Integrating fluvial processes into the global Si cycle

Detta är en avhandling från Department of Geology, Lund University

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Kisel (Si) förekommer i alla naturliga vatten i form av löst kisel och är ett näringsämne för många växt- och djurarter. Löst kisel kommer ursprungligen från kiselhaltiga mineral som har vittrat. Vid vittringen går det åt koldioxid (CO2) och på så vis finns det ett samband mellan omsättningen av kisel och kol. Både upptag och vittring av kisel bidrar till att fördelningen av de stabila isotoperna av kisel (28Si, 29Si, 30Si) i vattnet ändras. Detta innebär att sammansättningen av kiselisotoper (uttryckt som promille, δ30Si) kan användas för att klargöra hur kisel har omsatts på till exempel sin väg från berggrund till hav. I den globala kiselomsättningen är flödet av kisel från land till hav en viktig del. Den är viktig både som en sammanlagd produkt av den omsättning av kisel som skett på land och genom sitt bidrag till kiselomsättningen i havet. Den huvudsakliga delen av kiselflödet sker i rinnande vatten (i det som kallas det fluviala systemet) antingen i form av löst kisel eller som kisel i olika former bundet till partiklar. Det fluviala systemet kan ses som en serie filter, där kisel fastnar i flodbäddar och våtmarker, sjöar och reservoarer, och i kantzoner runt rinnande vatten och sjöar. Var och en av dessa filter kan förändra såväl mängden kisel som den isotopiska sammansättning av en flods kiselflöde på sätt som ännu inte är helt klargjorda. Denna avhandling syftar till att förbättra förståelsen för de processer som kan få kiselflödena i floder att variera och den baseras dels på en sammanställning och tolkning av litteraturdata, dels på resultat från egna fältmätningar i tre stora avrinningsområden – Okavango, Ganges och Paraná. Resultaten bekräftar att det inom det fluviala systemet sker en stor minskning av mängden löst kisel eftersom en del kisel fastnar i sjöars och reservoarers sediment under kortare eller längre perioder. Kisel kan även bindas in i växter eller kiselalger under växtsäsongen och därför kan flodbäddar och våtmarker fungera som källor eller som sänkor beroende på vilken tidsskala man studerar. Resultaten betonar också hur viktigt det är att ta hänsyn till biologiska, och inte enbart geokemiska, processer för förståelsen av global kiselomsättning. Sediment som transporteras med floder anses generellt vara relativt stabila och inte reagera med omgivningen, men vi kunde visa att den andel av sedimentet som kan frigöra löst kisel då det når havsvatten kan vara större än vad som tidigare antagits. Slutligen kan konstateras att frisläppande av löst kisel genom vittring av sediment inom det fluviala systemet (flodbäddar inräknade) är en långsam process. Trots detta kommer, åtminstone i Gangesområdet, den största delen av allt löst kisel ändå från denna process eftersom den största delen av detta avrinningsområde består av flodbäddar. Från mätningar i floder världen över finns det drygt 500 δ30Si -värden på löst kisel, varav ett hundratal har tagits fram inom ramen för denna avhandling. Med ett medelvärde på +1.38‰ ± 0.50‰, så ligger löst kisel i floder genomgående över δ30Si -värdet i berggrunden. Värdena visar inte något tydligt samband med latitud eller koncentration av löst kisel i vattnet, men kontrolleras till viss del av hydrologiska förhållanden. Om man ser vittringen av kiselhaltiga mineral som en tvåstegsprocess där det först sker en mineralnedbrytning och sedan en omvandling av en del av det lösta till nya mineral, så är det främst i den senare processen som det sker ett urval av vilka kiselisotoper som används. Den andra processen omfattar även de kiselstrukturer som produceras av växter och djur. I förlängningen kan δ30Si-värdet i löst kisel i floder visa hur mycket av vattnets kisel som har omvandlats och tillsammans med flödeshastigheter användas för att uppskatta den ursprungliga vittringshastigheten av kisel. Den gängse bilden är att vittringen av kiselhaltiga material beror på många samverkande processer, där exempelvis klimat och fysiska variabler spelar in. Denna avhandling ger ytterligare stöd för detta.

  KLICKA HÄR FÖR ATT SE AVHANDLINGEN I FULLTEXT. (PDF-format)