RECENZJA rozprawy doktorskiej Pani mgr Aleksandry Szczepańskiej pt.: Określenie szybkości odkładania (burial rates) węgla w bałtyckich osadach dennych

Transkrypt

1 Olsztyn, r. dr hab. inŝ. Wojciech Janczukowicz, prof. UWM Katedra InŜynierii Środowiska Wydział Nauk o Środowisku Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie RECENZJA rozprawy doktorskiej Pani mgr Aleksandry Szczepańskiej pt.: Określenie szybkości odkładania (burial rates) węgla w bałtyckich osadach dennych Podstawa formalna recenzji: pismo Z-cy Dyrektora ds. Naukowych Instytutu Oceanologii PAN w Sopocie - Prof. nzw. dr hab. inŝ. Ksenii Pazdro z dnia r. (L.dz. NK/1570/12). Praca dotyczy moŝliwości określenia szybkości grzebania węgla (carbon burial rates) w bałtyckich osadach dennych poprzez oszacowanie strumienia węgla organicznego sedymentującego do osadów i ustalenie jaka część tego węgla, w wyniku procesów dekompozycji i mineralizacji, powraca do toni wodnej. Aktualność i waga problemu wynika z potrzeby wyjaśnienia udziału mórz szelfowych w globalnym obiegu węgla. MoŜe mieć to znaczenie w przypadku potwierdzenia roli gazów cieplarnianych w ociepleniu klimatu. Bardziej precyzyjne oszacowanie strumieni węgla przez granicę rozdziału woda-osad a zwłaszcza strumienia powrotnego węgla z osadów do toni wodnej umoŝliwi dokładniejsze określenie strumieni węgla dopływającego i opuszczającego Morze Bałtyckie. A to w konsekwencji pozwoli na poszerzenie wiedzy na

2 temat znaczenia Bałtyku w obiegu węgla, jego wpływu na stęŝenia gazów cieplarnianych w wyniku absorpcji ditlenku węgla. Ustalenie, jaką rolę pełni Morze Bałtyckie - importera, czy teŝ eksportera CO 2, moŝe okazać się przydatne np. przy podejmowaniu decyzji zmierzających do ograniczenia ładunku substancji biogenicznych i organicznych trafiających do Bałtyku wraz z wodami rzek. Stąd teŝ naleŝy uznać, Ŝe podjęcie przez Autorkę tematyki pracy jest wysoce uzasadnione, poniewaŝ zagadnienie będące przedmiotem rozprawy jest w dalszym ciągu mało rozpoznane. Analiza pracy Oceniana rozprawa obejmuje 134 strony maszynopisu i składa się z dziewięciu rozdziałów. Część teoretyczna zatytułowana Tworzenie i przemiany wierzchniej warstwy osadów dennych oraz Określenie szybkości sedymentacji osadów dennych została poprzedzona Wstępem i celem oraz zakresem badań zawierającym krótkie wprowadzenie do problemu. Kolejne rozdziały stanowią: Metodyka badań, Wyniki, Dyskusja, Podsumowanie i wnioski. Potem kolejno w pracy umieszczono: Streszczenie (extended abstract), i Literaturę. Spis piśmiennictwa obejmuje 150 pozycji, wydanych głównie w ostatnim dwudziestoleciu, z których większość, została opublikowana w języku angielskim. Autorka zamieściła w pracy 18 tabel i 20 rysunków. Autorka sformułowała cel pracy jako określenie szybkości grzebania ` węgla w bałtyckich osadach dennych, poprzez oszacowanie rzeczywistego strumienia węgla organicznego sedymentującego do osadów i określenie jaka jego część powraca z osadów do toni wodnej. RóŜnica pomiędzy strumieniem sedymentującym i strumieniem powrotnym powinna być równa szybkości grzebania węgla w osadach. Tak wyznaczona szybkość miała zostać zweryfikowana poprzez porównanie z zawartością labilnego węgla organicznego w osadach. Osiągnięciu tego celu słuŝyły badania osadów mulistych oraz powierzchniowych osadów mulistych i piaszczystych. Rdzenie osadów mulistych pochodziły z głębi bałtyckich (gdańskiej, Gotlandzkiej, Bornholmskiej) oraz z zatok Botnickiej i Fińskiej. Natomiast osady powierzchniowe pochodziły głównie z rejonu Bałtyku Południowego. Przeprowadzone analizy pobranych osadów umoŝliwiły wyznaczenie profili 210 Pb i 137 Cs i określenie szybkości sedymentacji osadów. Profile DIC i DOC w wodach porowych osadów posłuŝyły do obliczenia powrotnego strumienia węgla do toni wodnej. Natomiast stęŝenia

3 węgla organicznego w osadach do określenia szybkości sedymentacji węgla organicznego. Ustalono strumień węgla do osadów dennych, stęŝenie węgla organicznego w osadach, strumień węgla grzebanego, ilość węgla uwalnianego z osadów, procentowy udział węgla nieorganicznego w strumieniu węgla z osadów do toni wodnej, czas rozkładu materii organicznej w osadach dennych, ubytek węgla z powierzchniowych osadów i wielkość emisji węgla z Morza Bałtyckiego do atmosfery oraz ilość pochłanianego ditlenku węgla przez Bałtyk Właściwy. Przegląd piśmiennictwa Autorka zaprezentowała w dwóch częściach pracy. Pierwsza została zatytułowana Tworzenie i przemiany wierzchniej warstwy osadów dennych. Autorka przedstawiła w wyniku jakich procesów powstają morskie osady denne, jakie jest ich pochodzenie, z czego się składają, co decyduje o róŝnicach w składzie osadów, scharakteryzowała i sklasyfikowała osady odpowiednio pod względem udziału frakcji róŝniących się wielkością ziaren i ze względu na grupy mechaniczne, opisała czynniki decydujące o przebiegu procesu sedymentacji zawiesin na dno morskie, napisała o wpływie bioturbacji i procesów fizycznych na mieszanie powierzchniowe osadów, scharakteryzowała etapy diagenezy i ich wpływ na właściwości osadów dennych. Następnie po scharakteryzowaniu Morza Bałtyckiego (jakość wody, wpływ zlewni morza na jego zasolenie, bioróŝnorodność, skale procesu eutrofizacji, podział na akweny, głębie bałtyckie) przedstawiła źródła materii zawieszonej w Morzu Bałtyckim, rozmieszczenie zawiesiny w wodzie morskiej. Na końcu rozdziału opisany został skład chemiczny osadów dennych Morza Bałtyckiego ze szczególnym zwróceniem uwagi na udział materii organicznej w osadach w zaleŝności od uziarnienia osadów, akwenu z którego pobrano osady. Podane zostały takŝe czynniki decydujące o rozmieszczeniu i zwartości materii organicznej w osadach. I procesy od których zaleŝy depozycja węgla w osadach. Kolejny rozdział mający takŝe charakter przeglądu piśmiennictwa jest zatytułowany Obliczanie szybkości sedymentacji osadów dennych. Zawiera on bardzo szczegółową analizę literatury dotyczącej metod określania szybkości sedymentacji i wieku osadów dennych ze szczególnym zwróceniem uwagi na metodę ołowiową. Podane zostały równania umoŝliwiające określenie szybkości sedymentacji i wieku osadu oraz modele stosowane do modyfikacji profili aktywności Pb ex. Następnie opisano metodę walidacji wyników szybkości otrzymanych za pomocą metody ołowiowej przy wykorzystaniu profili aktywności 137 Cs. W ostatnim podrozdziale scharakteryzowano osady denne z poszczególnych rejonów Morza Bałtyckiego pod względem szybkości sedymentacji.

4 W następnym rozdziale (Metodyka badań) przedstawiono materiały i aparaturę wykorzystaną przy badaniach, scharakteryzowano miejsca i sposób poboru osadów oraz ich przechowywania, opisano poszczególne oznaczenia, metodę pomiaru aktywności 210 Pb poprzez pomiar 210 Po, sposób określenia liniowej szybkości sedymentacji i masowej szybkości sedymentacji, oraz metodykę pomiaru aktywności 137 Cs. Kolejno przedstawiono sposoby pomiaru stęŝeń (DOC i DIC w wodach porowych, węgiel organiczny w osadach dennych), metodykę wyznaczenia strumieni węgla (dyfuzja węgla z osadów do toni wodnej, depozycja węgla organicznego w osadach dennych, odkładanie węgla organicznego w osadach dennych) i metodykę wyznaczenia szybkości biochemicznego rozkładu materii organicznej w osadach dennych. Rezultaty badań własnych Autorka przedstawiła w rozdziale Wyniki. To najdłuŝszy rozdział pracy liczący 49 stron. Zgodnie z celem i zakresem pracy przedstawiono w nim wyniki badań dla osadów z poszczególnych rejonów Morza Bałtyckiego. I tak kolejno scharakteryzowano i skomentowano w odniesieniu do danych literaturowych uzyskane wartości stęŝenia aktywności 210 Pb w osadach, szybkości sedymentacji osadów dennych (liniowa szybkość, masowa szybkość), stęŝenia aktywności 137 Cs (dla walidacji wyników szybkości sedymentacji otrzymanych metodą ołowiową), stęŝenie materii organicznej (strata przy praŝeniu, stęŝenie węgla organicznego), tempa akumulacji węgla organicznego, strumienia powrotnego węgla z osadów do toni wodnej, strumień węgla grzebanego w osadach, labilny węgiel organiczny (mineralizacja materii organicznej w rdzeniu osadów, węgiel labilny w osadach powierzchniowych). Autorka przedstawiła wyniki badań w tej części pracy w formie pisemnej, graficznej i tabelarycznej. Opis rysunków jest jasny i czytelny. Odniesienia do pozycji literaturowych jak najbardziej trafne i zasadne. Część graficzna jest bardzo mocno rozbudowana, co uzasadnia konieczność przedstawienia profili stęŝeń wielu wielkości dla kilkunastu lub kilkudziesięciu miejsc poboru osadów. O tym jak znaczną pracę wykonała Autorka rozprawy świadczy fakt, iŝ np. na rysunku 20 przedstawiono zmiany stęŝenia dla 64 punktów z których pobrano powierzchniowe osady denne. A wyniki badań była podstawą do przeprowadzenia dyskusji (rozdział 6). Dyskusja wyników stanowi istotną część rozpraw naukowych. Poprzez konfrontację własnych rezultatów z danymi z piśmiennictwa autor moŝe krytycznie odnieść się do uzyskanych wyników, a takŝe wskazać wynikające z tej oceny kierunki dalszej pracy badawczej. Autorka w tej części pracy posiłkowała się dodatkowo 5 tabelami, które ułatwiały porównanie uzyskanych wyników z danymi literaturowymi oraz umoŝliwiały czytelne

5 zestawienie wyników własnych dla rejonów Bałtyku. Porównanie wyników uzyskanych przez Autorkę, z rezultatami analogicznych lub zbliŝonych badań innych autorów, powinno pomóc równieŝ w prawidłowym sformułowaniu wniosków. W rozprawie znalazła się zadowalająca ilość takich porównań. W kolejnym rozdziale zatytułowanym Podsumowanie i wnioski końcowe Autorka po syntetycznym przedstawieniu zrealizowanych zadań wynikających z celu i zakresu rozprawy poprawnie sformułowała wnioski, których trafność naleŝy uznać za bezdyskusyjną. Ocena merytoryczna pracy Podjęta tematyka pracy jest oryginalna i stanowi istotne rozszerzenie wiedzy w zakresie charakterystyki osadów dennych Morza Bałtyckiego oraz ich udziału w obiegu węgla. Autorka zrealizowała wszystkie jednostkowe zadania wynikające z celu i zakresu pracy. Określiła istotę problemu, dokonała wyboru najkorzystniejszej metodyki badań gwarantującej wiarygodne określenie wszystkich składowych niezbędnych do określenia szybkości grzebania węgla w bałtyckich osadach dennych. Następnie na podstawie badań laboratoryjnych oszacowała rzeczywisty strumień węgla organicznego sedymentującego do bałtyckich osadów dennych, strumień powrotny węgla z osadów do toni wodnej, szybkość grzebania węgla w bałtyckich osadach dennych oraz wartość eksportu CO 2 do atmosfery. Równolegle z pozytywną oceną pracy nasuwają się pewne pytania i uwagi: 1. Czym Autorka kierowała się wybierając miejsca poboru osadów dennych w poszczególnych rejonach Morza Bałtyckiego? Miejsce lokalizacji stacji badawczych ma decydujący, obok uŝywanych metod pomiarowych, wpływ na wyniki badań. 2. Na stronie 6 w opisie zakresu analiz powinno być: stęŝenia rozpuszczonego węgla organicznego zamiast: stęŝeni rozpuszczonego organicznego 3. Na stronie 12 (pkt 2.5) Autorka stwierdza: Ponadto jednym ze skutków bioturbacji jest wprowadzenie tlenu do osadów, co prowadzi do powstawania warunków beztlenowych Jak rozumieć to stwierdzenie? 4. Na stronie 17 powinno być: od wschodu na zachód

6 5. Na stronie 35, na rysunku 10.1 rozmieszczenie stacji badawczych na Głębi Gotlandzkiej, nie umieszczono stacji badawczych: IX, XVIII, XIX, XX, XXI. Równocześnie na rysunku 12 przedstawiono ponownie rozmieszczenie stacji badawczych na tej Głębi. Wystarczyło poprzestać na rysunku 10.1, zaznaczając na nim wszystkie stacje badawcze. 6. W rozdziale 4 (Metodyka badań) niepotrzebnie w tytułach podrozdziałów ; uŝywa się nazwy: Morza Bałtyckiego. Definitywnie praca dotyczy bałtyckich osadów dennych pobieranych z dna Morza Bałtyckiego i nie ma potrzeby tak częstego podkreślania tego faktu, tym bardziej, Ŝe podrozdział ma tytuł: Strumienie węgla w Morzu Bałtyckim 7. W rozdziale zatytułowanym Dyskusja, na stronie 96 trzykrotnie w ostatnim akapicie uŝyto nieprawidłowej jednostki absorpcji węgla przez morze, brakuje odniesienia do jednostki powierzchni - m Na stronie 106 mylnie podano ustaloną w wyniku badań wartość strumienia netto CO 2 do atmosfery (7,5), powinno być 7,6 g C m -1 rok W tabeli 18 na stronie 107 w kolumnie Rejon badań trzykrotnie jako jeden z rejonów podano: Bałtyk Właściwy + Zatoka Fińska + Zatoka Ryska. Jak naleŝy rozumieć taki opis mając na uwadze, iŝ Zatoka Ryska stanowi część Bałtyku Właściwego? 10. Wniosek dotyczący ilości węgla uwalnianego w wyniku procesów dekompozycji i mineralizacji niepotrzebnie zawiera informacje dotyczące metodyki badań. Moim zdaniem powinien być zredagowany w następujący sposób: W wyniku procesów dekompozycji i mineralizacji z osadów bałtyckich uwalnianych jest 0,742±0,111 Tg C rok -1, co stanowi 46% strumienia węgla deponowanego do osadów Przedstawione uwagi głównie natury formalnej i redakcyjnej nie wpływają na wysoką ocenę merytoryczną pracy.

7 Wniosek końcowy Rozprawa wnosi nowe wartości poznawcze, a jej wyniki poszerzają wiedzę w zakresie dotyczącym roli osadów dennych Morza Bałtyckiego w obiegu węgla oraz szybkości sedymentacji osadów, strumienia węgla do osadów dennych, strumienia węgla grzebanego oraz wielkości emisji węgla z Morza Bałtyckiego do atmosfery. Praca wskazuje, Ŝe mgr Aleksandra Szczepańska wykazała się umiejętnością syntezy doświadczeń naukowych innych badaczy, niezbędną do sformułowania i zrealizowania własnego celu badawczego, jakim było określenie szybkości grzebania węgla w bałtyckich osadach dennych na drodze oszacowania strumienia węgla organicznego sedymentującego do osadów dennych oraz strumienia powrotnego węgla z osadów do toni wodnej. Recenzowana rozprawa charakteryzuje się aktualnością tematu, oparta jest na nowoczesnej wiedzy, a jej wyniki mają znaczenie dla praktyki w dziedzinie nauk o Ziemi w zakresie oceanologii. NaleŜy podkreślić, Ŝe praca bazuje na bardzo obszernym, starannie dobranym materiale źródłowym, co świadczy o bardzo dobrym rozeznaniu Doktorantki w przedmiocie badań. Praca jest przygotowana pod względem edytorskim bardzo starannie. PrzedłoŜona do oceny rozprawa pt. Określenie szybkości odkładania (burial rates) węgla w bałtyckich osadach dennych spełnia wymagania Ustawy z dnia 14 marca 2003 roku o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (z późniejszymi zmianami - Ustawa z dnia 18 marca 2011 r. o zmianie ustawy Prawo o szkolnictwie wyŝszym, ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki oraz o zmianie niektórych innych ustaw). W związku z powyŝszym stawiam wniosek do Rady Naukowej Instytutu Oceanologii PAN w Sopocie o dopuszczenie Pani mgr Aleksandry Szczepańskiej do dalszych etapów postępowania przewodu doktorskiego. dr hab. inŝ. Wojciech Janczukowicz, prof. UWM