Environmental changes in biodiversity hotspot ecosystems of
South Ecuador: RESPonse and feedback effECTs (FOR2730)

Abstract:

Saharan dust outbreaks occur regularly and huge amounts of this mineral dust are able to cross the Atlantic where it is then washed out over the humid Amazon Basin and hence provides the ecosystem with nutrients. Interannual elevation of base metal deposition (K, Mg and Ca) in an Amazonian montane rain forest in Ecuador was observed between 1998 and 2004 and strong evidence was shown that much of these base metals are deriving from the Sahara during La Niña events, when more days than usually with dry spells are given over the Amazon Basin. However, so far no direct proof for a Saharan dust input beyond the Amazon Basin has been obtained. Therefore, in this study data of trace elements, rare earth elements (REE) and Pb, Sr & Nd isotopes are presented from dust samples collected in a rain forest on the eastern Andean cordillera in south Ecuador in order to identify its provenance with a geochemical approach. In advance, periods of possible Saharan dust inputs were identified on basis of elevated base metal concentration in the rainfall samples, backward trajectories coming from the west and days with a dry spell over Brazil. The results of this study support the hypothesis that Saharan dust transport to the eastern Andean cordillera in south Ecuador occurs during la Niña events. During our study period Saharan dust inputs were identified with a high likelihood at least on two days. However, there are indications that Saharan dust inputs also occurred on several more days. Thus, Sahara dust fertilizes the tropical montane rain forest on the eastern cordillera of the Andes.

Abstract:

Staub aus der Wüste Sahara wird mit Unterstützung geeigneter Windysteme über tausende von Kilometern bis nach Südamerika transportiert. Die mit dem Staub transportierten wichtigen Pflanzennährstoffe erreichen aber nicht nur die Amazonasregion, sondern gelangen bis in den ecuadorianischen Bergregenwald. Diese Regenwälder gelten als besonders artenreich. Es ist deshalb wichtig den Einfluss von Elementeinträgen auf diese Ökosysteme zu verstehen. Die Arbeit untersucht Windrichtung und Niederschlagsbedingungen über Brasilien und vergleicht diese mit in Ecuador gemessenen pHWerten des Regenwassers. Die Niederschlagsdaten stammen von 30 verschiedenen, meteorologischen Messstationen. Diese Daten werden in Sektoren zusammengefasst, die die tägliche Transportdistanz der Staubpartikel widerspiegeln. Die Dauer des Partikeltransports wird aus einer Trajektorienanalyse abgeleitet, die auch Informationen zu geeigneten Windbewegungen liefert. Ob Einträge stattfinden oder nicht zeigen pH-Werte im Regenwasser, die einen definierten Grenzwert erreichen bzw. nicht erreichen. Die Untersuchungsperiode dauert vom März bis Juli 2011. Die Annahme, dass erhöhte pHWerte gleichzeitig mit Trockenkorridoren und geeigneten Windrichtungen auftreten, die einen Saharastaubtransport ermöglichen, wurde teilweise bestätigt. Von den 4 Phasen mit pH-Werten über 6.5 korrelieren alle mit einem optimalen Luftpartikeltransport. 2 Zeitabschnitte verfügen ebenfalls über die seltenen Trockenkorridore (für 5-tägige Transportdauer: weniger oder gleich 10mm/d/Sektor). Für 2 Phasen mit erhöhten pH-Werten fehlen entsprechende Abschnitte mit geringem Niederschlag. Diese Schwankungen können durch Einträge von weiteren Staubquellen wie erhöhte Waldbrandaktivität oder vulkanische Ereignisse ausgelöst werden. Ein realistischeres Szenario ist jedoch von Staubeinträgen auszugehen, die aufgrund zu strenger Kriterien bei der Auswahl der Trajektorien oder der Bestimmung von Trockenkorridoren nicht detektiert werden. Zeitabschnitte mit Trockenkorridoren und geeigneten Windbewegungen, ohne Auswirkungen auf den pH, treten ebenfalls auf. Eine Erklärung wird in der reduzierten Staubproduktion des Tschadgebiets im Sommer und im möglichen Ausregnen des Staubes vor Erreichen des Brasilianischen Staatsgebiets gefunden.