Chawchai, Sakonvan

Frolking, Steve

Gallego-Sala, Angela

Piilo, Sanna

Väliranta, Minna

Wohlfarth, Barbara

Finnish

Helsingin yliopiston digitaalinen arkisto

https://helda.helsinki.fiTrooppisten kosteikkosedimenttien hiilen varastot vaarassailmastonmuutoksen johdosta?Väliranta, Minna2019-12Väliranta , M , Chawchai , S , Gallego-Sala , A , Frolking , S , Piilo , S & Wohlfarth , B 2019 ,' Trooppisten kosteikkosedimenttien hiilen varastot vaarassa ilmastonmuutoksen johdosta? ', Geologi , Vuosikerta. 71 , Nro 6 , Sivut 128-134 .http://hdl.handle.net/10138/312386unspecifiedpublishedVersionDownloaded from Helda, University of Helsinki institutional repository.This is an electronic reprint of the original article.This reprint may differ from the original in pagination and typographic detail.Please cite the original version.128 GEOLOGI 71 (2019)Tropiikissa sijaitsevat kosteikotja matalat järvet kerrostavatsedimenttejä, joiden orgaani-nen pitoisuus voi olla hyvin-kin korkea. Näiden kerros-MINNA VÄLIRANTA, SAKONVAN CHAWCHAI, ANGELA GALLEGO-SALA, STEVE FROLKING, SANNA PIILO ja BARBARA WOHLFARTHtumisympäristöjen hiilen kiertoa, varastoitu-mista ja päästöjä on tutkittu huomattavastivähemmän kuin varsinaisia trooppisia soita.Nämä systeemit ovat erittäin herkkiä kosteus-tasapainossa tapahtuville muutoksille, jotkaILMASTONMUUTOKSEN JOHDOSTA?varastot vaarassaTrooppisten kosteikkosedimenttienGeologi_6_2019_painoon.pmd 3.12.2019, 14:14128129GEOLOGI 71 (2019)Kuva 1. Pa Kho järven sijainti Koillis-Thai-maassa sekä näkymä järvelle.Figure 1. Location of the Lake Pa Kho innortheastern Thailand and a view over thelake.usein johtuvat muutoksista monsuunisateidenreiteissä tai intensiteetissä (Gopal 2013, Singh2016). Tulevaisuuden ennusteet monsuunidy-namiikan osalta ovat epävarmoja (Hoegh-Guldberg 2018). Monet skenaariot ennusta-vat sateisuuden osalta laajoja alueellisia eroja,mutta esimerkiksi Kaakkois-Aasian arvellaantulevaisuudessa kärsivän entistä useamminäärevistä sääilmiöistä (Ge et al. 2019). Troop-piset kosteikot ovat merkittäviä hiilidioksidinja metaanin päästölähteitä, joskin päästömit-tauksia on vain vähän saatavilla (Jauhiainen etal. 2005, Raymond et al. 2013, Sjögersten etal. 2014, Borges et al. 2015, Gallego-Sala etal. 2019). Näihin kerrostumisympäristöihinkertyneet pitkäaikaiset hiilen varastot voivatolla vaarassa, kun ilmasto muuttuu. Lisäksiesimerkiksi Aasiassa kosteikkoja on aikojensaatossa voimakkaasti hyödynnetty (Wohlfarthet al. 2016) ja tämän takia ne ovat erityisenherkkiä muuttuville ilmasto-olosuhteille.Thaimaan koillisosassa sijaitsevaan Pa Kho-järveen on vuosituhansien aikana kerrostu-nut hyvin orgaanisia sedimenttejä (kuva 1).Tämä on yksi Thaimaassa sijaitsevista järvis-tä, joita kansainvälinen tutkijayhteisö on tut-kinut jo useita vuosia (Wohlfarth et al. 2012,Chawchai et al. 2015, Chawchai et al. 2016a,b,Yamoah et al. 2016a). Järvien pohjasediment-tien ja niistä löytyneiden proxy-aineistojenavulla on rekonstruoitu ensisijaisesti alueenilmastoa. Näissä tutkimuksissa järvisediment-tejä ei kuitenkaan ole tutkittu hiilidynamii-kan näkökulmasta lainkaan, vaikka niihinkaikkiin on kerrostunut hyvin orgaanisia se-dimenttejä. Thaimaan järvien sedimenttienorgaanisen aineksen pitoisuudet ovat ajoittainerittäin korkeita, > 90 prosenttia, jolloin ma-teriaali muistuttaa jo turvetta. Tässä retrospek-tiivisessä katsauksessa esitellään yhden järvenkerrostumishistoria hiilidynamiikan näkökul-masta ja pohditaan trooppisten kosteikkojenmahdollista merkitystä ilmastonmuutostutki-muksessa ja mahdollisena huomionarvoisenalisäelementtinä.Kaikkien Thaimaassa tutkittujen järviensedimentaatiossa on ikä-syvyysmallien perus-teella havaittavissa katkoksia (Wohlfarth et al.2012, Chawchai et al. 2015, Chawchai et al.2016a,b, Yamoah et al. 2016a). Alueen suur-Geologi_6_2019_painoon.pmd 3.12.2019, 14:15129130 GEOLOGI 71 (2019)ilmasto on vaihdellut kosteasta alku-holosee-nista kuivempaan keski- ja myöhäis-holosee-niin (Chawchai et al. 2016a; Wohlfarth et al.2016). Keski-holoseenin aikana ilmasto onkuitenkin vaihdellut paljon ja ajankohtaanosuu useita äärimmäisiä kuivuusjaksoja esimer-kiksi 5000–4000 vuotta sitten (Chawchai etal. 2016a; Wohlfarth et al.2016). Kuivat jaksot ovat seu-rausta heikoista kesämonsuu-neista. Noin 1800 vuotta sit-ten kesämonsuunit vahvistui-vat ja järvien vedenpinnatnousivat (Chawchai et al.2015, Yamoah et al. 2016b).Kuivien ja kosteiden vaihei-den vaihtelut ovat näkyvissäPa Kho -järven sedimenteis-sä, jossa sedimentti vaihteleelimnisen ja turpeenomaisenaineksen välillä (Wohlfarth etal. 2012, Chawchai et al.2015, Yamoah et al. 2016a).Pa Kho -järven osalta sedi-mentaatiokatkos, hiatus, osuuhyvin orgaaniseen kerrokseen(kuva 2).Pa Kho -järven sedimen-tistä analysoitiin sedimentinorgaanisen aineksen osuus,hiilen määrä sekä sedimentintiheys. Ikä-syvyysmallia hyö-dyntäen Pa Kho -järven sedi-menttisarjaan sovellettiin koe-mielessä suoympäristöihinkehitettyä mallia (HolocenePeat Model eli HPM), jonkaavulla kuivumisen aiheutta-maa sedimentin ja siinä ole-van hiilen hajoamista takaisinilmakehään voidaan teoreet-tisesti mallintaa (kuva 3)(Frolking et al. 2014). Ylei-sesti ottaen malli osoittaa, että kuivat jaksotjohtavat myös alla olevien sedimenttikerros-ten hajoamiseen. Tällöin kuiva jakso näkyyikä-syvyysmallissa hitaana (hiilen) kertymise-nä ja kuivan jakson aikana ilmakehään päätyyajankohdan ”modernia” hiiltä, mutta myösvanhaa hiiltä kerrostumista, jotka kerrostui-Kuva 2. Pa Kho järven litostartigrafia sekä ikäsyvyysmalli, joka osoit-taa hitaan sedimentaation vaiheen välillä 1000 ja 2000 vuotta sittensekä hiatuksen väillä 2000 ja 3000 vuotta sitten. Toinen hiatus sijoit-tuu ajalle ennen vuotta 4000 kal BP.Figure 2. Lithostratigraphy and age-depth model for Pa Kho. The age-depth model shows a period of slow accumulation rate between 1000and 2000 cal BP and hiatus between 2000 and 3000 cal BP. There isanother hiatus below 4000 cal BP.Geologi_6_2019_painoon.pmd 3.12.2019, 14:15130131GEOLOGI 71 (2019)vat ennen kuivaa jaksoa. Teoreettista tarkaste-lua varten oletettiin, että kuiva jakso kesti PaKhossa 100 vuotta. Tämän mittainen kuivajakso johtaisi siihen, että Pa Khon tapauksessahiiltä menetettäisiin suurin piirtein 15 kiloaneliömetriä kohti. Pinta-alaan suhteutettunaPa Khosta poistuisi näin ollen ~0.04 Mt hiil-tä.Tämä malliharjoitus on siis teoreettinen,koska Pa Khon sedimenttejä ei alun perin ke-rätty eikä analysoitu hiilen dynamiikan arvi-ointia varten. Nyt käytettyä mallia ei myös-kään ole suunniteltu järviympäristöön, muttasitä voitaisiin hyvinkin kehittää toimimaanluotettavammin myös sekä alloktonisesta ettäautoktonisesta materiaalista koostuvien orgaa-Kuva 3. Sedimentaatiota ja sedimentin hajoamista kuvaava malli erilaisissa vedenpinnan tason mukaisis-sa tilanteissa. (a) Malli olettaa, että ennen hiatusta sedimentaationopeus vastaa ikä-syvyysmallin osoitta-maa nopeutta hiatukseen asti. Kuivan ilmastovaiheen aikana sedimenttiä hajoaa, tämä näkyy ikä-syvyysmallissa hitaana kertymisnopeutena ja/tai hiatuksena. Kuivan ilmastovaiheen jälkeen sedimentin kerros-tumisnopeus palautuu ennalleen. (b) teoreettinen ja kaavamainen esitys sedimentaatiosta eri vaiheidenaikana A, B ja C. L = hiilen kertymien pintasedimenttiin, C = hiilen varasto, k = hajoamisnopeus, alaindek-sit s tarkoittaa matalaa vedenpintaa ja sedimentin hapellisia olosuhteita ja d korkeaa vedenpintaa jahapettomia olosuhteita. Nuolen paksuus vastaa hiilivirran suuruutta. Kärjellään olevat kolmiot kuvaavatvedenpinnan sijaintia. Kiihtynyt sedimentin hajoaminen kuivana ajanjaksona johtaa sedimenttipatjan ohe-nemiseen tilanteesta A tilanteeseen C.Figure 3. Conceptual model of sediment balance for Pa Kho site.  (a) Heavy black line indicates age-depthprofile.  Model assumes that accumulation continued at pre-hiatus rate until final 100 years of hiatus (labelA), at which time a dry climate anomaly occurred (label B) and sediment was lost to enhanced decomposi-tion.  After the dry anomaly, sediment accumulation returned to pre-anomaly rates (label C).  (b) Schema-tics of sediment carbon balance at times A, B, and C of panel a, where L is carbon loading to the surface, Cis the carbon stock, k is a decomposition loss rate, and subscripts s and d refer to shallow (aerobic) anddeep (anaerobic) positions in the sediment, respectively.  Arrow widths vary with strength of C flux; long-term mean water table identified by inverted triangles. Enhanced decomposition during the dry anomalyreduced the thickness of the shaded sediment from pre-anomaly (A) to post-anomaly (C), which manifestsin panel a as a low rate of accumulation for an interval before and during the anomaly.Geologi_6_2019_painoon.pmd 3.12.2019, 14:15131132 GEOLOGI 71 (2019)nisten järvisedimenttien hiilitaseiden mallin-tamiseen. Alustavan kirjallisuuskatsauksenmukaan vastaavanlaisia järvikohteita, joihin onkertynyt hyvin orgaanista sedimenttiä, on eripuolilla tropiikkia ja subtropiikkia: Kiinassa,Kaakkois-Aasiassa, Indonesiassa ja Tyynenme-ren saarilla (Maxwell 2001, Anshari et al. 2004,Wüst ja Bustin 2004, Mann et al. 2008, Pageet al. 2011, Zhang et al. 2015). Tässä esitetynaineiston ja mallikokeen perusteella voimmekuitenkin ennustaa, että vastaavanlaiset sedi-menttikerrostumat, jos ne paljastuvat vedenalta – jolloin eroosiolle altistumisen ohella se-dimentin hajoaminen kiihtyy – voivat ympä-ristöinä muodostaa merkittävän uuden biog-eokemiallisen elementin ilmastonmuutostasimuloiviin ja ennustaviin malleihin.MINNA VÄLIRANTASANNA PIILOECRU, Ekosysteemit ja YmpäristöTutkimusohjelmaPL 65, 00014 Helsingin yliopistominna.valiranta@helsinki.fisanna.piilo@helsinki.fiSAKONVAN CHAWCHAIMESA Research Unit, Department ofGeologyChulalongkorn UniversityBangkok 10330, ThailandSakonvan.C@chula.ac.thANGELA GALLEGO-SALADepartment of Geography, College of Lifeand Environmental SciencesUniversity of Exeter, EX4 UKA.Gallego-Sala@exeter.ac.ukSTEVE FROLKINGEarth Systems Research Center, Institute forthe Study of Earth, Oceans, and SpaceUniversity of New Hampshire, DurhamNH 03824, USAsteve.frolking@unh.eduBARBARA WOHLFARTHDepartment of Geological Sciences andBolin Centre for Climate ResearchStockholm UniversityStockholm 10691, Sweden barbara.wohlfarth@geo.su.seYliopistotutkija Minna Väliranta on paleoekologi,joka tällä hetkellä tutkii ilmastonmuutokseen ja hii-lenkiertoon liittyviä yhteyksiä pohjoisissa soissa, MVsuunnitteli artikkelin hypoteettisen teeman yhdessäBW kanssa.Väitöskirjatutkija Sanna Piilo tutkii väitöskirjassaansoiden vastetta muuttuviin ilmasto-oloihin ja tähäntutkimukseen hän teki laboratorioanalyysejä.Sakonvan Chawchai on Bangkokin yliopiston tutki-ja geokemian alalla. Hän väitteli Tukholman yli-opistoon, aiheenaan Kaakkois-Aasian paleoklimato-logia. Pa Kho on yksi hänen tutkimusjärvistään.Apulaisprofessori Angela Gallego-Sala tutkii ja mal-lintaa soihin liittyviä biogeokemiallisia kiertoja, häntoimi asiantuntijana trooppisten ekosysteemien hii-lenkiertoon liittyvissä asioissa.Tutkimusprofessori Steve Frolking kehittää hiilen-kiertoon liittyviä malleja ja tässä tutkimuksessa suo-ritti Pa Kho -järven sedimentteihin perustuvan mal-linnuskokeen.Professori Barbara Wohlfarth on kvartäärigeologi japaleoklimatologi. Hän on pitkään tehnyt tutkimus-ta Thaimaassa. Hän suunnitteli yhdessä MV:n kanssatutkimuksen teeman ja toteutuksen.Geologi_6_2019_painoon.pmd 3.12.2019, 14:15132133GEOLOGI 71 (2019)Tropical shallow lakes and wetlands containorganic rich sediments, but to date these typesof environments have received much lessattention than tropical peatlands in terms ofcarbon dynamics. Here, we present data fromLake Pa Kho, which is situated in northeasternThailand. The lake has accumulated veryorganic-rich sediments, resembling peat overthe past ca. 7000 years. The age-depth modelrevealed periods of low accumulation ratesbut also a long-lasting hiatus. The slow accu-mulation rate may be due to enhanceddecomposition of litter originating fromaquatic macrophytes, while the hiatus mayreflect a drastic decrease in accumulation rates,which again could be due to accelerateddecomposition processes when the highlyorganic sediments are exposed to aerobicconditions due to lower water levels in responseto drier climate conditions. The previousCan tropical wetland sediments form an additionalcarbon feedback element in the future?Summarystudies have reported that both dry and wetphases have occurred. In the case of a dryscenario, old carbon is released into theatmosphere. Here we present a theoreticalcarbon loss modelling experiment usingHolocene Peat Model designed for peatlandcarbon dynamics modelling. We apply the PaKho age-depth model, the sediment propertiesand accumulation rate data to provide ahypothetical estimation of the mean carbonloss rate during an assumed 100-year dryperiod. The modelling experiment suggests acarbon loss of ca. 15 kg/m2, and when scaledover the lake area, the total carbon loss wouldbe ca. 0.04 Mt. Based on this modelingexperiment we conclude that tropical wetlandsand their carbon storage may form a previouslyneglected potential positive greenhouse gasfeedback to the atmosphere if dry climateperiods occur more frequently in the future.KirjallisuusAnshari, G., Kershaw, A. P., Kaars, S. V. D. ja Jacobsen,G., 2004. Environmental change and peatlandforest dynamics in the Lake Sentarum area, WestKalimantan, Indonesia. Journal of QuaternaryScience 19:637–655.Borges, A.V., Darchambeau, F, Teodoru, C.R., Marwick,T.R., Tamooh, F., Geeraert, N., et al., 2015.Globally significant greenhouse-gas emissions fromAfrican inland waters. Nature Geoscience 8:637–642.Chawchai, S., Chabangborn, A., Fritz, S., Väliranta, M.,Mörth, C-M., Blaauw, M., et al., 2015. Hydro-climatic shifts in northeast Thailand during the lasttwo millennia – the record of Lake Pa Kho.Quaternary Science Reviews 111:62–71.Chawchai, S., Yamoah, K., Smittenberg, R., Kurkela, J.,Väliranta, M.M., Chabangborn, A., et al., 2016a.Lake Kumphawapi revisited – The complex climaticand environmental record of a tropical wetland inNE Thailand. The Holocene 26:614–626.Chawchai, S., Kylander, M.E., Chabangborn, A. jaLöwemark, L., Wohlfarth, B., 2016b. Testingcommonly used X-ray fluorescence core scanning-based proxies for organic-rich lake sediments andpeat. Boreas 45:180–189.Frolking, S., Talbot, J. ja Subin, Z.M., 2014. Exploringthe relationship between peatland net carbonbalance and apparent carbon accumulation rate atcentury to millennial time scales. The Holocene 24:1167–1173.Gallego-Sala, A., Charman, D.J., Brewer, S., Page, S.E.,Prentice, I.C., Friedlingstein, P., et al., 2018.Latitudinal limits to the predicted increase of thepeatland carbon sink with warming, NatureClimate Change, doi.org/10.1038/s41558-018-0271-1Geologi_6_2019_painoon.pmd 3.12.2019, 14:15133134 GEOLOGI 71 (2019)Ge, F., Zhu, S., Peng, T., Zhao, Y., Sielmann, F.,Fraedrich, K., et al., 2019. Risks of precipitationextremes over Southeast Asia: does 1.5 °C or 2 °Cglobal warming make a difference? EnvironmentalResearch Letters 14:044015.Gopal, B., 2013. Future of wetlands in tropical andsubtropical Asia, especially in the face of climatechange. Aquatic Sciences 75:39–61.Hoegh-Guldberg, O. Jacob, D., Taylor, M., Bindi, M.,Brown, S., Camilloni, I., et al., 2018. Impacts of1.5 °C Global Warming on Natural and HumanSystems. Teoksessa: Global Warming of 1.5 °C. AnIPCC Special Report on the impacts of globalwarming of 1.5 °C above pre-industrial levels andrelated global greenhouse gas emission pathways,in the context of strengthening the global responseto the threat of climate change, sustainabledevelopment, and efforts to eradicate poverty (Mas-son-Delmotte, V., Zhai, P., Pörtner, H.-O., Roberts,D., Skea, J., Shukla, P.R. et al. (edit.), Inter-governmental Panel on Climate Change, 175–311.Jauhiainen, J., Takahashi, H., Heikkinen, J. E. P., Mar-tikainen, P. J. ja Vasander, H., 2005. Carbon fluxesfrom a tropical peat swamp forest floor. GlobalChange Biology 11:1788–1797.Mann, D., Edwards, J., Chase, J., Beck, W., Reanier, R.,Mass, M, et al., 2008. Drought, vegetation change,and human history on Rapa Nui (Isla de Pascua,Easter Island). Quaternary Research 69:16–28.Maxwell, A.L., 2001. Holocene Monsoon ChangesInferred from Lake Sediment Pollen and CarbonateRecords, Northeastern Cambodia. QuaternaryResearch 56:390–400.Maxwell, A.L., 2001. Holocene Monsoon ChangesInferred from Lake Sediment Pollen and CarbonateRecords, Northeastern Cambodia. QuaternaryResearch 56:390–400.Page, S.E., Rieley, J.O. ja Banks, C. J., 2011. Globaland regional importance of the tropical peatlandcarbon pool. Global Change Biology 17: 798–818.Raymond, P.A., Hartmann, J., Lauerwald, R., Sobek,S., McDonald, C., Hoover, M., et al., 2013. Globalcarbon dioxide emissions from inland waters Nature503:355–359Ciais, P. ja Guth, P., 2013. Global carbon dioxideemissions from inland waters. Nature 503:355–359.Singh, D., 2016. South Asian monsoon: Tug of war onrainfall changes. Nature Climate Change 6:20–22.Sjögersten, S., Black, C.R., Evers, S., Hoyos-Santillan,J., Wright, M.L. ja Turner, B.L., 2014. Tropicalwetlands: A missing link in the global carbon cycle?Global Biogeochemical Cycles 28:1371–1386.Wohlfarth, B., Klubseang, W., Inthongkaew, S., Fritz,S.C., Blaauw, M., Reimer, P.J., et al, 2012 Holoceneenvironmental changes in northeast Thailand asreconstructed from a tropical wetland. Global andPlanetary Change 92–93:148–161.Wohlfarth, B., Higham, C., Yamoah, K.A., Chabang-born, A., Chawchai, S. ja Smittenberg, R.H., 2016.Human adaptation to mid- to late-Holoceneclimate change in Northeast Thailand. TheHolocene 26:1875–1886.Wüst, R.A.J. ja Bustin, R.M., 2004. Late Pleistoceneand Holocene development of the interior peat-accumulating basin of tropical Tasek Bera,Peninsular Malaysia. Palaeogeography, Palaeo-climatology, Palaeoecology 211:241–270.Yamoah, K.A., Chabangborn, A., Chawchai, S., Schenk,F., Wohlfarth, B. ja Smittenberg, R.H., 2016a. A2000-year leaf wax-based hydrogen isotope recordfrom Southeast Asia suggests low frequency ENSO-like teleconnections on a centennial timescale.Quaternary Science Reviews 148:44–53.Yamoah, K., Chabangborn, A., Chawchai, S., Väliran-ta, M., Wohlfarth, B. ja Smittenberg, R.H., 2016b.Large variability in n-alkane δ13C values in LakePa Kho (Thailand) driven by wetland wetness andaquatic productivity. Organic Geochemistry 97:53–60.Zhang, E., Sun, W., Ji, M., Zhao, C., Xue, B. ja Shen, J.,2015. Late Quaternary carbon cycling responses toenvironmental change revealed by multi-proxyanalyses of a sediment core from an upland lake insouthwest China. Quaternary Research 84:415–422.Geologi_6_2019_painoon.pmd 3.12.2019, 14:15134

Can tropical wetland sediments form an additional carbon feedback element in the future?

https://helda.helsinki.fi/bitstream/10138/312386/1/geologi_6_2019_02trophiil.pdf

Can tropical wetland sediments form an additional carbon feedback element in the future?

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Helsingin yliopiston digitaalinen arkisto