Saline Systems, 2006; 2: 8-8 (más artículos en esta revista)

Un físico-químicas encuesta de lagos y estanques salinos: Christmas Island (Kiritimati) y Washington (Teraina), Islas, la República de Kiribati

BioMed Central
Casey Saenger (csaenger@mit.edu) [1], Michael Miller (millermc@email.uc.edu) [2], Rienk H Smittenberg (smitten@u.washington.edu) [1], Julian P Sachs (jsachs @ u.washington.edu) [1]
[1] Instituto de Tecnología de Massachusetts, Departamento de la Tierra y la Atmósfera Ciencias planetarias, 77 Massachusetts Avenue, Edificio E34-205, Cambridge, MA 02139, EE.UU.
[2] Universidad de Cincinnati, Departamento de Biología, Cincinnati, OH 45221, EE.UU.
[3] Universidad de Washington, Facultad de Oceanografía, Box 355351, Seattle, WA 98195, EE.UU.

Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0], que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original es debidamente citados.

Resumen

El Océano Pacífico ecuatorial atolón de las islas y Kiritimati Teraina abarcar gran físicas, químicas y biológicas dentro de la extrema variabilidad de ambientes lacustres. Encuestas lago de la química y en los sedimentos revelaron tanto intra como entre las islas variabilidad. Un estudio de más de 100 lagos en Kiritimati encontraron salinidades de nuevo a casi 150 ppt con los valores más altos se produzcan dentro de los aislados, partes del interior de la isla lejos de la influencia de las aguas subterráneas o las mareas extremas. Oxígeno disuelto (OD) y valores de pH también mostró una considerable variabilidad con menos regular patrón espacial, pero ambos fueron en general inversamente relacionada con la salinidad. Serie de lagos, progresivamente más aisladas de los marinos de comunicación, presente un moderno analógica a la química y la evolución morfológica de las cuencas actualmente aisladas. Sedimentos en ambas islas consisten en intercalaciones de color rojo y verde limo, la degradación bacteriana posiblemente estera, superpuestos de color blanco, mineralogenic limo precipitado. La variabilidad puede ser indicativo de los cambios en los parámetros climatológicos como El Niño Oscilación Sur (ENOS) o el Pacífico zona de convergencia intertropical (ITCZ).

Fondo

El Pacífico ecuatorial atolón coralino lagos y lagunas de Kiritimati (Navidad) y Teraina (Washington), Islas, la República de Kiribati (Figura 1], poseen una gran variedad de ambientes lacustres de frescas a hipersalinos en el que una serie de condiciones tropicales limnologic puede examinarse dentro de una pequeña área geográfica. Investigaciones anteriores se han centrado en lacustre geoquímica [1, 2], sedimentología [3], la evolución geológica [4 - 6] y el potencial comercial [7, 8]. La salinidad superficial en ambientes hipersalinos lacustre es extremadamente sensible a los cambios climáticos que influyen en las concentraciones de sal a través de cambios en las precipitaciones menos evaporación equilibrio, y la variabilidad hidrológica de Kiritimati Teraina y lagos se ha atribuido a El Niño Oscilación Sur (ENOS) [1]. El Niño-La Niña es la mayor interanual alteración del moderno sistema climático, pero los mecanismos que impulsan su variabilidad siendo difícil debido a lo limitado de datos de seguimiento [9]. Long proxy registros lacustres de la hidrología tienen el potencial de dilucidar el comportamiento de El Niño-La Niña a lo largo del centenario milenaria plazos de tiempo, sino que es necesaria una línea de base de la moderna contra la variabilidad del pasado que los cambios se pueden comparar. Una extensa descripción de los lagos de Kiritimati y Teraina que amplía labor anterior es indispensable para definir más completamente esta variabilidad de referencia.

Se presentan los datos que describen la variabilidad hidrológica de Kiritimati Teraina y lagos en junio y julio de 2005. Porque en torno a la geología interna y la sedimentación lacustre influye en la hidrología, y debido a la salinidad de un lago pueden alterar el oxígeno disuelto y la actividad biológica, nuestra encuesta considera químicas (salinidad, oxígeno disuelto, pH), biológicos (bacterias mat) y geológicos (márgenes de la costa, lago sedimentos) la variabilidad. Esta encuesta incluye frescos (0 ppt), hyposaline (<20 ppm), mesosaline (20-50 ppt) y hipersalinos (> 50 ppt) lagos [10] (Figura 2], y amplía considerablemente el espacial y temporal de cobertura lacustre Kiritimati en la vigilancia y Teraina.

Configuración regional

Kiritimati (1 ° 52'N, 157 ° 20'W) y Teraina (3 ° 51'N, 159 ° 22'W), Islas están escasamente pobladas atolones de coral separados por ~ 300 km dentro del sureste-noroeste tendencias del Norte Islas de Línea la República de Kiribati (Figura 1]. Kiritimati es el más grande atolón coralino en el mundo con una superficie de ~ 360 km 2. La isla posee un clima seco de manera uniforme, y la precipitación anual promedio de 1947-1991 de 869 mm [6] (Figura 3], con una perspectiva a largo plazo neto de precipitaciones menos evaporación valor de -2 mm / día [11]. A pesar de este clima de evaporación, planteó varias secciones de la isla son subyacente de las aguas subterráneas lentes [12]. Los sedimentos de la isla son predominantemente calcáreos y casi vacío de cualquier minerales de silicato.

Aproximadamente una cuarta parte de Kiritimati la superficie está cubierta por lagos hipersalinos, algunos de los cuales se conectan a una gran laguna (190 km 2) en el noroeste a través de un intrincado sistema de canales (Figura 4]. Esta configuración fue causado por el aislamiento de agua de mar después de una mitad del Holoceno el nivel del mar highstand [4, 6], moderna y lagos representan las cuencas de evaporación de agua de mar atrapados [1]. La vegetación que rodea los lagos se compone de los manglares Rhizophora mucronata, el escalador parasitarias Cassytha filiformis, la hierba Lepturus repens, y la ironwood Pemphis acidula. Otros biota incluye el cangrejo de tierra Gecarcoidea natalis, el camarón de salmuera Artemia y de vez en cuando el Chanos chanos chanos.

En contraste con Kiritimati, Teraina es significativamente menor (14,2 km 2), con una forma oval ocupado por un gran lago de agua dulce y un pequeño pantano en el oeste (Figura 4]. Teraina lago de agua dulce es raro en el atolón de las islas, y se mantiene por el alto promedio anual de precipitaciones de 2903 mm [11] (Figura 3]. Lago de agua no es estratificado, pero es turbia con altas concentraciones de algas flotantes cuestión que se instala para formar una capa sedimentaria orgánica por encima de un arrecife parche remanente [5]. A nivel local informó de las especies de peces de agua dulce incluyen una trevally (Caranx sp.), Tilapia (Oreochromis sp.), El agua dulce de anguila (Anguilla Marmorata) y de agua dulce chanos (Chanos chanos). La vegetación es diversa, pero está dominada por Pisonia forestal, mientras que los sedimentos generalmente consisten de orgánicos, fosfatados turba superpuestos a las arenas de coral [5].

Ambos Kiritimati Teraina y están fuertemente influenciadas por la variabilidad del ENOS, tal como se define por el Índice de Oscilación Sur (SOI), que mide la diferencia de presión entre Darwin, Australia y Tahití. Una negativa SOI anomalía ocurre durante el fenómeno de El Niño, y se caracteriza por el aumento de la precipitación en ambas islas (Figura 3]. El Kiritimati, el fuerte de El Niño, de 1983, el aumento de la precipitación menos evaporación relación a +5 mm / día, y la disminución de salinidad del lago de 62-90% [1, 13]. Lluvias intensas causaron lago estratificación y un ~ 30 ° C inferior a aumentar la temperatura del agua, así como la disolución de CaCO 3 [1]. Por otra parte, un fuerte El Niño puede aumentar el típico micro-mareas gama de inducción del nivel del mar variaciones de 30-40 cm [12]. Los registros son sparser para Teraina, pero las precipitaciones registros indican los episodios de El Niño Mayo casi el doble de precipitaciones anuales a más de 5000 mm / año (Figura 3].

Resultados

Las condiciones físicas y químicas de los lagos son en gran medida por el equilibrio hidrológico de base de los insumos (es decir, las precipitaciones, aguas, el océano overwash) y salidas (es decir, la evaporación, filtración de aguas subterráneas), así como la cuenca morfometría, en torno a la geología, la actividad biológica y el clima . Las diferencias en estas condiciones conducen a cambios en la salinidad, pH, DO y otros parámetros, y las variaciones observadas se describen a continuación.

Kiritimati
Salinidad

Lagos variada en la salinidad de fresco a 150 ppm con una amplia gama de valores intermedios (Figura 5; archivo adicional 1]. Los lagos de Kiritimati en general, estaban separados en dos categorías: los que formaban parte de una serie conectado, en última instancia en la comunicación con la principal laguna, y los que fueron aislados. Lagos en la comunicación con la laguna, a menudo poseen mucho menor salinidad similar al agua de mar. En algunos casos esta tendencia disminuyó con la distancia de la laguna, y algunos lagos conectados a la laguna a través de numerosas cuencas intermedias logrado hypersalinity. Por ejemplo, interconectados F-serie de lagos (Figura 4, F1a a través de F7) el aumento de la salinidad de casi el 80 ppt hacia el centro de la isla. Esta serie de lagos por lo tanto, representa una instantánea de la evolución de la laguna de cuenca aislados como la isla emergió del mar. Las excepciones a esta tendencia existe, y lagos en una misma serie, tales como lagos 152, 153 y 154 no mostraron aumento de la salinidad.

Lagos aislados tenían más probabilidades de ser hipersalinos y puede exhibir salinidades por encima de 150 ppm. Cuencas internas expuestas las más altas salinidades, con valores cayendo al oeste hacia la laguna y hacia la costa oriental de la isla. La salinidad en general, las reducciones fueron lo suficientemente pequeño como para mantener hypersalinity (por ejemplo, lagos 108, 110, 125), pero los lagos en el este-central de la costa (por ejemplo, lakes107, 139, 168, 169) se redujo más significativamente a entre 14 y 45 ppt.

Las variaciones con la profundidad fueron en general pequeñas. No salinidad estratificación se observó a través de los 6 m columna de agua del lago F6, o los 1,5 m de profundidad del lago 120, y los valores en ambas cuencas variado de menos de 1 ppm. Lago 180 es la única cuenca y estratificado mostró un gradiente de salinidad inversa con 138 ppt las aguas de superficie subyacente de 124 ppt agua a 80 cm. Esta relación inversa es particularmente inusual dada la positiva del lago de estratificación térmica (32 ° C en la superficie, 37 ° C a 80 cm). Los instrumentos están bien calibrados, cuando estos datos se recogieron, y las mediciones fueron replicados para confirmar estos resultados inusuales.

De vez en cuando, influenciado antropógenas alteración de salinidad del lago artificial, ya sea crear o destruir las conexiones con otras cuencas. Lagos 174 y 177, una vez que la misma cuenca, fueron separados por un hecho por el hombre de dos metros berma, y un canal había sido construido para conectar lago 177 a la laguna a través de lago 176. Estas alteraciones fueron acompañadas por una salinidad de 46 ppt en el lago 177 frente a 132 ppm en el lago 174. El canal al lago 176 y la laguna también redujo la salinidad de los lagos 179 y 181 (81 y 85 ppm respectivamente) en relación con lago adyacente 180 (138 ppt). Por el contrario, la construcción de una carretera entre lagos 175 (103 ppm) y 176 (45 ppt) probable aumento de la salinidad diferencia entre las cuencas. Dado que el impacto humano sólo ha existido en las últimas décadas, la influencia de estas alteraciones se indican los lagos de Kiritimati son sensibles a cambios morfológicos, y puede responder más de decenios o escalas de tiempo más corto. Curiosamente, la serie de lagos 172 (119 ppm), 173 (109 ppm) y 175 (103 ppt) han mantenido un creciente hacia el interior gradiente de salinidad similar a la de la serie F-lagos a pesar de haber sido aislado de la laguna principal.

pH

Al igual que en otras cuencas hipersalinos, los lagos de Kiritimati en general básica, y había valores de pH oscilan entre 7 a 10,5 con la mayoría de los valores entre 7,5 y 8,5 (Figura 6; archivo adicional 1]. Una débil correlación negativa (r = -0,38) entre el pH y la salinidad con más salina cuencas normalmente con menores valores de pH más fresca y lagos que tengan más básicos aguas. Los valores de pH más alto se produjo en general en las pequeñas cuencas superficiales que no exceda de un metro de profundidad del agua, como lagos 119, 169 y 171.

Variable valores de pH existido tanto espacial como temporalmente, y las mediciones realizadas a pocos metros de separación o de horas mostró una significativa offset. Este fue el caso de los lagos 168 y 169, que fueron separados por decenas de metros, pero mostraron un pH diferencia de cerca de 1,5. Similares grados de variabilidad se observó en los plazos corto, y el pH del lago 101 se registraron como 7,6 y 8,4 en días sucesivos sin un cambio observado en la salinidad. Curiosamente, una tercera encuesta del lago dos semanas más tarde, e inmediatamente después de una lluvia, mostró la salinidad ha aumentado a 102 ppm, pero con una insignificante disminución del pH de 8,3. Laguna de aguas, lagos y en estrecha comunicación con ellos, exhiben relativamente estables los valores de pH ligeramente más alto que el agua de mar, generalmente entre 8,2 y 8,3. PH la variabilidad no se observó con la profundidad en ninguno de los dos lagos F6 o 120.

Las diferencias en la forma y la cuenca de los cambios resultantes en circulación y la química mostró pH la variabilidad en consonancia con una relación inversa con la salinidad. El descenso de la salinidad de los lagos entre 174 y 177 corresponde a un aumento de pH de 7,9 en el lago 174 a 8,2 en el lago 177. Lagos con estructuras antropogénicas (por ejemplo, lago 126) tuvo valores de pH 0.4-0.6 superior a los lagos adyacentes, lo que sugiere cambios físicos en la morfometría podría influir en el pH.

Oxígeno disuelto

DO valores, medidos en el lago en los fondos someros (~ 20 cm) cerca de agua, varió de 0,61 a 9,46 mg L -1 en términos absolutos, y de 17,6 a 190,0% en términos del porcentaje de saturación. Lagos exhibió una considerable variabilidad espacial y temporal (de ficheros adicionales 1, Figura 7], si bien las mediciones no fueron tomadas en un modelo uniforme hora del día. En general, los aislados lagos hipersalinos poseía hipóxico DO valores de ~ 2-3.5 mg L -1 y ~ 35 a 70% de saturación, mientras más pequeñas, las cuencas fueron más propensos a tener elevados HACER superior a 6 mg L -1 y supersaturated valores. La disminución de ver con profundidad sugerido algunos químicos estratificación y los valores se redujo de 2,5 mg L -1 y 63,9% de saturación en la superficie, a 2,1 mg L -1 y 52,1% de saturación a los 6 m.

En general, los pequeños, lagos con alto superficie a volumen ratios había supersaturated DO valores, lo que sugiere que la producción fotosintética mat respiración y tuvo una gran influencia en el lago DO. Por el contrario, la presencia de peces en muchos lagos y las posibilidades de una mayor respiración parece desempeñar un papel menor, pero no fotosintéticos biológico influencia en DO no puede descartarse. ¡Alto valores eran evidentes cerca de los pequeños pueblos de la isla, donde era probable la eutrofización, los lagos y 150-154, y 156, bordeando el asentamiento de Banana, había cerca de supersaturated saturados o valores superiores a 6 mg L -1. Lagos 118-120, lejos de los asentamientos, mostraron bajos valores DO (1,0, 2,1 y 0,9 mg L -1; 19,2, 35,4 y 19,6% respectivamente) al igual que los sitios F1a y F1b en la laguna principal (1,6 mg L -1 y 26-27.7% de saturación).

Sedimentos y tapetes bacterianos

Los sedimentos superficiales de muchos lagos (archivos adicionales 1 y 2] consistió exclusivamente de tapetes bacterianos gelatinosa, una característica común de los estanques hipersalinos. Mats variado en cuanto al grosor de una fina chapa de unos cuantos milímetros, a casi medio metro. Sharp cromática estratificación en esteras era común con las regiones de minerales que forman precipitado a menudo entre las capas (Figura 8], y 128 lago poseía un único rosa bacteriana con una secuencia superpuestos a 10 cm de espesor halita pavimento. Mat capas fueron en general subyacente de blanco y rosa, carbonato o yeso precipitado halita, variada y de muy fina arcilla y limo del tamaño de las partículas gruesas a las arenas, y Platy agregados de minerales, coral o conchas escombros. Estos minerales son secuencias más amplias que las mat entre capas, llegando a espesores de más de un metro, y la hipótesis de que se derivan de authigenic precipitación, posiblemente relacionadas con El Niño-La Niña de los cambios inducidos en el lago química [3].

Anterior mat capas se incorporaron los sedimentos subyacentes en toda la parte superior bacteriana estera, y se produjo como rojo, verde o marrón sub-milímetro laminaciones (Figura 9]. Laminada secuencias podría ampliar continuamente desde la superficie o se producen más periódicamente, separados por granel mineral-mat amalgamas. Lotes de secciones variadas en color y textura depende de la proporción relativa de tatami para los granos minerales. Una tendencia general hacia el tamaño de grano más fino con la profundidad fue evidente en la mayoría de los núcleos, y esta tendencia terminó en muy fina de color blanco, libre de silicato, carbonato básico rezuma a fondo. Total de sedimentos profundidades variaron mucho de unos pocos centímetros a 5 metros, y terminó en una capa impenetrable, posiblemente causado por un coral o hardpan sótano.

Algunas tendencias eran evidentes entre las cuencas de morfometría y la geografía o próximas a la costa las características del sedimento. Por ejemplo, los grandes lagos con playas de coral duro, tales como lagos 1, 10, 11 y 12 que poseen a menudo poco bacteriana estera cubierta y muy delgado secuencias de sedimentos, mientras que las pequeñas cuencas someras como 101 y 113 exhibidos la gruesa alfombra de capas bacterianas y secuencias sedimentarias superior a 150 cm. Menos salina cuencas en estrecha comunicación con la laguna típicamente poseen superficie de sedimentos dominado por el cemento con cáscara muy poco de grano fino material, y el fondo de estos lagos están cubiertos por una fina capa de algas verdes. Por el contrario, las cuencas salinas más lejano en contacto con la laguna, como lagos F4, F5 y F6, posee secuencias gruesas de fino blanco mineralogenic limo. Aunque ausente de la mayoría de las cuencas, la materia fecal de las poblaciones de peces en el lago conducir a 120 muy flocculated superficie sedimentos.

Las actividades antropogénicas alterado los sedimentos superficiales de lagos seleccionar a través de la creación de infraestructuras y el desarrollo de la acuicultura. En el lago 126, metal juego restante de los intentos de la cultura de pescado, probablemente contribuyó a la gris, en lugar de blanco-color rosa de los sedimentos, así como las inusualmente gruesa secuencia de verde alfombra bacteriana. Del mismo modo, la alteración de la circulación y la química de los lagos 174, 176 y 177 antes descritas probablemente la única de color amarillo-verde de algas película de 177 lago superficie sedimentos. Los sedimentos en los lagos artificiales 167, 168 y 171 son a menudo ricos en fecies de pescado flocculated y algas verdes y puede verse influida por la ocurrencia común de cerca de desechos de metal.

Teraina

Teraina no posee los numerosos lagos de Kiritimati, pero una gran turba en el centro occidental de la isla (Western turba), un gran central de agua dulce del lago (Lago Washington), y un canal que conecta la laguna con el mar se encuestados (de ficheros adicionales 3].

Márgenes del Lago

Los márgenes que rodean tanto el occidental turba, y el lago Washington fueron muy nula vegetación y sedimentos de playa. Palma de coco densa selva abruptamente dio paso a las turberas y lagos entornos, y derrocado palma de la mano sobre la orilla del lago Washington causado la erosión y relleno de la cuenca. Marsh y turba entornos estuvieron presentes a lo largo de la orilla occidental del lago Washington y exhibió una menos brusca transición de selva a la superficie del lago. El lago consta de sótano y Acropora Tridacna dominado paleo-arrecife, que tiene una fuerte semejanza con el sub-aérea arrecife de la costa Kiritimati.

Salinidad

La salinidad del lago, tanto en Washington y el canal no superior a 0,22 ppt, estratificación y no se observó en el lago a través de un período de tres metros de profundidad gama. La salinidad en el canal fue ligeramente inferior a la del lago Washington, lo que sugiere un modo de transporte de agua del lago sin una corriente de agua marina. Esto es coherente con la presión de cabeza que deben ser el resultado de Lake Washington está sobre el nivel del mar.

pH

Lake Washington fue ligeramente básicos, y las variaciones de menos de 0,05 unidades de pH reforzado la ausencia de estratificación. pH disminuyó de 8,4 a 8,1 entre dos días debido a las fuertes lluvias, la medición de 64 mm en 12 horas. El uniforme cambio de pH más bajos sugirió pH del agua de lluvia fue incorporado rápidamente en todo el lago Washington, y mezclado por completo en los plazos por hora.

Oxígeno disuelto

Oxígeno disuelto fue relativamente constante, y los valores oscilaron entre 6,5 y 7,5 mg L -1 con la excepción de una porción del canal que mide 4,7 mg L -1. No tendencia se observó a través de los 3 metros de profundidad del lago Washington, y una ligera disminución de DO de 0,9 mg L -1 fue seguida al día siguiente por un mediados de profundidad (1,4 m) aumento de ~ 0,25 mg L -1. La obtención de grandes y poca profundidad del lago crea un entorno más hospitalario para ambos oxic fotosintética y la producción primaria, y la ausencia de estratificación sugiere viento impulsado por la mezcla puede ser un factor importante en el lago Washington bajo la DO variabilidad.

Sedimentos

Los sedimentos superficiales de la turbera Occidental fueron orgánica y ricos en general, disminuyó reconocible en el material vegetal que amorfa la materia orgánica con la profundidad hasta que un duro, impenetrable superficie se llegó a ~ 50-70 cm. Una espesa secuencia de sedimentos, llegando hasta nueve metros estuvo presente en el lago Washington y de ~ 50 cm flocculated verde orgánicos ricos sedimentos suprayacentes ~ 500 cm de flocculated rojo materia orgánica, subyace de una secuencia de multa de arcilla limosa de color blanco (de ficheros adicionales 2] . White pellets fecales fueron presentes a lo largo de la parte superior verde y rojo secuencias orgánicas, y un fuerte olor a sulfuro euxinia indicó.

Discusión

Los lagos salinos de Kiritimati muestran notable variabilidad, y debido a la geología local, menos evaporación y la precipitación son relativamente uniforme en toda la isla, que es el principal factor que influye en la salinidad de distribución es probable ubicación. El aumento de salinidad en la aislada isla central de la región sugiere menos frecuentes inundaciones marinas, y, por tanto, un período más largo de la evaporación y concentración de salmuera. El nivel del mar puede aumentar en casi medio metro durante los años de El Niño [12], y es probable que durante estos períodos muchos otros aislados cuencas conectadas entre sí y se mezcla con la laguna, efectivamente restablecer su concentración de la salinidad por evaporación. La altitud ligeramente superior hacia el interior de las cuencas puede proteger de las gamas más altas mareas causan menos frecuente relación con la laguna y un mayor grado de concentración de salmuera. Si la evaporación es rápida, un temporal de estratificación térmica positiva, al igual que el lago de 180, pueden desarrollar debido a una mayor refrigeración por evaporación superficiales.

La permeabilidad del fondo del lago también puede regir en parte la variabilidad de salinidad. Lentes de agua dulce subterránea están presentes en la zona oriental y el suroeste de Kiritimati, tal como se indica por la presencia de manantiales de agua dulce más grande de palma y las poblaciones. Subterráneo conexiones entre estos acuíferos y lagos es probable dada la permeabilidad de los sedimentos de carbonato de atolón, y el menor hypersalinity o incluso mesosalinity de algunas cuencas puede ser causada por su proximidad al agua potable subterránea. Superior salinidad también pueden ser el resultado de la reducción de la permeabilidad lago inferior, y al cierre debido a mat crecimiento bacteriano se ha observado en otros lagos hipersalinos [14].

La variabilidad en la DO es probable vinculada a los efectos combinados de salinidad, cuenca morfometría, diario del tiempo de muestreo, la carga de nutrientes y la simbiosis bacteriana mat. Hypersalinity se sabe que inhiben parcialmente la fotosíntesis [15] y, por tanto, la producción de oxígeno, lo que puede ser importante dada la amplia gama de salinidad presentes. Además, la microflora diversidad probable aumento a menor salinidad, lo que influye fuertemente en la tasa de fotosíntesis [16]. Habida cuenta de la disminución de ver con profundidad en Kiritimati, superficie a ratios de volumen puede ser significativo más profundo con las cuencas que tengan mayor volumen a la zona fótica ratios, y posiblemente ya veces la mezcla. Natural do variabilidad probable también que sigue un radiativamente-forzado ciclo diurno de la producción (Cuadro 1]. Dado que hacer era no se mide a un tiempo, una parte de lo observado representa naturales variaciones diarias. Por otra parte, cianobacterias photoautotrophs han demostrado ser de nitrógeno limitada [17], lo que sugiere mayores concentraciones de nutrientes cerca de los asentamientos pueden conducir a una mayor producción fotosintética, y, por tanto, observó la mayor DO valores. Repiratory o químicas de oxidación de H 2 S también puede haber sido responsable de supersaturation en lagos con un bajo volumen de agua a la zona inferior ratios. Una última fuente de variabilidad se debe a la compleja interconexión entre la producción primaria y la respiración de bacterias dentro de esteras. Capas de Kiritimati mat comunidades son grupos distintos con superficie superior capas que consisten principalmente en la vaina de los pigmentos que absorben longitudes de onda 350-450 nm, y mostrando capas más profundas de los pigmentos característicos anóxica morado y verde bacterias [18, 19]. Estas comunidades son probablemente los consorcios, una característica que permite el ciclo de los nutrientes potencialmente limitante y que a menudo formas poco espaciados micro-nichos [20, 21]. Complejo simbiosis existe con respecto a la utilización de oxígeno en los tapetes bacterianos con las regiones de consumo de oxígeno y la producción sabe que se producen en estrecha proximidad [22]. Tal acoplamiento apretado estas comunidades hace especialmente susceptibles a las pequeñas perturbaciones ambientales, y pueden ser responsables, al menos en parte, por las amplias variaciones observadas en el lago DO.

Ambos compuestos inorgánicos y los procesos biológicos influyen en la tendencia de las cuencas más salina para tener valores de pH más bajos. Como producto de evaporación, calcita, yeso, halita y diversos cloruros se precipitan en ese orden, y la mayoría de los lagos hipersalinos probable exposición pérdidas de Ca 2 +, Na +, K + y como magnesio se convierte en el catión dominante [23]. Alto carbonato de deposición se sabe que se producen en Kiritimati en relación con otras salinas de evaporación, posiblemente a causa de cianobacterias organomineralization [3]. Calcita reduce la precipitación de carbonato de agua del lago de iones (CO 3 2 -) las concentraciones, que elimina la alcalinidad, reduce la fuerza de amortiguación de carbonato y disminuye el pH lago. Un mecanismo similar explica probable aumento de la acidez de las condiciones en otras cuencas Evaporita con salinidades superiores a 80 ppm [24]. El potencial de reducción de las tasas de fotosíntesis a mayor salinidad se ha señalado anteriormente también pueden explicar en parte la relación inversa entre la salinidad y pH. Todos los demás factores en igualdad de condiciones, la reducción de las tasas de fotosíntesis eliminaría menos acuosa de dióxido de carbono de agua del lago, dejando así una mayor concentración de ácido carbónico. Esto es coherente con la débil correlación positiva entre el pH y DO que cabría esperar de la dependencia de estera fotosíntesis y la respiración. Producción en la parte inferior de las secuencias de estera, donde H 2 S, no s H O es el terminal receptor de electrones, también puede influir en el pH debido a la producción de SO 4 2 - S elemental o en lugar de oxígeno.

Al comparar nuestras observaciones con las anteriores cuentas lacustre de la variabilidad da una idea de más largo plazo la variabilidad de salinidad y su relación con el clima (Cuadro 2]. Valencia [4] informes de 131 lagos y 13 a tener salinidades por encima de 300 ppm durante la primavera y el otoño de 1970, más del doble de los 130 y 117 ppt valores medidos en este estudio. Del mismo modo, mesosaline (36-41 ppt) en lugar de frescos manantiales se informó a entrar en los lagos hipersalinos del interior en 1970, lo que sugiere más salina de aguas subterráneas y condiciones más secas [4]. En el fuerte de El Niño año de 1983, Schoonmaker [1], se ha encontrado salinidad de superficie significativamente más bajos en 2005 a más valores (por ejemplo, 40,5, 55 y 41 ppm en los lagos 2, 3 y 5, respectivamente), pero a menudo comparable a ~ 2 m (164 y 102 en lagos 3 y 5, respectivamente). Si bien algunas de variabilidad puede deberse a las fluctuaciones naturales de temporada, el patrón observado sugiere condiciones similares a los observados en 2005 antes de que persisten relacionados con El Niño superficiales refrescar. Superficie salinidad en 1984 fueron comparables a los medidos en 2005, así como los medidos a 2 m en 1983 (por ejemplo 127 ppm en 1984 lago 3 las aguas de superficie), lo que indica menos prominente estratificación en el año a raíz de un El Niño. Las similitudes entre los años 1983 antes de El Niño y la parte inferior salinidades recuperado moderadamente salinidades 1984, 2005 sugieren valores pueden ser típicos de salinidad media. Superior 1970 parece elevada salinidad de estas propuestas de valores de fondo, posiblemente debido intra-anuales o de la variabilidad a La Niña-como el clima medio estado con menos fuertes episodios de El Niño en los veinte años anteriores.

La variabilidad entre Kiritimati y Teraina pista a más largo plazo los cambios climáticos. Similares estructuras subyacentes de arrecifes y la observación de que la moderna Kiritimati lago niveles están por debajo del nivel del mar, mientras que el lago Washington está por encima del nivel del mar sugiere Teraina y paleo-Kiritimati arrecifes se derivan de la misma highstand el nivel del mar. Lagos hipersalinos no existen actualmente en Teraina porque la isla se basa la banda mundial de precipitación que se produce en la convergencia del norte y el hemisferio sur los vientos alisios. Conocida como la zona de convergencia intertropical (ITCZ), esta región de alta precipitación no es actualmente el impacto Kiritimati. La secuencia de limo rojo superpuestos arcilla limosa de color blanco en el lago Washington tiene semejanza con la secuencia sedimentaria de muchos núcleos de Kiritimati, y se tiene la tentación de proponer que el Lago Washington, una vez tuvo un clima más seco y lagos hipersalinos que apoya tapetes bacterianos. Secador de condiciones sería coherente con las sugerencias de que la ITCZ ocupa un posición más al norte durante el Holoceno temprano [25 - 27]. Por lo tanto, cuando bajó el nivel del mar, aislando a los lagos Teraina, la ITCZ pueden haber tenido poca influencia, y permitió que los lagos hipersalinos y tapetes bacterianos de forma. A medida que la ITCZ emigraron al sur en los próximos mil años, los estanques hipersalinos puede haber sido abrumado por la precipitación y transformado en un medio de agua dulce.

Conclusión

Esta encuesta indica que los lagos y ciénagas de Kiritimati y Teraina islas poseen un alto grado de variabilidad natural en plazos de días, décadas y posiblemente milenios. Química variabilidad dentro de lago serie de cada vez más aislado cuencas puede servir como una moderna forma paralela a las condiciones que abarcan la aparición de Kiritimati, permitir paleonvironmental reconstrucciones a través del tiempo. En el contexto de la labor anterior, y dada la relativamente neutral ENSO estado de 2005, estas observaciones pueden ser típicos de la variabilidad de referencia. Para aumentar el control y alta resolución, reconstrucciones de proxy pasado la hidrología del lago paleoclimatological podría proporcionar información fundamental para la comprensión

La variabilidad del ENSO.

Métodos

La química y de superficie de sedimentos de más de un centenar de lagos fueron incluidos en la muestra durante un período de cinco semanas de duración que abarca de junio y julio de 2005. La salinidad, pH y DO se midieron utilizando un portátil YSI Sonde 6600 conectado a un YSI 650 MDS registrador de datos. No fue posible para tomar muestras de todos los lagos en uniforme horas del día. Calibraciones de salinidad, pH, por lo que periódicamente se realizaron utilizando como local de agua de mar a 35 ppt endmember de salinidad, pH 4,7 y 10 de soluciones tampón, y el agua saturada de aire con corrección de la temperatura, respectivamente. La respuesta del instrumento fue en varias ocasiones con la ayuda de diluciones seriadas de las muestras más concentrada, y resultó ser lineal a 140 ppm con valores de 140-150 ppm de salinidad subestimar ~ 6%. Los sedimentos superficiales del lago fueron documentados con la fotografía digital, y su profundidad fue evaluada utilizando una sonda de acero inoxidable. Agarra de la superficie sedimentos se recuperó de todos los lagos, homogeneizada y la parte superior ~ 5 cm de la secuencia sedimentaria. A más largo de los últimos registros de sedimentación han sido recogidos en algunos lagos por medio de una turba ruso de núcleos (hasta 50 cm) o varilla de accionamiento de pistón de núcleos (hasta 150 cm) con un claro núcleo tubo de PVC. Ambas técnicas conservas de laminaciones y los sedimentos permite ser inspeccionado visualmente y de describir. Núcleos de pistones más largos, de hasta 9 m, también se recogieron en algunos lagos, y una evaluación preliminar de la estratigrafía podría hacerse a partir de sedimentos expuestos en cada extremo de 100 cm de los tubos de aluminio básico.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Autores de las contribuciones

CS realizó trabajo de campo, recopilación, análisis y presentación de informes. MM conducted field work, and served as an advisor to the project. RS conducted field work, and served as an advisor to the project. JS conducted field work, and served as an advisor to the project.

Supplementary Material
Additional File 1
Physical and chemical characteristics of all Kiritimati lakes surveyed
Additional File 2
Description of surficial sediment cores collected on both Kiritimati and Teraina Islands
Additional File 3
Physical and chemical characteristics of Washington Lake and drainage canal on Teraina
Agradecimientos

Funding for this research was provided by the MIT Earth System Initiative, and it was conducted with the support of the Kiribati Ministry of Environment and Natural Resources Development. Financial support was provided by the Gary Comer Science and Education Foundation. Our thanks to Gordon Tribble and Jane Schoonmaker for pre-expedition discussion. The logistical support of Alla Skorokhod, Kim Anderson, John Bryden, Sue Fukada and Chuck Corbitt is also greatly appreciated. Thanks to the Kiritimati Ministers of the Environment and Fisheries for permit assistance and to the Parliament of Teraina for their hospitality. The services of Bill Paupe, South Seas Air and the staff of the Captain Cook Hotel were also instrumental in the success of this research.