title: Sources, pathways, and deposition of nutrients and pollutants in an Ecuadorian tropical mountain forest
title: Sources, pathways, and deposition of nutrients and pollutants in an Ecuadorian tropical mountain forest
title: Quellen, Pfade und Eintrag von Nährstoffen und Schadstoffen in einem ecuadorianischen tropischen Berg Regenwald
Creators: name: Makowski, Sandro
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Atmospheric transport
Nebel
Atmospheric deposition
emission sources
Nährstoff , Schadstoff
Regenwald
Sciences
Naturwissenschaften
cloud fog
Atmosphäre
rain
Ecuador
Niederschlag
Transport
Anden
Modellierung
Chemie
Regen

description: Der Stoffkreislauf nimmt gegenüber
      Ökosystemfunktionen eine wichtige Kontrollfunktion ein und
      damit für die Bereitstellung unterstützender und
      regulierender Ökosystemdienstleistungen wie z.B. die
      Kohlenstoffbindung und das Wasserangebot. Anthropogen
      verursachte Veränderungen dieses Kreislaufs könnten jedoch
      eine schädliche Wirkung auf das jeweilige Ökosystem und
      dessen Dienstleistungen haben. Der Eintrag von
      atmosphärischen Spurenelementen ist dabei ein grundlegender
      Mechanismus innerhalb des Kreislaufs, der die Ökosysteme mit
      neuen Nährstoffen versorgt. So ist ein fundiertes Verständnis
      der zu Grunde liegenden Prozesse sowie der komplexen
      Faktoren, welche die Deposition ökosystemrelevanter Elemente
      bestimmen, unabdingbar, um den Einfluss eines veränderten
      Elementkreislaufs auf die Funktionen des Bergregenwalds zu
      untersuchen. Die vorliegende Dissertation ist ein erster
      Ansatz in dem sehr komplexen Gelände eines Bergregenwalds in
      Süd-Ecuador die komplexen Kausalzusammenhänge atmosphärischer
      Flüsse ökosystemrelevanter Nähr- und Schadstoffe, sowie die
      dazu beitragenden Emissionsquellen und treibenden Kräfte
      unter Berücksichtigung der atmosphärischen Zirkulation
      aufzuzeigen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die
      atmosphärische Deposition hauptsächlich von der Interzeption
      okkulten Niederschlags durch die Vegetation und den Boden
      bestimmt wird. So unterliegt die atmosphärische Deposition
      der analysierten Stoffe im Untersuchungsgebiet einer hohen
      räumlichen und zeitlichen Heterogenität, welche hauptsächlich
      durch Höhe, Exposition und topographische Position des
      Immissionsortes sowie Lage und Höhe der ihn umgebenden
      topographischen Barrieren hervorgerufen wird. Im Allgemeinen
      gilt, je höher das Gelände desto häufiger haben Wolken
      Bodenkontakt, wodurch der Einfluss der synoptischen
      Zirkulation und damit die Bedeutung weit entfernter Quellen
      erhöht wird. Dies gilt so lange, bis die umgebende
      Topographie keine Barriere mehr für die synoptischen Winde
      darstellt. Diese Erkenntnisse betonen die Notwendigkeit, die
      komplexe Struktur der Topographie bei der Untersuchung
      atmosphärischer Deposition sowie auch bei der Planung von
      künftigen Nährstoffmanipulationsexperimenten im
      Hochgebirgsraum zu berücksichtigen. Da die synoptische
      Zirkulation einen wichtigen Teil der mittel bis weiten
      Transportweg von Nähr- und Schadstoffen darstellt, ist auch
      die Lage der Quellen relativ zu den überwiegend
      vorherrschenden Transportwegen ein wesentlicher Faktor,
      welcher die beobachtete Deposition beeinflusst. Darüber
      hinaus steuern die Saisonalität der atmosphärischen
      Zirkulation sowie Oberfläche und Intensität der Emmissionen
      die Deposition am Immissionsort. Die Quellen und
      Transportwege der untersuchten Spurenstoffe im
      Untersuchungsgebiet sind in einer Synthesekarte am ende des
      Manuskriptes zusammengefasst. Anthropogene Quellen dominieren
      sowohl den Schwefel- als auch den Stickstoffkreislauf, wobei
      ein sehr starker Einfluss aus den aus der Verbrennung von
      Biomasse resultierenden Quellen beobachtet wurde. Dies trifft
      insbesondere in bewachsenen Flächen in großen Höhen auf, die
      zudem in Richtung der vorherrschenden Windrichtung exponiert
      sind. Die Deposition von atmosphärischem Natrium und Chlorid
      im Untersuchungsgebiet ist nach wie vor von natürlichen
      Quellen geprägt, vor allem der Karibischen See und dem
      äquatornahen Pazifischen Ozean; auch hier profitieren
      insbesondere die höher gelegenden Gebiete. Des Weiteren sind
      diese höher gelegenen Gebiete stärker von mittel- bis -weit
      entfernten herantransportierten Luftschadstoffen betroffen
      als die tieferen Gebiete, da sie der atmosphärischen
      Zirkulation weniger ausgesetzt sind.
description: The element cycle is an important
      control of the ecosystem functioning such as the provision of
      supporting and regulating ecosystem services. Human induced
      alterations of this cycle could have deleterious effects on
      the ecosystem and its services, as e.g., carbon sequestration
      and water supply. The input of atmospheric elements is a key
      underlying mechanism of this cycle, supplying new
      nutrients/pollutants to the ecosystem. Therefore, an in-depth
      knowledge of the fluxes and the complex factors driving the
      deposition of ecosystem-relevant elements are indispensable
      to unravel the impacts of element cycle alterations on the
      mountain forests function, e.g. by nutrient manipulation
      experiments. The current work is the first effort in a TMF
      with a very intricate terrain to reveal the complex causal
      relationships between the atmospheric fluxes of
      ecosystem-relevant nutrients and pollutants, the contributing
      emission sources and the atmospheric circulation drivers
      responsible for transport. This investigation has shown that
      the atmospheric deposition is highly conditioned by the
      interception of OP by vegetation and ground. Therefore, in
      the study area, the atmospheric constituents explored present
      a high spatial and temporal heterogeneity mainly based on
      elevation, aspect, and topographic position of the receptor
      side, as well as the location and height of the surrounding
      barriers. In general, the higher the terrain features are,
      the higher is the frequency of clouds touching the ground and
      thus, the influence of the synoptical circulation and
      far-range sources is increased. That is on the condition that
      the surrounding topography does not act as a barrier for the
      synoptical winds from specific directions. The exposed
      findings stress the importance of considering topographical
      complexity of the receptor site when assessing atmospheric
      deposition in mountainous areas and should be considered when
      designing future nutrient manipulation experiments. Due to
      the importance of the synoptical circulation in the medium to
      long range transport of nutrient and pollutants, also the
      location of the sources with respect to the preponderant
      transport pathways is an important parameter affecting the
      observed deposition. Additionally, the seasonality, the
      surface, and the intensity of the emissions are also highly
      relevant factor determining the state of deposition at the
      receptor site. The sources and transport pathways of the
      investigated atmospheric constituents in the study area are
      illustrated in a synthesis map at the end of the manuscript.
      The anthropogenic sources dominate the sulfur and nitrogen
      cycles, on which a very high influence of the biomass-burning
      sources was observed, especially on high elevation and
      vegetated areas well-exposed to the preponderant wind
      direction. Atmospheric sodium and chloride deposition at the
      study area is still dominated by natural sources, especially
      the Caribbean Sea and the equatorial Pacific Ocean, mostly
      fertilizing areas at high elevations, more exposed to the
      synoptic winds.