Mineralisation rates of natural organic matter in surface sediments affected by physical forces

Sammanfattning: Nedbrytning av organiskt material är en nyckelfaktor som påverkar omvandlingar av de många grundämnen som utgör eller är associerade till just organiskt material. En stor del av nedbrytningen av akvatiskt organiskt material (OM) sker i gränsskiktet mellan sediment och vatten. Eftersom så många biogeokemiska cykler styrs av nedbrytningen av OM är det viktigt att ha kunskap om processer och påverkansfaktorer både på mikro- och makronivå. Mineraliseringshastigheten av OM är en vanligt förekommande mätparameter, men vanligtvis inkluderar mätningarna inte de naturliga processer som kan påverka nedbrytnings-hastigheterna, t.ex. fysiska krafter.Syftet med den här studien är att studera mineraliseringshastigheten av det OM som finns naturligt i ytsediment i söt- och brackvatten när det utsätts för fysiska krafter som orsakar förändringar i redox-förhållanden, resuspension eller advektivt porvattenflöde. Femlaborativa experiment har utförts för att belysa syftet:Åldrat ytsediment från en sötvattens å utsattes för olika redox förhållanden där oxisk respiration, sulfatreduktion respektive metanogenes gynnades. Resultaten visade ingen skillnad i mineraliseringshastighet beroende på behandling. Detta motsäger studier utförda i marina miljöer, där anoxiska förhållanden ger en lägre mineraliseringshastighet än oxiska.Vidare gjordes två studier på brackvattensediment där effekten av resuspension var i centrum. Den ena studien fokuserade på frekvens och varaktighet av resuspensionstiderna, den andra på olika typer av sediment. Studierna visade att väldigt korta resuspensionstider med upp till 48 timmars stillhet mellan varje resuspension ökade mineraliseringstakten med fem gånger jämfört med diffusivt utbyte, och mer än dubblerades i jämförelse med kontinuerlig resuspension eller resuspension i långa perioder. Resuspensionen under kort tid var troligen gynnande då resuspension fysiskt stör bildningen av stabila bakteriesamhällen. Mineraliseringshastigheterna i sediment som domineras av väldigt fin, fin eller medium sand visade lika hastigheter, medan grov sand visade en signifikant lägre mineraliseringshastighet. Likheterna mellan de tre första sedimenttyperna kan dock ha påverkats av tillgång på lättnedbrytbart OM då sediment och vatten hämtades in under en algblomning.Till sist studerades effekten på mineraliseringshastigheten av advektivt porvattenflöde. Detta gjordes på åldrat sediment dels från en sötvattensbäck dels från en brackvattenstrand. Inget av de två sedimenttyperna visade någon skillnad i mineraliseringshastighet i jämförelse med diffusivt styrda system. Det är i motsats till tidigare marina studier, men är i linje med den första studien, där mineraliseringshastigheten var oberoende av redox-förhållande.Den generella slutsatsen från den här studien är nödvändigheten att studera samma aspekter i olika typer av akvatiska system, eftersom responsen verkar vara annorlunda beroende på system, t.ex. söt- brack- och saltvatten. Faktorer som kan förklara de här skillnaderna finns ännu inte, vilket gör att småskaliga studier och modeller blir viktiga verktyg för att utreda detta.