Rozvoj a inovace výuky ekologických oborů formou komplementárního propojení studijních programů Univerzity Palackého a Ostravské univerzity CZ.1.07/2.2.00/28.0149 Písčitá a bahnitá pobřeží
Literatura pro zájemce
Písčité a hrubozrnné pláže
Vývoj písčitých pobřeží/pláží během roku long, low waves sand sand rock summer beach (good weather) non-stable, gradually changing. Short, high waves Sand mound sand rock Winter beach (storms)
Terminologie pobřežních oblastí
Záliv Saint Florent, Korsika
Zonace písčitého pobřeží LITORÁL
Zonace organismů písčitých pláží
Zonace pobřeží
Ve srovnání se skalnatým pobřežím je obtížné detekovat zonaci a její příčiny na písčitých pobřežích
Život na písčitém pobřeží podél Atlantického oceánu I supratidální zóna, II supralitorální zóna, III litorální zóna, IV infralitorální zóna
Poloostrov Hel, Polsko Primární duna Moře
Primáry dune Secondary dune
pomořanka přímořská (Cakile maritima)
máčka přímořská (Eryngium maritimum)
Ammophila arenaria
Zdroje plážových písků Zbytky korálů, ulit a lastur mlžů... Micrscopic particles of the sand Dosud rozlišitelné zbytky
Příbřežní proud (Longshore current) Příbřežní proud je neustálým zdrojem klastického materiálu, který tvoří základ pobřeží. V případě přerušení transportu dochází k převládající erozi pobřeží!
Příbřežní proud Longshore current Longshore current is continual source of clastic material which form a shore base a podílí se na stavbě různých sedimentárních útvarů
Narušení příbřežního proudu vede k destrukci pobřeží V případě přerušení transportu písku nastává výrazná eroze pláží!!! Možné řešení problému
Zpětné proudy (rip currents) Nebezpečí především pro plavce, kteří jsou odnášeni proudem od pevniny na volné moře
Rip currents
Behaviour of waves in foreshore surf zone Changes is wave shape Water depth is < ½ of wave length When waves reach shallow waters and being in contact with a bottom, their speed and length is lowered while their height and steepness rise. As a consequence, wave is breaked.
Písčitá pobřeží Vztah mezi sklonem pláže, vlnami (výška, energie) a velikostí částic 1. Pro danou velikost částice sedimentu se vzrůstající výškou vlny jsou pláže více ploché 2. Pro danou výšku vlny se vzrůstající velikostí zrna jsou pláže strmější dissipative beaches - silná činnost vln, malý sklon, široká surf zóna vlny rozptýlí svoji energii; jemný písek (< 200 μm), bohatá intertidální fauna, zahrabaná v písku; rozpětí slapů je obvykle velké a při přílivu a odlivu je voda pumpována skrz písek obnova kyslíku reflective beaches - střední činnost vln, strmější sklon odráží vlny; částice sedimentu jsou hrubší někdy vzniká oblázková pláž s oblázky (4-64 mm), či valouny (64-256 mm), zavlažování strmějšího svahu není účinné, sediment při odlivu vysýchá mnohem rychleji
Wave height > 2.5 m Input of fine material Wave height < 1 m Input of coarse material (pebbles)
Airplane view Dissipative beaches Reflective beaches
Filtrační efekt pláží Během návratu vody dochází k filtraci a akumulaci organické hmoty Pláže s jemnějším sedimentem zachytávají mnohem více materiálu
Zasakování a filtrace vody
Srovnání fyzikálních podmínek jemnozrnných a hrubozrnných pláží
Model změn základních proměnných (energie vln, rozpětí slapů a velikost zrn písku), hladiny fyzikálního stresu indukované substrátem a zpětným splachem (swash) a druhové diverzity podél kontinua od mikrotidálních po makrotidální ultradisipativní písčité pláže
Tyrhénské moře, Sabaudia, Itálie březen 2013
Příklad disipativní pláže Baltické moře, Helský poloostrov, Polsko
Záliv Porto, Korsika
Příklad (semi)reflektivní pláže Záliv Porto, Korsika
Podmínky prostředí I Stabilní teplotní podmínky v hlubší vrstvě sedimentů
Podmínky prostředí II
Podmínky prostředí III Redox potential discontinuity (RPD) Absence světla Absence kyslíku Redukční podmínky Redukce prostoru
RPD Černé sulfidové bahno
Anaerobní sediment Změny ve složení druhů infauny (nahoře) ve vztahu k rostoucímu organickému zatížení a všeobecné změny počtu druhů, celkové biomasy a abundance (dole) Vysoký obsah org. látek Absence kyslíku
Jak přežít absenci kyslíku v sedimentech? Metabolismus mlže Solemya reidi v jeho norách (Z pobřeží USA) Energie získaná oxidací je využita symbiotickými baktériemi na žábrách k fixaci CO 2 a tvorbě organických látek, kterými mohou zásobovat mlže Pokud neventiluje, získává mlž z anoxického prostředí sedimentu sulfid HS - a organické látky; během ventilace naopak využívá kyslík k oxidaci sulfidu na sulfát SO 4 2-
Faktory limitující organismy pláží
Hrubozrnná pláž
Písčitá pláž
Vaty mělké přílivové pláně, obnažené při přílivu ostrov Sylt, Wadden Sea, Germany
JEUNGDO, KOREA
GANGHWADO, KOREA bahnitá pláž
Muddy sediment GANGHWADO, KOREA
Velikost substrátu a odpovídající zástupci organismů
Druhová bohatost ve vztahu ke sklonu pláží a velikosti zrn (v metrech) 1. Druhová bohatost bentické makrofauny se zvyšuje se vzrůstající jemností zrn sedimentu 2. Druhová bohatost bentické makrofauny se zvyšuje s plochostí pláže
Primární producenti pláží ano či ne? Vertikální profily povrchové části písku (nahoře) a bahna (dole) EPS a řasová vlákna spojují písková zrna i částice bahna dohromady a tím stabilizují substrát proti erozi
Filtrátoři (suspension feeders)
Emerita talpoida
Mya arenaria
Cerastoderma edule
Lanice conchilega
Konzumenti substrátu (Deposit feeders) Arenicola marina Head-down deposit feeders
Nepravidelná ježovka r. Echinocardium Živí se biofilmem na povrchu zrn sedimentu
Konzumenti substrátu (Deposit feeders) Surface browsers Co žerou? Detritus a biofilm Macoma balthica
Corophium volutator
Talitrus saltator Blešivec živící se zbytky vyvržených řas a chaluh
Cirkadiánní aktivita blešivce Talitrus saltator 1. Endogenní rytmus 2. Pohyb po pláži - orientace podle hvězd?
Hydrobia ulvae
Microbial stripping hypothesis Změny v poměru C:N během doby v přítomnosti a absenci baktérií Během kolonizace mikroorgnismy dochází k obohacování partikulovaného organického materiálu dusíkem zyýšení asimilační účinnosti požíračů detritu
Karnivoři jemnozrnných pláží
Bentičtí karnivoři Srovnání abundance makrofauny na bahnitém dně Wadden Sea s plochou uzavřenou pletivem o velikosti ok 1mmpo dobu 4 měsíců Abundance (n/0.1 m 2 ) Neoplocené dno Oplocené dno Hydrobia 2 10 Mya 0 87 Nereis sp. Cerastodema Spisula 7 0 1282 185 Tubificoides 820 3055 Pygospio 17 350 Spio 2 50 Polydora 0 532 Malacoceros 0 405 Tharyx 7 5322 Capitella 92 140 Hetermastus 240 222 Nephtys 2 5 Eteone 0 117 Epibentičtí karnivoři značně redukují denzitu a diverzitu infauny Corophium + 14 dalších druhů Celkem 0 0 1 189 490 87 12 339
Asterias rubens Carcinus maenas
JEUNGDO
MUIDO, KOREA
Potrava ptáků (Anglie)
Karnivoři - ptáci Dvě strategie lovu používané ptáky na bahnitých pobřežích Pecking and probing vs plower strategy
Hlavní tahy bahňáka Calidris canutus z jeho arktických hnízdišť na jižní zimovací místa Ve Wadden Sea (Evropa) zkonzumují ptáci téměř 17 % roční produkce bezobratlých
Vliv predace Wadden Sea 17 % roční produkce bezobratlých zkonzumují ptáci 17 % roční produkce bezobratlých zkonzumují ryby 10 % roční produkce bezobratlých zkonzumují krabi 7 % roční produkce bezobratlých je uloveno rybáři ve formě slávek a srdcovek = 57 % roční produkce je odstraněno
Komenzálové Callianassidae
What does it mean meiofauna? *benthic animals which can fit a mesh size of 1 mm and be retained on a mesh size of 42 mm (Mare 1942) wide diversity of habitats occur in freshwater and marine habitats, all kinds of sediments, from beach to deepest parts of oceans wide taxonomy diversity very high abundance
Proč je meiofauna zajímavá? influence primary production (Sundback et al., 1996) - grazing of bacteria living in sediment - facilitate energy and nutrient transfer to higher levels influence nutrient cycling through the sediment (Aller and Aller, 1992) make detritus available to macroconsumers food for higher trophic levels (Platt and Warwick, 1980) biological indicator of marine environment (Kennedy and Jacoby, 1997)
Meiobenthos 1) permanent: - Nematoda - Harpacticoida - Tardigrada - Gastrotricha 2) temporary: - Bivalvia - Insecta - Gastropoda
What influence on meiofauna distribution and composition? 1. Sediment properties - grain size - sorting - permeability and porosity - oxygenation (McLachlan et al.., 1981; Hulings et Gray, 1976) 2. Food supply (Elmgren, 1978; Cook et al., 2000) 3. others - temperature (Gray, 1965) - salinity (Andersen et Meadows, 1969)
Vertikální zonace intersticiálních živočichů v plážovém písku, Skandinávie Pokles diverzity a zmenšení těla
Charakteristika biologických složek písčitého litorálu (pláže u Sopot, Polsko, 1998-1999) Funkční skupina Počet druhů Hlavní zóna výskytu Mikrofytobentos (zejm. rozsivky) Meiofauna (zejm. Nematoda) Biomasa v plážovém sedimentu [g C m -2 ] Produkce v plážovém sedimentu [g C m -2.rok -1 ] Funkce 50 Horní 1 cm 5 55 Primární produkce, fixace uhlíku a živin 500? Horních 20 cm 0.15 2 Fragmentace org. hmoty, akcelerce mineralizace Baktérie, mikrohouby Makrofauna (zejm. korýši a měkkýši) Vrcholové trofické skupiny (zejm. ryby a bahňáci) > 1000? Horních 50 cm 1.4-10 100-700 Mineralizace org. hmoty, koloběh živin 20 Horních 5 cm 3 1 Fragmentace organické hmoty, spotřeba 10 V blízkosti písčitého povrchu dna 0.1 0.1 Spotřeba makrofauny, přenos energie do sublitorálu
Zástupci bentických bezobratlých písčitých pláží New England A,B,E - surface deposit feeders; C, D, H, I, J - burrowing deposit feeders; F,G,K - suspension feeders; L deep deposit feeder
Zástupci bentických bezobratlých bahnitých pláží New England B suspension feeder; A, D, H, I, J, L surface deposit feeders; C - burrowing omnivore; E, F, G, K - burrowing deposit feeders
Distribuce organismů jemných sedimentů Organismy písčitých pláží Epifauna bahnitých sedimentů Infauna bahnitých sedimentů
Abundance a biomasa bentických organismů na plážích Baltského moře v Polsku
Adaptace organismů I Schema cyklického pohybu rozsivek příbojové zóny mezi plováním ve vodě a přichycením na sediment Využití světelných podmínek pro fotosyntézu
Vertikální migrace fotosyntetizujících organismů za světlem Vertikální migrace fotosyntetických organismů v bahnitém substrátu Bičíkovec E. obtusa i rozsivka C. signata migrují směrem k povrchu substrátu během denního světla
Adaptace organismů II Teplota a vysýchání Ensis directus Mya arenaria Druhy žijící v přílivové zóně se zahrabávají hlouběji než druhy hlubší vody v sublitorálu
Swash riders Pohyb ovlivněný přílivem a odlivem Emerita Donax
Pohyb v písčitém a bahnitém sedimentu 1. Hydromechanický pohyb a ukotvení měkkých forem v sedimentu
Burrowing in clams and cockles. The foot does all the work. Th eclam first pushes its foot down through the sediemnt. Then the clam expands the end of the foot, which anchors the clam as it pulls its body dowb Burrowing in the lugworm (Arenicola sp.). (a) The worm expands the end of its body. The expanded end acts as an anchor and the rest pf th ebody is pulled along behind (white arrow). (b) The worm then flares its segments, which prevents it from sliding backward when it pushes its proboscis forward (blue arrow). As the process is repeated (c and d), the worm moves forward through the sediment.
Schema zahrabávání mlže do substrátu
Intersticiální fauna (meiobenthos, mesopsammon)
Gavún štíhlý (Leuresthes tenuis)
V letních měsících se gavúni třou 3-4 dny po maximálním skočném přílivu záruka, že jikry zakryje dostatečná vrstva písku. Z oplodněných jiker se 9 dní po tření vylíhne plůdek. Při následujícím skočném přílivu voda odplaví písek, rybí plůdek se vykulí z jiker. Smíšený typ dmutí
VLIVY KOMPETICE I Stratifikace mlžů v bahnitém substrátu Různě dlouhé sifony umožňují koexistenci většího množství druhů, ačkoliv jednotlivé druhy si mohou navzájem konkurovat o prostor
VLIVY KOMPETICE II Kompetice mezi blešivcem a plžem Počty blešivců jsou negativně korelované s počty plže
Potravní vztahy na plážích
Potravní vztahy Písčité pobřeží Bahnité pobřeží
Makroskopické potravní řetězce a tok uhlíku v několika odlišných plážových systémech J AFRIKA Bohatá fauna a komplexnější potravní řetězce
Tok energie a potravní vztahy Hlavním producentem jsou rozsivky v příbojové zóně; pouze malá část této produkce je konzumována přímo (cca 7 %). Zbytek tvoří zásobu POC+ DOC, která je zdrojem potravy pro intersticiální faunu a dále pro mikrobiální smyčku baktérie a bičíkovci mohou být dále konzumováni bentickými filtrátory (Donax apod.) Středně disipativní pláž, J Afrika
Hypotetická potravní síť, dokumentující možné propojení mezi meiofaunou a makrofaunou
Ohrožení pláží Těžba materiálu (písku) Protierozní stavby Eutrofizace Rozvoj turismu
Vliv protierozních staveb na stabilitu pobřeží
Vliv staveb na usazování/erozi pláží
Výskyt blešivce Talitrus saltator na baltickém pobřeží Polska v letech 1950-70 (nahoře) a v létě 1997 (dole) Ve srovnání s obdobím 1950-70 byl v roce 1997 zjištěn T. saltator pouze na 44 % původních lokalit Na všech lokalitách rapidně poklesla jeho denzita (ze 150 j./m 2 na méně než 20 j./m 2 v roce 1997)
Sabaudia, Itálie - pobřeží Tyrhénského moře, březen 2013
Sabaudia, Itálie - pobřeží Tyrhénského moře, březen 2013
Sabaudia, Itálie - pobřeží Tyrhénského moře, březen 2013
Sabaudia, Itálie - pobřeží Tyrhénského moře, březen 2013
MUIDO, KOREA
MUIDO, KOREA
Bretaň, Francie - 2008
Bretaň, Francie - 2008