Impacts of airborne volcanic ash on the surface ocean biogeochemistry and marine ecosystems

Olgun, Nazlı

The availability of nutrients in the surface ocean affects the marine primary productivity (MPP), and the atmosphere represents an important source of nutrients to the euphotic zone of the in the global ocean. Volcanic eruptions, can through atmospheric transport, deposit volcanic ash into the ocean and partial dissolution of ash particles in seawater can provide biologically relevant elements for the ocean. Despite the high input of volcanic ash into the ocean, the role of volcanic eruptions in the surface ocean biogeochemistry was largely overlooked. The primary goal of this study is to evaluate the possible impact of explosive volcanic eruptions on the surface ocean nutrient and its influence on MPP in different oceanic regions (in high- and low-nutrient, low production areas), and influence on the oceanic food-web. By using new clean-laboratory-based geochemical nutrient release data from volcanic ash, and estimates of the marine flux of volcanic ash over long-term periods and/or during single major eruptions, the study provides a new constraints on the importance of volcanic ash deposition for marine nutrient-cycles compared to other major sources such as desert dust. It is also indicated that increased phytoplankton abundance in the surface ocean in large-scale ash fall-out regions can impact the marine food-web (e.g., the increased abundance of zooplankton and salmon fish). Shifts in the phytoplankton community upon addition of volcanic ash can influence the export of biogenic material into the deep ocean, and may eventually affect the carbon cycle.

Die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Oberflächenozean beeinflusst die marine Primärproduktion (MPP). Die Atmosphäre stellt eine wichtige Nährstoff-Quelle für die euphotische Zone dar. Vulkanausbrüche können durch atmosphärischen Transport Vulkanasche in den Oberflächenozean eintragen, wobei die partielle Auflösung von Vulkanaschepartikeln in Berührung mit Meerwasser biologisch relevante Elemente freisetzen können. Trotz des bekanntermaßen hohen Eintrags von Vulkanasche war die Bedeutung von vulkanischen Eruptionen für die Biogeochemie des Oberflächenozeans bislang weitgehend übersehen worden. Das primäre Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, den möglichen Impakt explosiver Vulkanausbrüche auf das Nährstoffbudget des Oberflächenozeans sowie den Einfluss auf die MPP in unterschiedlichen Ozeanregionen (in sowohl Hoch- als auch Niedrignährstoffgebieten mit niedriger MPP) zu evaluieren. Weiterhin sollte der mögliche Einfluss auf das marine Nahrungsnetz mit in die Betrachtungen einbezogen werden. Dies wurde erreicht durch die Generierung neuer Daten zur Freisetzung von Nährstoffen von Vulkanaschen in Reinraumlaboratorien, Abschätzungen zum Fluss vulkanischer Asche in den regionalen und globalen Ozean sowohl im Zusammenhang mit einzelnen größeren Ausbrüchen als auch über geologische Zeiträume für Ozeanbecken. Die Untersuchungen führen hierdurch und durch den Vergleich mit Wüstenstaub als andere wichtige Nährstoffquelle zu neuen Einsichten und einem besseren Verständnis der Bedeutung von Vulkanasche für marine Nährstoffkreisläufe. Es gibt Hinweise, dass Vulkanausbrüche durch die Anregung der MPP innerhalb großskalierter Aschefallregionen sogar Einfluss auf das marine Nahrungsnetz nehmen können (z.B. der Erhöhung der Häufigkeit von Zooplankton und Lachs). Weiterhin kann der Eintrag vulkanischer Asche in den Oberflächenozean zu Änderungen der Phytoplanktonvergesellschaftung innerhalb der Aschefallregion führen, was über den Einfluss auf den Export von biogenem Material in den tiefen Ozean den Kohlenstoffkreislauf berühren kann.

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Olgun, Nazlı: Impacts of airborne volcanic ash on the surface ocean biogeochemistry and marine ecosystems. 2011.

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