Distribucija organizama: Okoliši - PMF Naslovnica · Ekološki faktori Međudjelovanje ABIOTIČKIH...

DISTRIBUCIJA ORGANIZAMA: OKOLIŠI

Ili Kako ekološki uvjeti utječu na distribuciju organizama?

1

ABIOTIČKI/BIOTIČKI FAKTORI

Biotički- Živi

Abiotički- Ne živi, Okolišni

2

Ekološki faktori

Međudjelovanje ABIOTIČKIH i BIOTIČKIH faktora utječe na distribuciju organizama.

BIOTIČKI + BIOTIČKI FAKTORI=

EKOLOŠKI FAKTORI

3

Graničnim faktori su oni bez kojih nema organizama.

4

Definicija: Ekološki faktori

Ekološki maksimum – najveći intenzitet nekog faktora kojeg organizam može podnijeti

Ekološki minimum – najmanji intenzitet nekog faktora koji mora postojati da bi organizam živio

Ekološki optimum – najpovoljnija vrijednost nekog faktora za neki organizam ili proces

Ekološka valencija – razlika između donje i gornje granice nekog faktora 5

TOLERANCIJA VRSTE

Ovisno pravilo: tolerancija prema jednom ili više abitičkih i/ili biotičkih faktora određuje postojanje, brojnost i rasprostranjene vrsta.

6

Morski okoliši: Abiotički faktori

Morski okoliši su definirani s brojnim karakteristikama:

Svjetlo Kisik Temperatura Nutrijenti Salinitet Podloga: energija Dubina

7

SVJETLO i FOTIČKA ZONA Osnovni izvor energije za primarne

proizvođače

Autotrofni: Heterotrofni organizmi

Fotička (Eufotička): Afotička zona

8

Površina mora – dubokomorsko dno

9

10

11

12

Paleoekologija i svjetlo: Vertikalna zonacija fitoplanktona

obzirom na smanjenje količine svijetla ne ostavlja neposredni fosilni trag.

Bentičke alge Fotička zona

Mikritizacija plitkomorki okoliš

13

Kisik

Koliko kisika trebaju organizmi (eukarioti i neki prokarioti) za disanje ovisi o veličini i njihovim aktivnosti.

GRANIČNI faktor: < 2 ml/l

U morima koncentracija kisika:

0 – 8 ml/l (uglavnom 1 – 6 ml/l)

14

Kisik

Zona osiromašenja kisika (Oxygen minimum zone – OMZ)

15

Kisik

Količina otopljenog kisika u okolišu (Tyson & Pearson, 1991):

Oksični okoliš: više od 2 ml/l

Dizoksični okoliš: 0,2 – 2 ml/l

Suboksični okoliš: 0,0 – 0,2 ml/l

Anoksiči okoliš

16

Kisik

Biofacijesi (Tyson & Pearson, 1991; Savrda & Bottjer, 1991):

Aerobni: > 1 ml/l

Dizaerobni: 0,1 – 1 ml/l

Anaerobni: < 0,1 ml/l

17

Kako prepoznati okoliš u kojem nema dovoljno otopljenog kisika?

Bioraznolikost se smanjuje u okolišima u kojima je manjak kisika (osobito BENTOS)

Plitka ukopavanja

Vrste prilagođuju vrijeme razmnožavanja sezonskim fluktuacijama

Jedinke su manje. Zašto?

18

Neke su podloge sklonije tome? Koje i zašto?

Ozračivanje sedimenta

19

Uvjeti za izvrsnu fosilizaciju

Anoksija

Velika količina organske tvari

Niska energija

Brzo zatrpavanje

Loše: kompresija

20

TEMPERATURA Organizmi: POIKILOTERMNI

HOMEOTERMNI

Temperatura utječe na:

1. Bioraznolikost

2. Brojnost jedinki u zajednici

3. Brojnost jedinki jedne vrste (dominacija)

4. Starost jedinki u zajednici

21

Geografska širina

ili horizontalna

promjena

Temperature

22

Termoklina (stalna ili sezonska) = vertikalna promjena temperature

23

Ekvator Blizina polova

24

Paleotemperature

Vjerodostojni geološki dokazi (PROKSIJI)

a) zastupljenost fosila

b) GEOKEMIJSKI SASTAV SEDIMENTA

c) geokemijski sastav skeleta

Rekonstrukcija distribucije temperature oceana

Koji su procesi doveli do takve distribucije

25

Metode

Analiza fosilnih zajednica:

a) Opisna

b)Transfer funkcije

c) Tehnika modernih analoga (MAT)

Kisikovi izotopi

Mg/Ca (foraminifere) ili Sr/Ca (koralji)

Alkenoni

26

Paleoekologija i temperatura: Morski prostori Taksonomski uniformitarizam: temperaturno

osjetljivi organizmi i njihovi fosilni srodnici: KZski

27

Koralji i velike bentičke foraminifere

Brzina rasta: razlika u veličini jedinki iste vrste, građi skeleta (tzv. Bergmannovo pravilo: veće

životinje nalazimo u hladnijim Područjima MORFOLOGIJA makrofosila Allenovo pravilo: manji omjer površine/volumena= hladnije

24/8

28/8

28

Paleoekologija i temperatura: Kopno

Ostaci nekih kopnenih životinja:

Naslage ugljena

Ostaci listova: oblik i nervatura

29

Transfer funkcije i MAT

Sastav zajednica planktonskih foraminifera se mijenja promjenom temperature.

Odnos između zajednica planktonskih foraminifera i fizikalnih osobina ne mijenja se kroz povijest.

Možemo povezati sastav recentne zajednice s temperaturom, tako da fosilna nam zajednica oslikava paleotemperaturu.

Trebamo:

a) Sastav zajednica sa što više recentnih lokacija

b) Podatke o temperaturama površinskih voda s tih lokacija

c) Kvantitativnu analizu fosilnih zajednica

30

Distribucija

zajednica planktonskih

foramnifera u Atlantskom

oceanu

31

Metoda modernih analoga - MAT

Mjeri razliku u sastavu fosilne zajednice prema sastavu moderne, i za svaku fosilnu zajednicu prepoznaje najbolje analoge. Površinska se temperatura izračunava pomoću koeficijenta različitosti koji predstavlja prosječni stupanj sličnosti između uzorka i analoga.

32

Rezervoar sadrži 18O i 16O atome

18O

16O

18O

16O

Uklonimo li 18O i 16O atome u različitim omjerima u odnosu na original

18O

16O

To mijenja omjer 18O i 16O u originalnom rezervoaru

Ovaj proces ovisi o TEMPERATURI.

Promijenimo li temperaturu, eliminirat ćemo različite omjere izotopa iz originalnog rezervoara.

Biologija (foraminifere)

Originalna morska voda

Modificirana morska voda

34

Kisikovi izotopi su mjere za paleotemperature

Dva su stabilna kisikova izotopa koristimo za procjene paleotemperature:

16O (nekih 99,8% ukupne količine kisika), 18O (ostatak).

Druge kisikove izotope ne koristimo u tu svrhu.

“Normalni” omjer 18O/16O je 1/400, stoga promjene omjera množimo s 1000, kako bi vrijednosti bili cijeli brojevi.

Uvijek definiramo omjer kao d18O omjer… [teški izotop/laki izotop]

Kod (18O/16O)SMOW to je uzorak oceanske površinske vode gdje je d18O = 0.

35

Omjer izotopa 16O i 18O koristi se kao “mjera” za izračunavanje paleotemperatura u dvije sredine:

1. Kisik iz kalcita ljuštura foraminifera koje su živjele u morima (oceanima)

2. Kisik iz jezgara izvučenih iz leda Artika i Antartika.

U slučaju ljuštura u sedimentu, omjer 16O i 18O u karbonatima bilježi omjer u morskoj vodi,

Promijenjen je temperaturom morske vode (frakcioniranje izotopa 18O i 16O).

Omjer 16O i 18O u moru ovisi i o volumenu leda koji je na Zemlji.

36

TEMPERATURNO frakcioniranje izotopa 18O i 16O

Planktonske foraminifere žive u površinskih 100 m oceana. Danas, površinska voda ima d18O blizu 0.

Biološko frakcioniranje kisikovih izotopa (organizmi akumuliraju više “laganih” izotopa) zbiva se metabolizmom.

ALI količina frakcioniranja OVISI O TEMPERATURI.

I laboratorijski podaci i promatranja na terenu ukazuju kako je temperaturna ovisnost biološkog frakcioniranja

1 0/00 d18O manja za svakih 4,2°C porasta temperature mora

ili… 18O postaje manje zastupljen u kućicama foraminifera prema 16O – kad temperatura raste.

37

Formiranje ledenih kapa mijenja omjer d18O u moru!

Primjer: Tropska planktonska foraminifera koja živi u vodi čija je temperatura oko 21°C ima d18O nekih -1 0/00 (nižu od vrijednosti mora). Bentička foraminifera koja živi na dnu (duboko na dnu) gdje je temperatura nekih 2°C ima vrijednost d18O nekih +5 0/00 (višu nego more). Tko ima više 18O? Hladni okoliš-bentička foraminifera i njen omjer d18O bit će pozitivniji Paleoklimatolog određuje razliku između temperature mora na površini i na dnu (na istom mjestu) koristeći jezgru - s bentičkim i planktonskim foraminiferama raspršenim u sedimentu!

38

Ako je temperaturna ovisnost evaporacije/precipitacije jedini proces koji djeluje, morska voda u VISIKIM GEOGRAFSKIM ŠIRINAMA imat će visoku vrijednost d18O (oko +5 0/00). Frakcioniranje je veće na nižim temperaturama!

Ali na polovima to ne vrijedi. KIŠA i donos iz rijeka/leda pridonosi da morska voda u polarnim područjima ima d18Ovrijednost jednaku 0, kao u tropima!

39

Temperaturna je ovisnost kao mjera za d18O je

T = 16,9 – 4,2 (d18Oc – d18Ow)

T je temperatura u °C,

d18Oc je d18O izmjeren iz kalcita ljušture, i

d18Ow je d18O vrijednost za morsku vodu gdje se ljuštura stvarala.

Alternativna formula je:

Dd18Oc = Dd18Ow – 0,23 DT gdje D znači ‘promjena’.

I tako možemo odrediti temperaturu morske vode kad je foraminifera živjela.

40

H. Urey

C. Emiliani

41

Mg/Ca i alkenoni

Zamjena Ca++ s Mg++ (ili s Cd++, Ba++, Sr++) povezana je s termo dinamičkim procesima, količina Mg eksponencijalno raste u rasponu temperatura od 0 do 300C

Problem: Otapanje (više Mg i veće otapanje CaCO3) i intra- i interspecijeske varijacije

10-20% lipida stanične opne kokolitoforida su alkenoni. Produkcija alkeonona raste linearno s porastom temperature

42

NUTRIJENTI Organska (masti…) ili anorganska tvar

neophodna za rast organizama.

Dušik i fosfor, manje željezo i silicij

Teza: Brojnost organizama ovisi o količini raspoloživih nutrijenata!

43

Gdje je najveća koncentracija nutrijenta?

U fotičkoj zoni

A što je sa dubokomorskim prostorima?

Blizina obale

Up-welling mjesta

44

Okoliši

Oligotofični

Eutrofični

Mezotrofični

45

Nutrijentima siromašne vode Tihog oceana Pokušajmo objasniti disribuciju koncentracije

pigmenta i temperature uzduž obale Kalifornije

46

Ciklus dušika

Višestanični organizmi ne mogu koristiti atmosferski dušik (N2)

Fiksacija dušika

Nitrifikacija

Amonifikacija

Denitrifikacija

47

Ciklus dušika

AMONIJAK nitrit NITRAT

48

Ribe izbacuju neprobavljenu

hranu.

NH3 nastaje iz raspadnutih

organskih otpadaka, a bakterije

Nitosomonas pretvaraju NH3 u NITRIT (NO2)

Nitrobacter pretvara nitrite u NITRATE (NO3)

Biljke koriste NITRATE za

gnojivo

Ribe konzumiraju

biljke

49

Ciklus fosfora

Izvori fosfora: Trošenje stijena, fertilizacija i onečišćenje

Koriste ga biljke i životinje

Truljenje

Kratkotrajni ciklus P

P u tlu

uginuće

Dugotrajni ciklus P

P je u vapnencima

P se ispire u ocean

vapnenac

50

EROZIJA, ORGANSKI OTPAD, RUDARENJE, UMJETNA GNOJIVA

IZLUČIVANJE, TRULJENJE

OTOPLJENI FOSFAT

SEDIMENT ALGE

ŽIVOTINJE

51

Paleoekologija i nutrijenti

Prepoznati mjesta upwelling-a: biogeni sedimenti bogati ostacima ili biomarkerima:

Kako? Važno!!! To su potencijalna mjesta za nastanak nafte i plina

52

Up-welling

53

Up-welling područja i naftna nalazišta

54

SALINITET Slatkovodni okoliš rasol

55

Promjene saliniteta osmoza

EURIHALNI

STENOHALNI

STENOHALNI

56

EURIHALNI i STENOHALNI organizmi

57

Jasna razlika saliniteta između

površinske vode

i dubokomorske.

HALOKLINA: vodeni

sloj gdje salinitet

naglo raste.

58

59

Salinitet utječe na gustoću vode, pa je važan za cirkulaciju.

90% morske vode je dubokomorska.Tu je salinitet konstantan zbog vremena zadržavanja soli (100 milijuna godina)

60

Paleoekologija i salinitet

Fosilne zajednice male bioraznolikosti

Fosilna zajednica bez stenohalilnih organizama

Fosilna zajednica s mnoštvom eurihalilnih organizama

61

Ostrakodi

62

Charophyta

63

Paleoekologija i salinitet

Foraminifere, Dinoflagelate C izotopi (model cirkulacije i tok C)

86Sr/87Sr Mg/Ca

18O/16O Fluor Alkenoni (produkti kokolitoforida)

64

Omjer ta dva izotopa iskazuje se prema standardu (PeeDeeBelemnite) kao

d13C = [(Ruzorak/Rstandard) -1] x 1000; gdje je R = (13C/12C).

Kako vrijednosti d13C rastu, količina težeg izotopa (13C) raste.

Biološka aktivnost favorizira frakcioniranje u korist 12C

12C obogaćenje

Visok 12C donos

Obogaćenje s 12C u biološkom rezervoaru, osiromašuje 12C u okolnoj vodi, i d13C omjer morske vode RASTE.

Dva stabilna izotopa ugljika: 12C i 13C.

65

Visok donos 12C biološki:

More osiromašuje s 12C,

Omjer morske vode s d13C postaje VISOK i POZITIVAN

12C obogaćenje

X

X

12C obogaćenje

Veliko otpuštanje 12C u more kroz metan (d13C = -60):

Morska voda je bogata s 12C i siromašnija s 13C,

d13C omjer je NIZAK i NEGATIVAN.

More

Sediment

66

PODLOGA

Sastav i veličini zrna: upućuju na struje i donos s kopna

67

Sitnozrnata podloga

Veličina (0,002mm do 0,06 mm)

Silt, mulj ili glina

Nakon dijageneze?

Prilikom transporta prvo se talože”teže” čestice, a kako more postaje dublje i mirnije tako slijedi taloženje sitnozrnatog materijala.

68

1. Pokretljivost podloge

utjecaj organizama – ubušivanja, učvršćivanje stranica jazbina

Kohezivnost: bakterije i mukus

2. Intersticijski prostor – prostor između zrna, pore

Utječu na tok vode

Difuziju elemenata

69

3. Organska tvar - postotak organske tvari - podloga za djelovanje bakterija

koje oksidiraju organsku tvar, za detritivore (muljojede)

4. Oksidacijsko-redukcijska granica

70

Epifauna

71

Epibionti

72

Infauna

73

Muljevita podloga: dubokomorsko dno ili priobalje

Priobalje:

Raznolikost = O

“Juhasti” mulj i meki

slabo vezani mulj 74

Intenzivna bioturbacija – peletima bogat meki sediment koji se lako prelazi u suspenziju

75

Zajednica na dubinama ispod valne baze

76

Pijesci

Veličina: 0,06 mm do 2 mm

Postoje sitnozrnata i grubozrnata varijanta

Brzo se taloži, na šelfu, blizu obale

Najveća raznolikost muljeviti pijesci, umjerena pjeskoviti muljevi

Nepovoljan za stanovanje. Kako to?

77

Pjeskovita podloga: plaže

Pokretljivost

78

Šljunak

Veličina: veći od 2 mm

Ne dolaze u dublje dijelove oceana (težina uzrokuje da se brzo odlože, i dalje kotrljaju ili “skakuću”

Organizmi: pričvršćeni za podlogu i njihovi Grabežljivci

79

Kamenita podloga

To su očvrsnuli karbonatne stijene u kojima se ubušuju organizmi ili pričvršćuju za podlogu.

80

Stjenovita: obale i greben, obrasli koraljima i mahovnjacima

81

Podloga: mobilnost, brzina nakupljanja i turbulencija

Pokretljivost sedimenta i turbulencija

vode su GRANIČNI faktori u priobalnim okolišima.

Pravila podloge:

veća turbulencija, grublje zrnata podloga je razvijena.

veća pokretljivost podloge, manja raznolikost zajednice

82

Tko su dobitnici/gubitnici ako...?

Muljevi male kohezivne povezanosti među česticama utječu na suspenzojede i neke muljojede!

Pijesci: brzo premještanje zrnaca, imaju malo organizama. Tko živi/je živio?

Brzo i duboko ubušavanje u sediment: prilagodba infaune.

83

Paleoekologija i podloga

Autohtoni fosili: morfologija i brojnost epifaune vs. brojnost infaune

Epifuna se dijeli na: epipelik, epilitik, epipsamik, epifitik i epizoan

84

Slučaj školjkaša

Plitka infauna: u sedimenti blizu površine, omjer dužina visina je 1:1; da bi se lakše ukopavali površina ljušture je glatka, ponekad imaju bodlje da onemoguće grabežljivce da ih “iskopaju”.

85

Duboka infauna Duboku u sedimentu; Ljušture dva puta su duže nego široke; pojavile su se prije 2 milijuna god. (evolucija dvostrukog sifona je dugo trajala); otvaranjem ljuštura i guranjem mišića prema dolje se ubušuju.

86

Epifauna

Za podlogu se drži bisus nitima koje ili dodiruju površinu sedimenta ili se nalaze uronjene u sediment.

Specifičan oblik?

87

Paleoekologija i podloga

Ihnofosili

88

Paleoekologija i podloga

Blizina kopna i način transporta s kopna:

Elementi u tragovima poput Fe i Ti

89

Kompezacijska dubina kalcita (CCD)

Ispod određene dubine, otapaju se kalcitni skeleti Dubina se zove LIZOKLINA Faktori koji utječu na otapanje kalcita su niska temperatura i

visoki tlak

Fotik

Lizoklina CCD

Silicijske ooze

Tonjenje ostataka Ooze Si i

CaCO3

FORAMINIFERE (CaCO3) DIJATOMEJE

90

91

HIDROSTATSKI TLAK

Progresivno raste s dubinom.

Prema stupnju podnošenja visokog tlaka razlikujemo stenobatne i euribatne organizme.

92

Morski okoliši: Abiotički faktori

Morski okoliši obilježeni su brojnim osobinama: Svjetlo Kisik Nutrijenti Temperatura Salinitet Podloga: energija Dubina

93