Open this publication in new window or tab >>2022 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Despite its small area (ca. 595,000 km2), the Himalayan region transfers disproportionally high amounts of sediments and organic matter (OM) through a network of rivers into the oceanic sink. Such a high contribution is due to the synergistic effects of active tectonics, variable precipitation, and steep slopes aided by human perturbations on exhumed and young mountain terrains. Seasonality in the mobilization and transport of fresh biogenic OM and petrogenic carbon, including paleosols, is dominant in this unique landscape with implications for climate change and the global carbon budget. However, a comprehensive assessment of sources and the fate of organic carbon (OC) in Himalayan rivers remains elusive, driving considerable uncertainty in estimates of the fluvial transport of carbon, its budget, and its impacts on the global carbon cycle. Four rivers from diverse physiographic zones with specific rock types were selected from the Nepal Himalayas to characterize the OM sources and their fate using C:N ratios, lipid biomarkers, and lignin phenols. The seasonal OC fluxes were estimated, and strontium (Sr) and neodymium (Nd) isotope data were utilized to elucidate the provenance. Finally, monitoring of runoff plots and RUSLE modeling was conducted to estimate soil erosion from different land-use practices.
The suspended sediment load in these rivers was proportional to the erosional intensity. Unlike suspended sediments, OM in bedload samples was derived from multiple sources with weak terrigenous dominance. The influence of seasonality on OM and elemental concentrations was evident in the new data. The abundance of sedimentary lipids in these small rivers represents high OM sequestration and corroborates the inference derived from diagnostic lignin ratios. These rivers transport > 90% POC and ca. 75% DOC during the short monsoon season, highlighting rapid transport/mobilization of OC from the Nepal Himalayas. The high strontium isotope (87Sr/86Sr) ratio in silicates drives the high radiogenic Sr input, which exceeds the global average. The clusters in Sr and Nd isotope data represent specific physiographic zones and rock types that can help infer OM provenance and trace the fate of carbon from source to sink. Data from the runoff plots suggest that irrigated croplands drive topsoil erosion. The soil erosion rate in the watersheds is high (> 24 tons ha-1 yr-1). This is attributed to anthropogenic disturbance associated with cropping patterns, soil disturbance, and waterlogging. The contrasting features in the Himalayan region and new data on the role of mountain rivers invite global attention to infer ongoing and future changes in OM flux.
Abstract [sv]
Himalaya-regionen bidrar med, baserat på dess begränsade yta på ca 595 000 km2, oproportionerligt stora belastning av sediment och organiskt material (OM) genom ett nätverk av floder. Den höga belastningen beror på de synergier mellan aktiv tektonik, nederbörd och branta sluttningar påverkade av antropogen aktivitet. Säsongsvariationer i mobilisering och transport av färsk biogen OM och petrogent kol, inklusive paleosoler, är dominerande med konsekvenser för såväl för klimatförändringar som den globala kolbudgeten. En heltäckande bild av källor och transport av organiskt kol (OC) i Himalayas floder är dock svårbedömt, vilket bidrar till stora osäkerheter i uppskattning av den fluviala transporten av kol, dess budget och effekter på den globala kolcykeln. Fyra floder från olika fysiografiska zoner med specifika bergarter valdes ut från den nepalesiska delen av Himalaya för att karaktärisera OM-källorna och deras öde med hjälp av lipidbiomarkörer, ligninfenoler och C:N-förhållande. De säsongsbetonade OC-flödena skattades, och isotopdata för strontium (Sr) och neodym (Nd) användes för att belysa källor. Slutligen genomfördes provtagning av avrinningsområden och RUSLE-modellering för att skatta intensiteten av jorderosionen.
Den suspenderade sedimentbelastningen i floderna var proportionell gentemot erosionsintensiteten. Till skillnad från suspenderade sediment härleddes OM i belastningen från flera källor med svag terrogen dominans. Säsongsvariationens inverkan på OM och grundämnen var signifikant. Den höga koncentrationen av sedimentära lipider i floderna representerar en hög OM-sekvestrering och bekräftar slutsatserna från diagnostiska ligninförhållanden. Floderna transporterar > 90% av POC och ca. 75 % av DOC under den korta monsunsäsongen, vilket ger en snabb mobilisering av OC från Nepals Himalaya. Det höga strontiumisotopförhållandet (87Sr/86Sr) i silikater påverkar det höga radiogena Sr-inflödet, vilket överstiger det globala genomsnittet. Klustren i Sr- och Nd-isotopdata representerar specifika fysiografiska zoner och bergarter som kan hjälpa till att bestämma härkomsten och spåra kolets öde från källa till sänka. Data från avrinningsområdena tyder på att bevattnade odlingsmarker driver erosion av matjorden. Markerosionen i vattendelaren är hög (> 24 ton ha-1 år-1), vilket tillskrivs antropogena aktiviteter i form av odlingsmönster, markstörningar och vattenavverkning. De kontrasterande egenskaperna i Himalaya-regionen tillsammans med nya data om bergsflodernas roll påverkar global förhållanden för att förstå pågående och framtida förändringar i OM-flux.
Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2022. p. 73
Series
Linköping Studies in Arts and Sciences, ISSN 0282-9800 ; 846
Keywords
Himalayan rivers, Biomarkers, Isotopes, OC flux, RUSLE, Himalayafloder, biomarkörer, isotoper, OC flux, RUSLE
National Category
Environmental Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-190550 (URN)10.3384/9789180750059 (DOI)9789180750042 (ISBN)9789180750059 (ISBN)
Public defence
2023-01-27, TEMCAS, Temahuset, Campus Valla, Linköping, 14:00
Opponent
Supervisors
2022-12-132022-12-132023-05-26Bibliographically approved