Исследовательская группа под руководством профессора Университета Делавэра Вей-Джун Цая определила зону воды в Чесапикском заливе с повышенной кислотностью.
Команда проанализировала малоизученные факторы, которые играют роль в закислении океана (ОА) - изменениях в химическом составе воды, которые, среди прочего, угрожают способности моллюсков, таких как устрицы, моллюски и гребешки, создавать и поддерживать свои раковины.
У. Геологическая служба S. определяет pH как «показатель того, насколько кислой или щелочной является вода». Шкала рН колеблется от 0 до 14, где 7 считается нейтральным. рН менее 7 является кислым, а рН более 7 является щелочным (основным). Аккумуляторная кислота, например, может иметь рН 1, а магнезиальное молоко может иметь рН 10.
Изменения pH могут рассказать ученым о том, как меняется химический состав воды.
В своем исследовании Кай и его коллеги обнаружили «минимальную зону pH», которая находится на глубине примерно 10-15 метров (~30-50 футов) в Чесапикском заливе. pH в этой зоне составляет примерно 7,4, что почти в 10 раз выше по кислотности (или на единицу pH ниже), чем в поверхностных водах, средний pH которых составляет 8,2.
Предполагается, что эта зона образовалась из-за сочетания факторов, в первую очередь, из-за кислот, образующихся, когда придонная вода, богатая токсичным сероводородом, смешивается вверх. Команда сообщила о своих выводах в статье в Nature Communications от 28 августа 2017 года.
Это исследование впервые показывает, что окисление сероводорода и аммиака из придонных вод может быть основным фактором снижения рН в прибрежных водах и может привести к более быстрому подкислению в прибрежных водах по сравнению с открытыми водами. океана», - сказал Цай, ведущий автор статьи и эксперт в области морской химии и движения углерода в прибрежных водах.
Предыдущие исследования, в том числе работа Цая, показали, что подкисление может быть особенно серьезным в богатых питательными веществами прибрежных водах, которые часто содержат участки со слишком низким содержанием кислорода и высоким уровнем углекислого газа у дна. Тем не менее, ученые не знают точно, сколько OA происходит в большом заливе, таком как Чесапикский залив, хотя хорошо задокументировано, что сельскохозяйственные питательные вещества, попадающие в воду, оказывают прогрессивное влияние на то, что придонная вода залива становится бескислородной или истощенной кислородом., в летние месяцы за последние 50 лет.
Количественная модель дает новые подсказки
Чесапикский залив - крупнейшее устье в Соединенных Штатах. Помимо обеспечения процветающей морской среды для туризма и отдыха на открытом воздухе вдоль восточного побережья, залив играет важную роль в экономике страны благодаря добыче морепродуктов, включая моллюсков, таких как голубой краб и устрицы, и рыб, таких как полосатый окунь.
Во время исследовательских круизов на борту 146-футового исследовательского судна Hugh R. Sharp компании UD в августе 2013 и 2014 годов исследователи UD Кай, Джордж Лютер и их коллеги неоднократно собирали пробы воды из глубокого бассейна главного Чесапикского залива. Исследователи измерили содержание кислорода, сероводорода, pH, растворенного неорганического углерода и общую щелочность..
Проанализировав данные этих и другого круизов в апреле 2015 года, Кай заметил, что уровень pH в заливе достигает минимума на глубине от 10 до 15 метров. Чтобы объяснить это, Кай построил биогеохимическую модель, имитирующую потребление кислорода и производство неорганического углерода и кислот, чтобы соответствовать наблюдениям, полученным в Чесапикском заливе. Используя прямые измерения содержания сероводорода, собранные Лютером в придонных водах, Кай рассчитал, сколько кислоты необходимо произвести, чтобы объяснить существование этой минимальной зоны.
Цай объяснил, что в прибрежных районах океана в целом наблюдается синергетический эффект на ОА, когда избыток питательных веществ, поступающих в экосистему с суши, вызывает чрезмерный рост растений, процесс, известный как эвтрофикация, который нарушает естественный химический состав воды и вызывает гибель морских видов. Когда это органическое вещество опускается на дно, оно поглощается дышащими бактериями, образуя избыток углекислого газа, который смешивается вверх с толщей воды.
«Вода уже имеет более низкий pH, и когда вы добавляете немного больше углекислого газа и других кислот, это создает переломный момент, который приводит к снижению pH», - сказал Кай.
Он сравнил результаты своей модели Чесапикского залива с данными по Мексиканскому заливу, который считается хорошо буферизованной системой, способной противодействовать изменениям от ОА и сохранять равновесие. Но в больших эвтрофных эстуариях, таких как Чесапикский залив, комбинированные факторы стресса, связанные с окружающей средой и изменением климата, делают залив более уязвимым, а избыток питательных веществ и повышение кислотности могут привести к большим потерям.
«Учитывая широкое распространение зон с низким содержанием кислорода в прибрежных водах по всему миру, понимание этих процессов позволит нам прогнозировать закисление эстуариев при ожидаемом увеличении содержания углекислого газа и продолжающемся снижении поступления питательных веществ за счет управленческих действий», - сказал Джереми. Теста, доцент Центра наук об окружающей среде Мэрилендского университета. «Эти результаты позволят нам определить, где и когда раковинообразующие организмы, такие как устрицы, будут процветать или страдать в будущем».
Исследования группы показывают, что в настоящее время растворение живых раковин и неживых минералов арагонита и кальцита обеспечивает саморегулирующийся механизм для буферизации или предотвращения окисления придонных вод Чесапикского залива.
Но что это будет означать для экономически важных видов, таких как устрицы и моллюски, если общая экосистема еще больше выйдет из равновесия?
Это вопрос, который исследовательская группа хотела бы изучить дальше.
"Существует предел способности Матери-природы саморегулировать эти системы", - сказал Цай.