- eliöistä peräisin olevien, osittain hajonneiden hiilipitoisten aineiden seos 1p - lista max 4p, á 0.5 p/kohta - kieli ja selkeys 1p

Transkriptio

1 1. Mistä maan orgaaninen aines koostuu? Maan orgaaninen aines on kasveista, eläimistä ja mikrobeista peräisin olevien, osittain hajonneiden hiilipitoisten aineiden seos, joka sisältää: 1. noin 58 % hiiltä 0,5p 2. partikkelimaista orgaanista ainesta (POM: pääosin kasvin, eläinten ja mikrobien jäänteiden palasia) 0,5p 3. orgaanisia molekyyleja, kuten liukenevia sokereita, aminohappoja ja muita orgaanisia happoja, selluloosaa ja hemiselluloosaa (polysakkarideja), ligniiniä, alifaattisia biopolymeereja, tanniineja, lipidejä, proteiineja ja aminosokereita, entsyymeitä 0,5p 4. osa mainituista orgaanisista molekyyleistä on biologista alkuperää olevia polymeereja, kuten proteiinit, hiilihydraatit, selluloosa 0,5p 5. humusta, joka on erittäin stabiilia, mustanruskeaa ainetta. Humusaineet luokitellaan emäsja happoliuoksiin liukenevuuden perusteella humushapoiksi, fulvohapoiksi ja humiiniksi. 0,5p 6. puuhiiltä ja hiiltyneitä materiaaleja 0,5p 7. liuennutta orgaanista ainesta (DOC) 0,5p 8. hajoamistuotteiden molekyyliaggregaatteja 0,5p 9. juurten eritteitä 0,5p 10. ja elävien mikrobien biomassaa ja kasvien hienoja juuria (eläviä, ei hajonneita) 0,5p Pisteytys: - eliöistä peräisin olevien, osittain hajonneiden hiilipitoisten aineiden seos - lista max 4p, á 0.5 p/kohta - kieli ja selkeys

2 2. Mitkä tekijät vaikuttavat maaperän orgaanisen aineksen hajoamiseen? Hajoamiseen keskeisesti vaikuttavia tekijöitä ovat: i) mikrobien ekologia ii) entsyymikinetiikka iii) ympäristötekijät iv) maamatriisin suojaava vaikutus v) materiaalin kemiallinen koostumus () Hajotettavan materiaalin kemiallinen koostumus: Materiaalin kemiallinen koostumus vaikuttaa hajoamisnopeuteen. Nopeus on sitä pienempi mitä suurempi on C:N-suhde, ligniinipitoisuus ja ligniini:typpi-suhde ja sitä suurempi mitä suurempi typpipitoisuus on. (0,5p) SOM:n hajoaminen on paljon hitaampaa kuin kasvi- ja eläinjätteiden hajoaminen. SOM on rakenteeltaan huono substraatti entsyymeille, toisin kuin biologiset polymeerit (proteiinit, hiilihydraatit ja selluloosa). (0,5p) Mikrobien ekologia ja entsyymikinetiikka: Lisätty hiili tai typpi vaikuttavat SOM:n mineralisaationopeuteen joko lisäten sitä tai vähentäen sitä immobilisaation seurauksena (ns. aktivoivat vaikutukset). (0,5p) Sellaiset helposti hajoavat hiilenlähteet kuin glukoosi, fruktoosi ja oksaalihappo tai selluloosa nopeuttavat SOM:n mineralisaatiota lisäämällä mikrobien kasvua ja siten mikrobientsyymien tuotantoa (kometabolia). (0,5p) Viljelymenetelmät, jotka mahdollistavat tuoreen hiilen leviämistä syvälle maahan voivat stimuloida maahan hautautuneen hiilen mineralisaatiota. (0,5p) Typpeä sitovat mikrobit lisäävät N:ä maahan ja vaikuttavat hajoamisprosesseihin. (0,5p) Bakteerit hajottavat helposti hajoavia kasvin eritteitä (sokerit, aminohapot ja orgaaniset hapot), mutta sienet hajottavat vaikeasti hajoavia aineita, kuten ligniiniä, selluloosaa ja hemiselluloosaa. SOC:n hajoamisnopeudet voivat kasvaa jopa 5-kertaiseksi juurieritteiden vaikutuksesta. (0,5p) Siitä, onko SOM:n mineralisaationopeus riippuvainen maaperän mikrobiyhdyskunnan koosta, rakenteesta/koostumuksesta ja aktiivisuusta, on ristiriitaista tietoa. (0,5p)

3 Ympäristötekijät ja maamatriisin suojaava vaikutus: Juurten hiili hajoaa hitaammin kuin versojen hiili. Osa vaikutuksesta on peräisin kemiallisen rakenteen eroista, mutta merkittävämpi syy on maaperän aiheuttama fysikaalinen tai fysikaalis-kemiallinen suoja. (0,5p) SOM:n mineralisaatiota ohjaavat abioottiset prosessit, säätelevä portti. Prosesseihin kuuluvat mm. diffuusio, desorptio maan pinnoista, hapettuminen ja solunulkoisten entsyymien stabiloituminen. (0,5p) SOM:n adsorptio/desorptio on vaikeasti hallittavissa. Maanhoidolla ja käytöllä voidaan vaikuttaa maaperän rakenteeseen. (0,5p) Orgaanista ainesta stabiloi kaksi fysikaalis-kemiallista prosessia (1) suojautuminen maahiukkasaggregaattien sisälle, jolloin ne eivät ole mikrobien tavoitettavissa ja hapen saantikin estyy (hajoaminen hidastuu) (2) vuorovaikutukset maan epäorgaanisten pintojen ja metalli-ionien kanssa. (0,5p) Maksimissaan 5p Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys

4 3. Kuvaa hiilen vuotuista kiertokulkua biologisesti aktiivisimpien varastojen kautta kuvan 1 ja tekstin mukaan Hiilen vuotuista kiertokulkua syntyy sekä ihmistoiminnan aiheuttamana että ns. luonnollisina ilmiöinä. () Maan raivauksesta on arvioitu aiheutuvan 1 2 Gt:n uuden hiilen tulo ilmakehään. Fossiilisten polttoineiden (hiili, öljy, kaasu) käytöstä ja ekosysteemin pilaantumisesta ilmakehään vapautuu uutta hiiltä noin 9 Gt/v. () Tulivuorten toiminnan ja kallioperän rapautumisen aiheuttamaa uuden hiilen tuloa ilmakehään pidetään luonnollisena (0,4 Gt/v). Tätä tasapainottaa pitkällä aikavälillä hiilen hautautuminen valtamerien sedimentteihin (0,4 Gt/v). () Maanpäällinen biomassa sitoo hiiltä 123 Gt/v, josta noin puolet (60 Gt/v) vapautuu suoraan takaisin ilmakehään (kasvien hengitys) ja puolet (60 Gt/v) päätyy maahan. Maan orgaanisen aineksen hajoaminen (maahengitys) tuo ilmakehään hiiltä saman verran (60 Gt/v). () Maanpäälliset ja meren CO 2 -nielut sitovat hiiltä lähes yhtä paljon (2,6 ja 2,2 Gt/v). () Vuotuiset hiilivirrat ovat pieniä suhteessa maaperän ja valtamerten hiilivarastoihin. () Maksimissaan 5p Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys

5 4. Miten ilmasto-olosuhteet vaikuttavat maaperän orgaanisen hiilen määrään? 1. Maaperän orgaanisen hiilen määrä on riippuvainen kasvien hiilidioksidin sidontanopeuden ja orgaanisen aineksen hajotusnopeuden erotuksesta. Ilmasto-olosuhteet (lämpötila, kosteus, hiilidioksidipitoisuus) vaikuttavat näihin molempiin. 0,5p 2. Korkea lämpötila vähentää maan orgaanista ainesta nopeuttamalla orgaanisen aineksen hajoamista. 0,5p 3. Toisaalta korkea lämpötila ja hiilidioksidipitoisuus lisäävät maan orgaanista ainesta lisäämällä nettoperustuotantoa (hiilidioksidin nettosidontaa). 0,5p 4. Eri tutkimuksissa esitetyt arviot maaperän hiilimääristä eri ilmastovyöhykkeillä vaihtelevat. 0,5p 5. Maaperän orgaanisen hiilen varastot yleensä lisääntyvät vuotuisen keskilämpötilan laskiessa: viileän/kylmän ilmaston alueilla luonteenomaisia ovat runsaasti hiiltä sisältävät maat. 0,5p 6. Myös kostean ilmaston alueilla luonteenomaisia ovat runsaasti hiiltä sisältävät maat. 0,5p 7. Esimerkiksi boreaalisten metsien ja trooppisten ikivihreiden metsien maaperä sisältää paljon hiiltä, kun taas aavikko ja tundra sisältävät vähän hiiltä. 0,5p 8. Viljelymaan potentiaalinen kyky sitoa hiiltä on lauhkealla vyöhykkeellä suurempi kuin trooppisella vyöhykkeellä, kun käytetään parhaita viljelymenetelmiä (Taulukko 7). 0,5p 9. Viljelymaan potentiaalinen kyky sitoa hiiltä on kosteassa ilmastossa suurempi kuin kuivassa ilmastossa, kun käytetään parhaita viljelymenetelmiä (Taulukko 7). 0,5p 10. Ilmasto-olosuhteet vaikuttavat maaperän orgaanisen hiilen määrään myös epäsuorasti kasvillisuuden, kasvintuotannon, maanhoidon ja eroosion kautta. 0,5p Maksimissaan 5 p, á 0.5 p/kohta. Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys

6 5. Miten maaperän orgaanisen aineksen varastot kytkeytyvät globaaliin ilmastonmuutokseen? Taustaa - Maailmassa maaperään on varastoitunut toiseksi eniten hiiltä meren jälkeen. Maan hiilivarasto on suuri verrattuna muihin biologisesti aktiivisiin varastoihin. Arviolta noin 10%:n muutos maaperän orgaanisen hiilen (SOC) määrässä vastaisi ihmiskunnan 30 vuoden päästöjä ja tällä olisi suuri vaikutus ilmakehän hiilidioksidin määrään. Maaperän orgaanista hiiltä voidaan pitää hallittuna ilmakehän hiilidioksidinieluna. Muutokset maaperän hiilimäärissä tai hiilen hapettumisnopeuksissa taikka kiertomekanismeissa voivat lisätä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksia ja näin liittyä maailmanlaajuiseen ilmastonmuutokseen. 2p Hiilivarastojen kasvaminen tai väheneminen Lämpötilan nousu (ilmastonmuutoksen vuoksi) nopeuttaa maaperän hiilen hapettumista ja samalla ilmakehän CO 2 -pitoisuuden kasvua. Toisaalta kohonnut lämpötila ja ilmakehän CO 2 -pitoisuus lisäävät nettoperustuotantoa ja siten maaperän orgaanista hiiltä. Siksi ilmaston lämpenemisen nettovaikutus maan orgaanisen hiilen varastoihin arvioidaan vähäiseksi lähivuosisatoina. Systeemin monimutkaisuus Hiilen varastojen vaikutusta ilmastonmuutokseen on vaikea ennustaa. Maaperän kykyyn sitoa hiiltä vaikuttavat monet asiat. Maaperän hiilen varastot sekä varastoidun hiilen kiertomekanismit ovat hyvin monimutkainen systeemi, jonka kaikkia osia ei täysin tunneta. Ekosysteemin muuttuessa ja maankäytön muutoksien vuoksi hiiltä voi joko sitoutua maaperään tai vapautua siitä. Ihmisen toiminnan seurauksena, mm. maaperän hoitomenetelmien tai eroosion johdosta, suuri määrä maaperän hiilestä voidaan menettää, joka tarkoittaa hiilen vapautumista maaperästä. Ilmastovaikutuksia tällä on siltä osin kuin hiiltä vapautuu ilmakehään. Toisaalta edes kaikkia maaperän (orgaanisen) hiilen sitoutumiseen (SCS) taikka vapautumiseen vaikuttavia tekijöitä ei tunneta. On esitetty, että maaperän orgaaninen aines, joka sisältää hiiltä noin 58%, voidaan jakaa kolmeen erilaiseen varastoon: aktiiviseen varastoon, jossa nopea kierto, keskinopeaan/ hitaaseen varastoon sekä passiiviseen varastoon. Tätäkin jakoa vastaan on esitetty kritiikkiä. Yksittäisten tekijöiden vaikutuksista on arvioita mutta kokonaisuuden ymmärtäminen on puutteellista. Maaperään tulevat hiilivirrat kytkeytyvät sekä maaperässä säilyneisiin hiilivarastoihin että maaperän ulosvirtauksiin. Esimerkiksi lämpötilan nousu nopeuttaa maaperän hiilen hapettumista, joka puolestaan edesauttaa ilmakehän hiiliodioksidipitoisuuden nousua. Hiilen sitoutuminen maaperään pitäisi olla riittävän pitkäaikaista ja sitoutuvan hiilen pitäisi olla peräisin ilmakehän hiilidioksidista. Hiilen liikkuvuus terrestisestä varastosta toiseen ei välttämättä aiheuta nettomuutosta, jolla olisi vaikutusta ilmastonmuutokseen. Vastauksen oikeakielisyys ja selkeys