Methane processes in the coastal sediments and water column of the Baltic Sea

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:ISBN 978-951-51-6187-1
Title: Methane processes in the coastal sediments and water column of the Baltic Sea
Author: Myllykangas, Jukka-Pekka
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Programme in Interdisciplinary Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-06-11
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:ISBN 978-951-51-6187-1
http://hdl.handle.net/10138/315095
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Methane is a powerful greenhouse gas that contributes significantly to global warming. In aquatic systems, microbes in anoxic sediments are the main methane producers. However, due to effective oxidative filters in the sediments and the water column, most of the methane produced does not end up in the atmosphere. This study explores methane dynamics in the Baltic Sea from the open sea, to estuaries and specific microbial processes. Major inflow cycles control methane dynamics in the open Baltic by bringing oxygen to the deep basins, where methane typically accumulates in large amounts during stagnation. The introduction of oxygen during a major inflow in 2014–2015 caused the disappearance of methane from the deep basins due to a combination of oxidation and displacement. However, the effects of the inflow were short-lived and methane started accumulating again in less than a year after the inflow. The coastal areas were more dynamic, and the primary source of methane varied with distance offshore. Near the river mouth of the studied estuarine system, methane brought in by the river was the most important source, whereas further offshore sedimentary methanogenesis fuelled by a legacy of eutrophication was the primary source. Atmospheric fluxes of methane were highest near the river mouth and decreased seawards, while bathymetry was the main control of sedimentary fluxes. Seasonality had a strong effect on methane dynamics, with methane concentrations generally increasing towards winter. However, as in the open Baltic, displacement also played a role at times, removing large amounts of methane at a time. While aerobic methane oxidation in the water column was the primary sink offshore, in the coastal areas anaerobic oxidation of methane (AOM) was by far the most important sink. Offshore, sulphate mediated AOM is expected to be the most important type of AOM. However in this study, metal mediated AOM was an equally important sink in the sediments. Both rates of AOM, and microbial community abundances, were highest below the main sulfidic zone in the sediment, pointing towards non-sulphate AOM pathways. Overall, eutrophication has had a large impact on methane dynam ics in the Baltic Sea. The legacy of past eutrophication fuels methanogenesis in the coastal areas to this day, despite reductions in nutrient and organic matter input from land, leading to enhanced atmospheric flux of methane. In the future, climate change will likely exacerbate methane emissions from the Baltic Sea.Metaani on voimakas kasvihuonekaasu, jolla on merkittävä vaikutus ilmaston lämpenemiseen. Vesiekosysteemeissä sitä muodostuu pääosin hapettomissa sedimenteissä, joista muodostuva kaasu pyrkii kohoamaan vesipatsaan läpi ilmakehään. Tehokkaat hapetusprosessit sedimentissä ja vesipatsaassa kuitenkin estävät suurinta osaa muodostuvasta kaasusta saavuttamasta ilmakehää. Tämä tutkimus tarkastelee Itämeren metaaniprosessien dynamiikkaa avomerellä, rannikkosedimenteissä ja metaania hapettavien mikrobiprosessien kannalta. Suolavesipulssit säätelevät metaanin esiintymistä Itämeren syvänteissä. Vuoden 2014 lopun suuri suolavesipulssi poisti tehokkaasti Gotlannin syvänteeseen aiemmin kertyneen metaanin, osin hapettumisen ja osin vesimassojen syrjäyttämisen kautta. Tämä vaikutus jäi kuitenkin lyhytaikaiseksi ja metaania havaittiin kertyvän jälleen syvänteisiin alle vuoden sisällä suolapulssista. Itämeren rannikkoalueet olivat metaaniprosesseiltaan avomerta dynaamisempia. Metaanin pääasiallinen lähde muuttui etäisyyden rannasta kasvaessa. Jokisuun lähistöllä jokiveden mukaan tuoma metaani oli tärkein metaanin lähde rannikkovesissä, siinä missä kauempana rannasta sedimenteissä tapahtuva metaanituotanto oli tärkein tekijä. Aiempien vuosikymmenten aikana tapahtuneen rehevöitymisen katsottiin vaikuttavan sedimentissä muodostuvia metaanimääriä lisäävästi. Eniten ilmakehään päätyi metaania jokisuun lähettyviltä ja määrät vähenivät kauempana rannasta. Sedimentistä vesipatsaaseen päätyvän metaanin määrään vaikuttivat eniten rannikon pohjatyyppi. Vuodenaikaisvaihtelu metaanin pitoisuuksissa niin vesipatsaassa kuin ilmakehäpäästöissäkin oli suurta, mutta yleisesti ottaen molemmat kasvoivat talvea kohti. Toisaalta kuten avomerelläkin, myös vesimassojen liikkeillä oli voimakas vaikutus veden metaanipitoisuuksiin. Siinä missä vesipatsaassa tapahtuva hapettuminen oli avomerellä tärkein metaanin nielu, rannikkoalueilla sedimenteissä tapahtuva hapetus olivat selvästi tärkein prosessi. Meriveden sulfaattipitoisuuden takia sulfaattipohjaisen metaanihapetuksen odotetaan yleensä voimistuvan korkeammissa suolapitoisuuksissa, mikä piti paikkansa tässäkin tutkimuksessa. Tämän lisäksi kuitenkin havaittiin myös, että syvemmällä sedimenteissä tapahtuvat metallipohjaiset metaanin hapetusreaktiot olivat vähintään yhtä tärkeitä tutkitulla alueella. Kaiken kaikkiaan rehevöitymisellä on suuri vaikutus Itämeren metaaniprosesseihin. Vaikka ravinnekuormitus valuma-alueilta onkin nykyisin vähäisempää, menneiden vuosikymmenten rehevöityminen vaikuttaa edelleen metaanin tuotantoa ja ilmakehäpäästöjä lisäävästi. Tämän lisäksi ilmastonmuutoksen aiheuttaman yhteisvaikutuksen voidaan odottaa lisäävän Itämeren metaanipäästöjä entisestään tulevaisuudessa.
Subject: akvaattiset tieteet
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Methanep.pdf 10.57Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record