강은 육안으로 보이지 않는 물질의 칵테일을 가지고 있으며, 이는 역사와 그것이 흐르는 땅에 대한 이야기를 들려줍니다. 유역에 걸쳐 이러한 물질의 미묘한 차이를 분석함으로써 수생 과학자들은 육지와 물 자체에서 발생하는 생물학적 과정에 대한 단서를 해독 할 수 있습니다. 미시시피 강의 상류에 대한 우리의 연구에서, 우리는 농업 및 댐 건축으로의 토지 전환과 같은 인간의 영향이 강의 화학과 생태에 미묘한 영향을 미친다는 것을 알기 위해 이러한 과정의 단서를 풀어주었습니다.
.미네소타 대부분의 미네소타와 위스콘신 북서부의 일부를 덮는 유역 인 Upper Mississippi River는 다양한 토지를 배수합니다. 분지는 서쪽의 주로 농업 토지에서 동쪽의 숲과 습지로 전환을 경험합니다. 농업 지배 미네소타 강에서 상당한 토양 침식은 높은 퇴적물 농도와 진흙 투성이 외관을 유발합니다. 대조적으로, 위스콘신에있는 치페와 강의 광범위한 습지는 용해 된 식물 재료로 차색의 물을 생성합니다.
미시시피 강 퇴적물의 화학적 구성
우리의 연구는 미시시피 강에 의해 운반되는 여러 형태의 탄소, 식물과 미네랄에서 이산화탄소에 이르기까지 퇴적물에 의해 운반되는 탄소에 이르기까지 미시시피 강에 의해 운반 된 여러 형태의 탄소에 중점을 두었습니다. 가장 풍부한 형태 인 용해 된 무기 탄소 (DIC)는 암석과 토양에 미네랄을 용해시키는 것뿐만 아니라 대기 및 생물학적 호흡에 의해 생성 된 이산화탄소에서 이산화탄소를 용해시키는 것입니다. 두 번째로 풍부한 형태의 탄소는 용해 된 유기 탄소 (DOC)이며, 이는 식물, 토양, 미생물 및 플랑크톤으로부터 유기 물질의 용해에 의해 생성된다. 마지막으로, 미립자 유기 탄소 (POC)는 퇴적물 입자에 부착 된 동일한 공급원의 유기 파편입니다. 강 생태계에서 이러한 유형의 탄소 놀이가 다른 역할은 시간이 지남에 따라 화학 화장의 뚜렷한 변화로 이어집니다.
이러한 형태의 탄소의 화학적 구성은 특정 물리적 및 생물학적 과정에 의해 변경 될 수있다. 우리의 연구는 탄소의 세 가지 주요 특성을 살펴 보았습니다. 첫째, 다른 유기 공급원 재료 (예 :식물 및 박테리아)는 다른 비율의 빌딩 블록 분자를 포함합니다. 이러한 유형의 화합물 (소수성 유기산 함량이라고 불리는 특성)의 상대적인 양을 측정함으로써, 우리는 더 많은 산림 지역을 배출하는 지류의 DOC가 농업 지역을 배출하는 지류의 문서에서 뚜렷한 화장을했다고 결정했다.
.우리가 분석 한 다른 두 특성은 DIC, DOC 및 POC에서 탄소의 상대적인 양의 상대적인 양의 동위 원소였습니다. 안정적인 탄소 동위 원소 조성 (즉, 탄소 -13 대 탄소 -12의 양)은 유기 공급원 물질과 광합성 및 호흡과 같은 생물학적 과정에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, POC의 안정적인 탄소 동위 원소 조성은 탄소가 주로 육상 식물 또는 수생 조류에서 유래되는지 여부를 나타낼 수 있습니다. 마지막으로, 방사성 탄소 조성 (탄소 -14 대 탄소 -12의 양)은 탄소의 연령에 의해 결정되는데, 이는 "오래된"탄소 (암석 미네랄 또는 화석 연료와 같은)는 "어린"탄소 (식물과 같은)와 매우 다르게 보인다. 예를 들어 화석 연료 (오래된)의 방사성 탄소 조성은 옥수수의 귀 (젊은)의 귀의 구성과는 매우 다릅니다.
.미시시피 강에서 유기농 및 무기 탄소의 공급원
우리의 연구는 미시시피 강 하천에서 이러한 형태의 탄소 구성에 생물학적 과정의 세 가지 주요 영향을 확인했습니다. 먼저, DOC는 다른 형태의 탄소에서 보존되지 않은 다양한 소스 재료로부터 서명을 가지고 있음을 발견했습니다. 다른 지류의 소수성 유기산 함량과 안정적인 탄소 동위 원소 조성물은 유역의 농업 대 산림량을 추적 한 반면, DOC의 방사성 탄소 조성은 일부 지류가 하수 및 화석 연료와 같은 인위성 폐기물을 반영한다는 것을 보여 주었다. 둘째, 우리는 대부분의 시간에 POC가 주로 육상 식물이나 토양의 재료와는 달리 강 자체에서 생산 된 유기 물질에서 파생된다는 것을 발견했습니다. 이것은 지구 유기 물질이 강 내에서 수동적으로 다운 스트림뿐만 아니라 강 내에서 소비된다는 것을 보여줍니다.
마지막으로, 우리는 DIC의 안정적인 탄소 동위 원소 조성물을 사용하여 미시시피 강 위의 광합성 및 호흡의 순 효과를 정량화했습니다. 본질적으로, 광합성과 호흡은 끊임없이 이산화탄소를 소비하여 그것을 생성하고있다. 광합성이 주어진 시간에 더 활성화되면 강에서 이산화탄소의 순 손실이 발생하고 그 반대도 마찬가지입니다. 우리는 DIC에 대한 물리적 공정 (이산화탄소의 이산화탄소 교환)과 생물학적 과정 (광합성)의 영향을 설명하기 위해 동위 원소“예산”을 구성했으며, 강은 일년 내내 이산화탄소의 순 생산자라는 것을 발견했지만 그다지 큰 마진은 아닙니다. 이전 연구에서 강의 다른 지역에서 생산 된 이산화탄소의 양과 비교하여, 우리의 결과는 미시시피 강 하천이 광합성과 호흡 사이에서 거의 균형을 이루며 호흡을 향한 약간의 우위가 있음을 시사합니다.
.이것은 전 세계의 강 생태학에 대한 우리의 이해에 흥미로운 영향을 미칩니다. 미시시피 강 하천 어퍼는 산업계에서 크게 바뀌 었으며, 숲이 농업 토지로 광범위하게 전환되고 코스를 따라 수많은 내비게이션 댐이 건설되었습니다. 이 댐은 강에서 큰“수영장”을 만들어냅니다.이 댐은 자유가 흐르는 스트레칭보다 따뜻하고 선명합니다. 이러한 조건은 예를 들어 광합성을 촉진하는 햇빛의 더 큰 침투를 허용함으로써 생물학적 활동의 균형을 변경할 수 있습니다. 어퍼 미시시피 강 에서이 댐은 생태계를 비교적 호흡 친화적 인 환경에서보다 광합성 친화적 인 환경으로 옮기는 것처럼 보입니다.
미시시피 강은 혼자가 아닙니다. 특히 유럽과 북아메리카의 많은 중요한 산업 강은 지난 수십 년과 수세기 동안 비슷한 댐 건설 및 토지 이용 변화를 경험했습니다. 그리고 다른 국가들이 상업 및 홍수 통제를 위해 강을 개발하려고함에 따라 앞으로 수십 년 동안 더 많은 내비게이션 댐이 전 세계에 건설 될 것입니다. 이러한 변화는 우리가 미시시피 어퍼 어퍼 미시시피에서 관찰 한 것처럼 강의 화학 화장 및 강의 생태에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다.
이 연구, 미시시피 강 유역에서 수생 탄소의 동위 원소 조성에 대한 생물학적 및 토지 이용 통제는 최근 저널 Global Biogeochemical Cycles 에 발표되었습니다. .
