν διάφορες παραμέτρους για να χαρακτηρίσουν τις πηγές φαινολλών λιγνίνης και χερσαίων ΟΜ σε δείγματα παράκτιων ιζημάτων. Οι φαινόλες λιγνίνης κατηγοριοποιούνται σε οικογένειες ενώσεων (βανιλλυλ, συριγγυλ, π-υδροξυ και κινναμυλ) και ως εκ τούτου ορισμένοι τύποι φυτών έχουν φαινόλες λιγνίνης που είναι μοναδικές στον εαυτό τους. Ενώ όλα τα αγγειακά φυτά έχουν βανιλυλ φαινόλες, τα αγγειόσπερμα έχουν συριγυλ φαινόλες και τα γυμνόσπερμα στερούνται συριγγυλ φαινόλες. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον περιορισμό, οι Goni et al., (1998) μέτρησαν την αναλογία συριγγυλίου προς βανιλυλικές φαινόλες (S/V), η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε για να προσδιοριστεί εάν η λιγνίνη στο ΟΜ ήταν προέλευσης αγγειόσπερμου ή γυμνοσπερμίου. Το αγγειόσπερμο, ένα φυτό C3, αναφέρεται σε φυτά σκληρού ξύλου όπως οι βελανιδιές και τα σφενδάμια. ενώ το γυμνόσπερμο, επίσης φυτό C3, αναφέρεται σε φυτά μαλακού ξύλου όπως τα κωνοφόρα. Εκτός από την αναλογία S/V, οι Goni et al., (1998) μέτρησαν την αναλογία κινναμυλίου προς βανιλυλικές φαινόλες (C/V) στα παράκτια ιζήματα. Δεδομένου ότι η κινναμύλη είναι ένας τύπος λιγνίνης που βρίσκεται κυρίως σε μη ξυλώδεις ιστούς, όπως χόρτα και φύλλα δέντρων, αυτή η αναλογία βοηθά στον προσδιορισμό της αναλογίας των ξυλωδών έναντι των μη ξυλωδών φυτών.

Οι Goni et al., (1998) βρήκαν ότι όλα τα δείγματα που ελήφθησαν στον Κόλπο του Μεξικού είχαν αναλογίες S/V ≥1 και C/V αναλογίες ≥0,3. Στην τομή Α, οι αναλογίες S/V τείνουν να αυξάνονται από 1,3 στους πιο ρηχούς σταθμούς σε 2,4 στο σταθμό 1470 m. Οι λόγοι S/V για το τέμμα Β ακολουθούν την ίδια γενική τάση, παρά τη μικρή μείωση στον τελευταίο σταθμό 2250m. Αυτή η θετική τάση του S/V υποδεικνύει ότι οι σχετικές αναλογίες αγγειόσπερμου προς φυτά γυμνόσπερμου αυξάνονται με την απόσταση από τις θαλάσσιες περιοχές.

Αναλύσεις λιγνίνης καθώς και παράμετροι σύνθεσης για δείγματα που ελήφθησαν.

Επίσης, η μεγαλύτερη από 1 αναλογία S/V δείχνει ότι η πλειονότητα του ΟΜ προέρχεται από αγγειόσπερμα και ότι λίγο είναι προέλευσης γυμνοσπερμίου. Οι τάσεις του λόγου C/V είναι παρόμοιες με τις τάσεις S/V τόσο για το τμήμα Α όσο και για το τμήμα Β, υποδηλώνοντας μια γενική αύξηση στην αναλογία των χόρτων προς τα ξυλώδη φυτά καθώς αυξάνεται το βάθος. Κατά τη γραφική παράσταση των αναλογιών S/V έναντι C/V μπορεί κανείς να υποδηλώσει την πηγή του OM στα ιζήματα.

Μια γραφική παράσταση της αναλογίας Cinnamyl:Vanillyl έναντι της αναλογίας Syringyl:Vanillyl για τα ιζήματα που συλλέγονται από την ομάδα του Goni στον Κόλπο του Μεξικού. (Ζ) αναφέρεται σε δάση γυμνόσπερμου. (ζ) αναφέρεται σε βελόνες γυμνοσπερμίου. Το (A) αναφέρεται σε δάση αγγειόσπερμου και (α) αναφέρεται σε φύλλα και χόρτα αγγειόσπερμων.

Οι αναλογίες S/V έναντι C/V υποδεικνύουν ότι τα φύλλα και τα χόρτα του αγγειόσπερμου αποτελούν την πλειονότητα των ΟΜ στον Κόλπο. Τα χόρτα τείνουν να έχουν υψηλότερη αναλογία C/V από τα φύλλα, και επομένως η τάση C/V προς υψηλότερες αναλογίες με αυξανόμενα βάθη δείχνει ότι τα χόρτα κυριαρχούν περισσότερο στα ιζήματα πιο μακριά από την ακτή.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, επειδή η μικροβιακή αποικοδόμηση μεταβάλλει τη λιγνίνη στο OM και παραμορφώνει τις αναλογίες S/V και C/V, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον προσδιορισμό της πηγής του δειγματοληπτικού ΟΜ. Ο Goni βρήκε ότι οι αναλογίες Οξέος:αλδεΰδης τόσο για το βανιλύλιο όσο και για το συριγγύλιο ήταν ≥ 0,4, με αναλογία [Ad/Al]>0,4 που δείχνει ότι η λιγνίνη αποικοδομείται σε μεγάλο βαθμό από μικροοργανισμούς. Επομένως, λόγω των αυξημένων αναλογιών [Ad/Al] που βρήκε η ομάδα για τα δείγματά της στον Κόλπο του Μεξικού, είναι ενδεικτικό ότι η λιγνίνη σε αυτά τα δείγματα είχε υποβαθμιστεί σημαντικά.

Αναλογίες C/N

Ο Goni έκανε επίσης αναλύσεις άνθρακα και αζώτου προκειμένου να προσδιορίσει την αναλογία [C/N] για τα ιζήματα του δείγματος. Οι προκύπτουσες αναλογίες [C/N] κυμαίνονταν από 5 έως 8, κάτι που συνάδει με τις αναλογίες από θαλάσσια ΟΜ. Παρόλο που οι αναλογίες [C/N] δεν είναι τυπικές για τις αναλογίες ≥20 του ετερογενούς ΟΜ, όταν σχεδίασαν το %TN έναντι του %OC υπάρχει ένα θετικό %TN τομή όταν το %OC είναι μηδέν. Αυτό καταλήγει στο συμπέρασμα ότι όταν το %OC είναι μηδέν, η θετική ποσότητα του %TN είναι ανόργανη και πιθανότατα προέρχεται από άργιλο. Αφαιρώντας το συνολικό άζωτο από το ανόργανο άζωτο είναι δυνατό να προσδιοριστεί το οργανικό άζωτο που υπάρχει στα δείγματα. Βρήκαν ότι οι νέοι λόγοι [C/N] κυμαίνονταν από 8 έως 13.

Γράφημα %TN έναντι %OC για τα δείγματα που συνέλεξε η ομάδα του Goni στον Κόλπο του Μεξικού.

Αν και η νέα αναλογία [C/N] βρέθηκε να είναι υψηλότερη από την τυπική θαλάσσια OM και χαμηλότερη από την εδαφογενή OM, εμπίπτει στο στενό εύρος αναλογίας 10-12 τυπικό για δείγματα OM από πολλούς ποταμούς και εδάφη σε όλο τον κόσμο.

C Ανάλυση

Οι Goni et al., (1998) έκαναν αναλύσεις ραδιοάνθρακα στα δείγματα που συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο μάζας επιταχυντή σε μια προσπάθεια να προσδιορίσουν την ηλικία κάθε δείγματος. Η ανάλυση κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι ηλικίες C για τα δείγματα κυμαίνονταν από 2580 ybp έως 6770 ybp και αυξήθηκαν με το βάθος κατά μήκος των διατομών Α και Β. Μια μελέτη που έγινε από τον Lin, (1990) διαπίστωσε ότι η μέση ηλικία του θαλάσσιου ΟΜ στα επιφανειακά ιζήματα κυμαινόταν από 3 ybp για δείγματα κοντά στη θάλασσα έως 400 ybp για δείγματα υπεράκτιας.

Αυτές οι νεαρές ηλικίες έρχονται σε μεγάλη αντίθεση με τις ηλικίες που καθόρισε ο Goni και υποδηλώνουν μια εναλλακτική πηγή ΟΜ από τη θαλάσσια πηγή. Η μεγάλη διαφορά στις τιμές C για τις δύο διαφορετικές μελέτες δείχνει ότι τα δείγματα που συνέλεξε ο Goni πρέπει να ήταν τερατογόνου ΟΜ και πιθανότατα αλλόχθωνης προέλευσης. Αυτό είναι ένα ακόμη στοιχείο που υποστηρίζει την ιδέα ότι ένα μεγάλο μέρος του ΟΜ στα επιφανειακά ιζήματα του Κόλπου του Μεξικού είναι χερσαίας προέλευσης.

C4 ως ουσιαστικό συστατικό του χερσαίου OM στον Κόλπο του Μεξικού

Αρκετές μελέτες, συμπεριλαμβανομένων των Gearing et al., (1977) κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι υπήρχαν μικρές ποσότητες χερσαίων ΟΜ προέλευσης C3 στα ιζήματα του Κόλπου του Μεξικού και ότι υπήρξε σημαντική μείωση στην αφθονία χερσαίων ΟΜ και αύξηση του θαλάσσιου ΟΜ. με απόσταση υπεράκτια. Ο Goni κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτές οι μελέτες φάνηκαν να είναι παραπλανητικές και υποτίμησαν τη σημασία του C4 επίγειας ΟΜ. Λόγω πολλαπλών αποδεικτικών στοιχείων, ο Goni διαπίστωσε ότι υπήρχε σημαντική προέλευση C4 στα υπεράκτια ιζήματα του Κόλπου του Μεξικού. Οι υψηλές αναλογίες C/V και S/V καθώς και η ισοτοπική υπογραφή των φαινολλών της λιγνίνης δείχνουν ότι το C4 είναι άφθονο όχι μόνο σε ιζήματα κοντά στην ακτή αλλά και σε υπεράκτια ιζήματα.

Σε συνδυασμό με αυτά τα δεδομένα, οι εμπλουτισμένες τιμές dC των ιζημάτων στον ποταμό Μισισιπή υποδεικνύουν ότι η πλειονότητα του χερσαίου ΟΜ στον Κόλπο του Μεξικού προέρχεται από πηγές C4. Αυτή η κυρίαρχη χερσαία πηγή ΟΜ C4 στον Κόλπο του Μεξικού πρέπει να προέρχεται από τα λιβάδια της Βόρειας Αμερικής που αποστραγγίζουν ο ποταμός Μισισιπής, που είναι η μόνη κυρίαρχη μονάδα οδού C4 στη λεκάνη απορροής.

Κατανομή φυτών C3 και C4 και OM

Μέχρι στιγμής υπάρχουν επαρκή στοιχεία ότι τα φυτά C3 και C4 αποτελούν σημαντική πηγή χερσαίων ΟΜ στα ιζήματα του Κόλπου του Μεξικού. Η κατανομή των φυτών C3 και C4 στη λεκάνη απορροής του ποταμού Μισισιπή, καθώς και των αντίστοιχων OM στα παράκτια ιζήματα, είναι διαμορφωμένη και προβλέψιμη. Λόγω των φωτοσυνθετικών πλεονεκτημάτων της οδού C3, αυτά τα φυτά τείνουν να κυριαρχούν σε ψυχρότερα κλίματα και έτσι αυξάνονται σε αφθονία προς τις βόρειες περιοχές της λεκάνης απορροής. Αντίθετα, τα φυτά C4 τείνουν να κυριαρχούν σε περιοχές με θερμότερο κλίμα και επομένως βρίσκονται κυρίως στα νοτιότερα τμήματα της λεκάνης απορροής.

Ο κύριος τύπος φυτού C3 που υπάρχει στη λεκάνη του ποταμού Μισισιπή, όπως βρέθηκε από τους Goni et al., (1998), ήταν στην κατηγορία των αγγειόσπερμων (σκληρό ξύλο, όπως Oaks, Maples και Beech). Βρήκαν επίσης ότι το C4 OM στον Κόλπο του Μεξικού προερχόταν κυρίως από χόρτα με ζεστό καιρό, όπως τα λιβάδια της Βόρειας Αμερικής. Επομένως, έχουμε μια τάση από αγγειόσπερμα C3 στις βόρειες περιοχές της λεκάνης απορροής σε χόρτα C4 προς το νότιο άκρο της λεκάνης απορροής.

Οι Goni et al., (1998) βρήκαν επίσης ότι η κατανομή των C3 και C4 OM ταξινομήθηκε κατά προτίμηση με βάση το μέγεθος των σωματιδίων. Η υδροδυναμική διαλογή πιστεύεται ότι προκαλεί επικράτηση του C3 OM κοντά στους κόλπους και τις εκβολές ποταμών, ενώ το C4 OM συγκεντρώνεται περαιτέρω στις υπεράκτιες περιοχές. Το OM που προέρχεται από λιβάδια, ένα φυτό οδού C4 βρίσκεται συχνά σε λεπτούς κόκκους ιλύς και άργιλους. ενώ το αγγειακό C3 φυτό ΟΜ τείνει να έχει χονδρότερα και πυκνότερα σωματίδια. Έτσι, λόγω υδροδυναμικών διεργασιών, το C3 OM εγκαθίσταται κοντά στην ακτή στους κόλπους και τις εκβολές ποταμών ενώ το λιβάδι OM παρασύρεται στον ποταμό Μισισιπή πολύ πιο εύκολα και μεταφέρεται πολύ πιο μακριά στον Κόλπο του Μεξικού λόγω του μικρού μεγέθους και της πυκνότητάς του. Αυτό το εύρημα είναι σύμφωνο με πολλές άλλες μελέτες, που συνθέτουν την υπόθεση της υδροδυναμικής ταξινόμησης του OM.

Ευρύτερη σημασία του επίγειου OM

Η κατανόηση της πολυπλοκότητας της επίγειας ΟΜ σε παράκτια περιβάλλοντα μπορεί να βελτιώσει τη γνώση των παράκτιων κύκλων άνθρακα καθώς και να δώσει ενδείξεις για παλαιότερα κλίματα. Οι Cerling et al., (1993) χρησιμοποίησαν βιοδείκτες C4 και C3 για να δώσουν μια εικόνα παρελθόντων περιβαλλόντων.

Διάγραμμα ηλικίας (Myr) έναντι τιμών dC. Τα τετράγωνα αντιπροσωπεύουν δεδομένα που λαμβάνονται από σμάλτα δοντιών θηλαστικών στο Πακιστάν, ενώ οι κύκλοι αντιπροσωπεύουν σμάλτα δοντιών αλόγου στη Βόρεια Αμερική.

Αυτό πραγματοποιήθηκε με τη μελέτη απολιθωμάτων σμάλτου των δοντιών φυτοφάγων στο Πακιστάν καθώς και στη Βόρεια Αμερική, τα οποία καταγράφουν τις υπογραφές των φυτών που έτρωγαν τα φυτοφάγα, είτε ήταν φυτά του μονοπατιού C3 είτε C4. Περίπου 7 έως 5 Ma υπήρξε μια ακίδα στη βιομάζα C4 σε όλο τον κόσμο (Εικ. 5). Τα σμάλτα των δοντιών πριν από 7 Ma έδειχναν ότι η κύρια πηγή βλάστησης ήταν τα φυτά C3, ενώ μετά από 7 έως 5 Ma υπήρχε ένα άλμα στην υπογραφή C4 στα σμάλτα των δοντιών. Αυτή η αλλαγή στην αφθονία του C4 βρέθηκε σε όλο τον κόσμο, υποδεικνύοντας ότι μια καθολική μεταβλητή πρέπει να έχει τροποποιηθεί. Δεδομένου ότι η οδός φωτοσύνθεσης C4 προσαρμόζεται περισσότερο σε χαμηλότερα επίπεδα CO₂ , αυτή η αύξηση στα φυτά C4 αποδίδεται σε μείωση του CO₂ επίπεδα στην ατμόσφαιρα.

Η σύνθεση ισοτόπων άνθρακα των ωκεανών κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου ευθυγραμμίζεται επίσης με μια μείωση του CO₂ στην ατμόσφαιρα. Επομένως, το C4 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης προηγούμενου CO₂ επίπεδα και θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως κατά προσέγγιση παλαιοκλιματικά αρχεία. Τα φυτά C4 και C3 εξαρτώνται επίσης από τη θερμοκρασία, τα φυτά C4 ανθίζουν σε θερμότερα κλίματα ενώ τα φυτά C3 περιορίζονται σε ψυχρότερα κλίματα. Επομένως, η κατανομή των C3 και C4 OM στα παράκτια ιζήματα θα μπορούσε επίσης να λειτουργήσει ως χρήσιμοι δείκτες προηγούμενων διακυμάνσεων και μεγεθών θερμοκρασίας.

Το OM διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα. Η κατανόηση του χερσαίου ΟΜ στα παράκτια ύδατα θα μπορούσε να υποδεικνύει τη σημασία του ως πηγή δέσμευσης άνθρακα καθώς και ως προς τον συνολικό κύκλο του άνθρακα. Η συνεχώς αυξανόμενη ποσότητα CO₂ που τοποθετείται στην ατμόσφαιρα κάθε χρόνο παίζει τεράστιο ρόλο στο μέλλον σχεδόν κάθε οικοσυστήματος στον κόσμο. Μια καλύτερη γνώση του ρόλου που παίζει το επίγειο OM σε αυτόν τον κύκλο θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιθανή επίλυση αυτού του αυξανόμενου προβλήματος.

Συμπεράσματα

Παρόλο που πολλές μελέτες έχουν προβλέψει την έλλειψη οφθαλμογενούς ΟΜ σε παράκτια περιβάλλοντα στον Κόλπο του Μεξικού καθώς και την υποεκτίμηση της χερσαίας ΟΜ στον παράκτιο κύκλο του άνθρακα, οι Goni et al., (1998) βρήκαν επαρκή στοιχεία για να αμφισβητήσουν αυτό το επιχείρημα και να υποστηρίξουν την εδαφογενή ΟΜ ως ένα σημαντικό όσο και περίπλοκο τμήμα του Κόλπου του Μεξικού.

Όπως όλες οι μελέτες που υποστηρίζουν μια εναλλακτική υπόθεση, μια σειρά από ερωτήματα παραμένουν άλυτα και χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης. Στον Κόλπο του Μεξικού καθώς και αλλού, υπάρχει σημαντικός όγκος δεδομένων που συγκρίνουν το C3 με το θαλάσσιο OM και άλλα που συγκρίνουν το C3 με το C4 OM. Αν και αυτές οι μελέτες έχουν συμβάλει σε μεγάλο βαθμό στη συνολική γνώση του ΟΜ σε παράκτια περιβάλλοντα, φαίνεται ότι απαιτείται μια ολοκληρωμένη μελέτη που να συγκρίνει τα θαλάσσια, C3 και C4 OM για την πλήρη κατανόηση της μεγάλης εικόνας. Μέσω της ανάλυσης και των τριών τύπων ΟΜ, μια συνολική κατανόηση των πηγών και της διανομής του ΟΜ στον Κόλπο του Μεξικού θα ξεκλειδώσει τα κλειδιά για τους ρόλους και τη σημασία που παίζει αυτό το ΟΜ.

Επιπλέον, ένα άλλο ερώτημα που πρέπει να τεθεί είναι εάν αυτή η ίδια υποεκτίμηση του C4 OM σε παράκτια περιβάλλοντα έχει επαναληφθεί σε λιβάδια σε όλο τον κόσμο. Μεγάλο μέρος της Αφρικής καλύπτεται από λιβάδια, καθώς και η Πάμπα στην Αργεντινή και οι Στέπες στην Ευρώπη. Συγκρίνοντας το C3, το C4 και το θαλάσσιο OM στις παράκτιες περιοχές αυτών των περιοχών, θα μπορούσε να γίνει γνωστή μια ευρύτερη κατανόηση σχετικά με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους, καθώς και να δοθεί η δυνατότητα να γίνουν υπερκείμενες υποθέσεις σχετικά με τον ρόλο των οφθαλμογενών ΟΜ στα παράκτια περιβάλλοντα καθώς και στο παγκόσμιο κύκλος άνθρακα.