Aluminium en mangaan in de West-Atlantische Oceaan:Een modelstudie

• Main Author: van Hulten, Marco
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: [S.n.] 2014
• Subjects: North Atlantic
• Online Access: http://hdl.handle.net/11370/a8037951-fbca-485e-9be1-72ab05b7bff4; https://research.rug.nl/en/publications/aluminium-and-manganese-in-the-west-atlantic-ocean(a8037951-fbca-485e-9be1-72ab05b7bff4).html; https://pure.rug.nl/ws/files/14936959/Complete_dissertation.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/14936960/Propositions.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307577/Title_and_contents_.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307578/Chapter_1.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307579/Chapter_2.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307580/Chapter_3.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307581/Chapter_4.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307582/Chapter_5.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307583/Chapter_6.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307584/Chapter_7.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307585/Appendices_.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307586/Bibliography.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307587/Samenvatting.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307183/Acknowledgements.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307588/Biography.pdf; https://pure.rug.nl/ws/files/23307589/Index.pdf

Het doel van deze studie is om tot een beter begrip te komen van het gedrag van de spoormetalen aluminium (Al) en mangaan (Mn) in de oceaan, door middel van het simuleren van de distributies van opgelost Al en opgelost Mn met biogeochemische modellen die ingebed zijn in driedimensionale oceaanmodellen. Recent zijn vele monsters van zeewater geanalyseerd binnen het GEOTRACES-programma dat tot doel heeft de biogeochemische kringlopen beter te begrijpen, met als focus de metingen van spoormetalen in monsters zeewater. Die monsters zijn geverifieerd aan de hand van internationale referentiemonsters en de consensuswaarden van het GEOTRACES-programma. In dit proefschrift zijn deze gemeten concentraties van opgelost Al en Mn vergeleken met gesimuleerde opgeloste Al- en Mn-concentraties in een computermodel. Op hun beurt kunnen de resultaten van deze simulaties worden gebruikt voor het verder ontwikkelen van deze modellen om de verdelingen van opgelost Al en Mn preciezer te simuleren, en/of ons begrip van de processen te verbeteren. Er zijn twee redenen waarom het gedrag van Al in de oceaan wordt onderzocht. Op de eerste plaats wordt Al opgenomen door diatomeeën, een type fytoplankton met een extern skelet van kiezel (SiO₂), als plaatsvervangend spoormetaal voor silicium (Si). De verhouding van opname is in de orde van circa één atoom Al per 500–1000 atomen Si. Naarmate kiezel een hogere concentratie Al bevat, wordt de oplosbaarheid ervan lager, wat een effect heeft op de beschikbaarheid van Si in de fotische zone waar diatomeeën kunnen groeien. Op de tweede plaats kan de concentratie van opgelost Al in het oppervlak van de oceaan worden gebruikt als indicator voor beschikbare nutriënten van stofdeeltjes die vanaf het land via de lucht in het oppervlaktewater van de oceanen terecht komen. Deze stofdeeltjes bevatten zowel Al als diverse spoornutriënten, met name ijzer (Fe) en mangaan (Mn). Het biogeochemische Al-model in dit proefschrift heeft twee bronnen: de atmosfeer (stof) en het sediment in de oceaan. Interne processen zijn adsorptie van Al aan kiezel, sedimentatie en circulatie. De belangrijkste kenmerken van de wereldwijde distributie van opgelost Al in de oceaan zijn gesimuleerd in overeenstemming met de beschikbare observaties. In het bijzonder hebben we de GEOTRACES-observaties in de West-Atlantische Oceaan en de Atlantische sector van de Zuidelijke Oceaan redelijk goed kunnen reproduceren met het model. Mangaan wordt gebruikt voor fotosynthese. Wegens deze belangrijke functie willen we graag weten hoe Mn verdeeld is in de oceaan. Mangaan komt binnen in de oceaan via atmosferisch stof, rivieren, onderwatervulkanen en diffusie uit het sediment. Mangaan wordt verwijderd door oxidatie en zinken van geoxideerd Mn, en het zinken van door plankton opgenomen Mn. Dit proefschrift bevat het eerste onderzoek waarin de driedimensionale distributies van opgelost Mn en mangaanoxides zijn gemodelleerd. Veel kenmerken van de distributie van opgelost Mn zijn gereproduceerd door het model. Deze kenmerken bevatten de over het algemeen hogere concentraties van opgelost Mn onder en stroomopwaarts van locaties van stofdepositie, en de verhoogde concentraties nabij vulkanische bronnen. The objective of this study is to come to a better understanding of the behaviour of the trace metals Al and Mn in the ocean, by means of simulating the dissolved Al and Mn distributions with biogeochemical models that are embedded in a general circulation model. Recently, many measurements have been performed that have been verified versus international reference samples and their consensus values of the SAFe and GEOTRACES programmes. They are compared with the simulated dissolved Al and Mn concentrations. In turn, the results from these simulations can be used for further development of these models to simulate the dissolved Al and Mn distributions more precisely, and/or improve the understanding of the processes. The main features of the global dissolved Al distribution have been simulated in accordance with available observations. We are especially able to simulate the West Atlantic GEOTRACES observations reasonably well. Specifically, the high below and upstream of dust deposition, the high near the bottom of the North Atlantic Ocean and the low in the polar oceans, were reproduced by the model. This thesis contains the first published study in which the three-dimensional distributions of and have been modelled. Many of the features of the distribution of are captured by the model. These features include the generally higher concentration of below and upstream of dust deposition areas and the elevated concentrations near hydrothermal vents. However, there are notable shortcomings as well, most importantly the difficulty to keep sufficient Mn dissolved in the seawater. There appears to be an inconsistency between the basic assumptions on the removal of Mn and the measured dissolved Mn concentrations. For the moment, this is solved by introducing thresholds for oxidation or aggregation in the model.