dc.date.accessioned |
2016-03-18T11:20:29Z |
und |
dc.date.accessioned |
2017-10-24T12:15:48Z |
|
dc.date.available |
2016-03-18T11:20:29Z |
und |
dc.date.available |
2017-10-24T12:15:48Z |
|
dc.date.issued |
2016-03-18T11:20:29Z |
|
dc.identifier.uri |
http://radr.hulib.helsinki.fi/handle/10138.1/5362 |
und |
dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/10138.1/5362 |
|
dc.title |
Pintamaan geokemiaa selittävät tekijät muuttuvassa tundraympäristössä |
fi |
ethesis.discipline |
Geography |
en |
ethesis.discipline |
Maantiede |
fi |
ethesis.discipline |
Geografi |
sv |
ethesis.discipline.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/4576c495-ef57-422c-8e0b-10da121f09e4 |
|
ethesis.department.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/3d45b9d6-7f3a-4008-a01f-6f27f2263ec4 |
|
ethesis.department |
Institutionen för geovetenskaper och geografi |
sv |
ethesis.department |
Department of Geosciences and Geography |
en |
ethesis.department |
Geotieteiden ja maantieteen laitos |
fi |
ethesis.faculty |
Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten |
sv |
ethesis.faculty |
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta |
fi |
ethesis.faculty |
Faculty of Science |
en |
ethesis.faculty.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/8d59209f-6614-4edd-9744-1ebdaf1d13ca |
|
ethesis.university.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/50ae46d8-7ba9-4821-877c-c994c78b0d97 |
|
ethesis.university |
Helsingfors universitet |
sv |
ethesis.university |
University of Helsinki |
en |
ethesis.university |
Helsingin yliopisto |
fi |
dct.creator |
Virkkala, Anna-Maria |
|
dct.issued |
2016 |
|
dct.language.ISO639-2 |
fin |
|
dct.abstract |
Ongoing climate change is altering sensitive tundra environments. However, the impacts of these changes on topsoil geochemistry are still not fully understood even though their feedbacks might have the potential to change even the global climate system. Therefore, it is of great importance to study the relative importance of climatic and other environmental factors affecting topsoil geochemistry. This thesis examines the factors and processes regulating topsoil geochemistry and its sensitivity to climate change. The aim of the research was also to link local observations to regional models and predictions in order to improve the quality of digital soil maps.
Field data (n=429) was collected from a landscape-scale research area (72 km²) in northern Norway (69° 90' N and 26° 20' E). Soil samples were analyzed in the laboratory and the concentrations of total nitrogen, phosphorous, total carbon, calcium, iron and pH were measured. Geochemical variables were modelled against environmental data comprising of soil moisture and derivatives of a climate model, an elevation model, Landsat-satellite images and aerial images. The relationships between the geochemical and environmental data were described using NMDS ordination method and modelled, predicted and simulated with generalized boosted models (GBM) and structural equation modelling (SEM).
The distribution of the topsoil geochemistry based on the GBM model predictions was similar between the geochemical variables: there was a decrease of nutrient concentrations with increasing elevation and distance to tundra streams and with increasing mountain birch abundance. Topsoil geochemistry varied markedly over short distances, especially in mountain birch forest where the extreme ends of the geochemical gradient could be found even within a 100 m radius. Climate was the most important factor governing all the geochemical variables based on the GBM models but it affected topsoil geochemistry partly through soil moisture, the role of which was at times bigger than the role of climate-driven NPP's which was studied in the SEM models. The relative importance of topography and geology on topsoil geochemistry was small in the GBM models.
The predictive power of the GBM and SEM models predicting nitrogen, phosphorous, carbon and calcium concentrations were relatively good in the treeless tundra whereas the model fit of iron and pH models were poor. The results emphasize the role of climate and soil moisture as controlling forces in the organic cycle and small local impacts of topography affecting the leaching of nutrients. Topsoil nutrients and pH have distinct relationships with the environmental variables with topsoil nitrogen, carbon, calcium and partly phosphorous behaving similarly and iron and pH in different ways based on the NMDS, GBM and SEM results. The low importance of topographic and geologic variables in the GBM models resulted in considerable topsoil geochemical changes in relation to the climate simulations made with GBM models. According to the simulations, topsoil geochemical concentrations increased with decreasing snow cover and increasing temperatures with a tipping point of 1,5 °C where the biggest changes are occurring. Climate sensitivity of the nutrients was highest on ridges and in valleys with carbon showing the biggest temperature sensitivity. Changes in snow cover affected topsoil geochemistry less than climate simulations but created more heterogeneous concentration differences. Topsoil will likely continue to act as an important global sink for geochemical variables in changing tundra environments. |
en |
dct.abstract |
Ilmastonmuutos muuttaa herkkiä tundraympäristöjä, mutta muutosten vaikutuksia pintamaan geokemiaan ei vielä tiedetä. Pintamaan geokemia, eli ravinteisuus ja pH, on tärkeässä roolissa ilmastonmuutoksen kannalta, sillä se voi synnyttää globaaliin ilmastoon ja tundraympäristöön vaikuttavia takaisinkytkentöjä. Vielä on epäselvää, onko ilmasto tärkein pintamaan geokemiaa säätelevä tekijä vai voisivatko muut tekijät, kuten topografia ja maaperän kosteus puskuroida tulevia muutoksia. Tämä tutkimus selvittää pintamaan geokemiaa sääteleviä tekijöitä ja prosesseja sekä pintamaan geokemian herkkyyttä ilmastonmuutokselle. Lisäksi tutkimus kytkee paikalliset havainnot laajempiin alueellisiin ennusteisiin.
Aineisto kerättiin ympäristögradienteiltaan kattavalta maisemamittakaavan 72 km² tutkimusalueelta (n=429) Pohjois-Norjasta (noin 69° 90' N ja 26° 20' E). Geokemia-aineisto koostui laboratoriossa määritetyistä pintamaan typen, fosforin, hiilen, kalsiumin ja raudan pitoisuuksista sekä maaperän pH:sta. Geokemiamuuttujia tutkittiin alueellisen mallinnuksen keinoin ympäristöaineistolla, joka koostui maaperän kosteudesta ja johon johdettiin muuttujia ilmasto- ja korkeusmallista, Landsat-satelliittikuvista sekä ilmakuvista. Aineiston hajontaa kuvattiin NMDS-gradienttianalyysimenetelmän avulla ja alueellinen mallintaminen ja ennustaminen sekä ilmastonmuutoksen vaikutusten simulointi toteutettiin rakenneyhtälömalleilla (SEM) ja yleistetyillä luokittelupuumenetelmillä (GBM).
Geokemiamuuttujien alueelliset jakaumat GBM-malleilla tehdyissä ennusteissa olivat samankaltaisia: pitoisuudet olivat korkeita laaksoissa ja alarinteillä, melko alhaisia ylänköalueilla ja tunturikoivikoissa ja alhaisia tunturien laella, mutta paikallista vaihtelua oli paljon erityisesti tunturikoivikossa. Ilmaston rooli pintamaan geokemiaa selittävänä tekijänä oli GBM-malleissa suuri, mutta SEM-malleissa havaittiin, että paikallinen tekijä maaperän kosteus, joka oli osin ilmaston säätelemä, vaikutti paikoin suuremmissa määrin pintamaan geokemiaan. Topografisten ja hydrologisten tekijöiden vaikutus pintamaan geokemiaan oli GBM-malleissa vähäinen, jolloin ne eivät puskuroineet vahvasti pintamaan geokemian muutoksia GBM-malleilla tehdyissä ilmastonmuutossimulaatioissa, joissa havaittiin pintamaan ravinteisuuden kasvavan keskilämpötilojen noustessa ja lumisuuden vähentyessä.
GBM-mallien selityskyky oli kohtuullisen hyvä etenkin puuttomalla paljakalla typpi-, fosfori-, hiili- ja kalsiumpitoisuuksia analysoitaessa, ja tutkimuksessa onnistuttiin linkittämään näiden ravinteiden paikalliset havainnot alueellisiin ennusteisiin. Lisäksi SEM-mallit osoittautuivat potentiaaliseksi ja monipuoliseksi menetelmäksi maaperämallinnuksessa, ja menetelmän avulla havaittiin, että paikalliset tekijät ja niiden vaihtelu pystyvät puskuroimaan ilmaston suurta vaikutusta. Tulokset indikoivat ilmaston ja maaperän kosteuden kontrolloiman orgaanisen aineksen kierron ja paikallisesti topografian ja hydrologisten olosuhteiden kontrolloiman huuhtoutumisen merkitystä pintamaan geokemian säätelijämekanismina. Pintamaan ravinteet ja pH reagoivat ympäristömuuttujiin kuitenkin eri tavalla: ympäristötekijöiden ja geokemian välinen suhde NMDS-analyysissä ja GBM- ja SEM-malleissa oli samanlainen typellä, hiilellä, kalsiumilla ja osin fosforilla, mutta rauta ja pH käyttäytyivät eri lailla. Pintamaan geokemia, ja etenkin pintamaan hiili on herkkä ilmastonmuutokselle, ja kynnysarvona suurimmille muutoksille ilmastonmuutossimulointien mukaan oli jo 1,5 °C lämpötilannousu. Tundraympäristöjen pintamaan geokemiapitoisuudet kasvavat ilmaston lämmetessä erityisesti tunturien huipuilla ja laaksoissa, jolloin tundraympäristöt pysyvät tämän tutkimuksen mukaan tärkeänä ravinnevarastona. |
fi |
dct.language |
fi |
|
ethesis.language.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/languages/fin |
|
ethesis.language |
Finnish |
en |
ethesis.language |
suomi |
fi |
ethesis.language |
finska |
sv |
ethesis.thesistype |
pro gradu-avhandlingar |
sv |
ethesis.thesistype |
pro gradu -tutkielmat |
fi |
ethesis.thesistype |
master's thesis |
en |
ethesis.thesistype.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/thesistypes/mastersthesis |
|
dct.identifier.urn |
URN:NBN:fi-fe2017112252311 |
|
dc.type.dcmitype |
Text |
|