В течение многих лет Мировой океан страдал от поглощения антропогенного углекислого газа из атмосферы, что привело к снижению pH соленой воды, известному как закисление океана, и поставило под угрозу здоровье морских организмов и экосистем. Хотя этот процесс хорошо задокументирован, процесс подкисления в прибрежных водах сложен и плохо изучен.
Например, главный ствол Чесапикского залива, крупнейшего эстуария на восточном побережье, годами страдал от низкого содержания кислорода и закисления его придонных вод. В отличие от океанских вод, подкисление эстуариев, таких как Чесапикский залив, обусловлено как углекислым газом, полученным из ископаемого топлива, так и углекислым газом, высвобождаемым в результате интенсивного разложения водорослей, вызванного поступлением питательных веществ с окружающей земли. Хотя ученые улучшают свое понимание причин закисления, способы, которыми прибрежные воды, такие как Чесапикский залив, сопротивляются закислению, менее известны.
Одним из возможных способов борьбы Чесапикского залива с закислением океана является уже существующий союзник: подводная водная растительность (SAV). Несмотря на то, что с 1960-х по 1980-е годы наблюдалось сокращение ПАВ по всему заливу, восстановление этих когда-то обильных слоев ПАВ стало основным результатом усилий по уменьшению количества питательных веществ и отложений в эстуарии, а покрытие ПАВ увеличилось на 300 процентов с с 1984 по 2015 год.
Одно из крупнейших восстановленных пластов SAV находится в районе залива, известном как Саскуэханна-Флэтс - широкий приливно-отливный пресноводный регион, расположенный недалеко от устья реки Саскуэханна в начале залива.
Вей-Джун Кай из Делавэрского университета входил в состав исследовательской группы, которая недавно провела исследование залива, в том числе Саскуэханна-Флэтс, чтобы понять, как Чесапикский залив использует защитный механизм от подкисления - известно в качестве буфера - для снижения содержания углекислого газа и подкисления воды в летнее время.
В состав исследовательской группы входили исследователи из Сямыньского университета в Китае, Колледжа Святой Марии, Орегонского государственного университета и Чесапикской биологической лаборатории и лаборатории Хорн-Пойнт Центра экологических наук Мэрилендского университета.
Они обнаружили, что сильный фотосинтез растений в зарослях SAV в начале залива и в других мелководных прибрежных водах может удалить загрязнение питательными веществами в заливе, может создать очень высокий pH и повысить уровень насыщения карбонатными минералами., что способствует образованию минералов карбоната кальция. Когда эти частицы карбоната кальция и другие биологически произведенные карбонатные оболочки переносятся вниз по течению, они попадают в кислые подземные воды, где растворяются.
Это растворение карбонатных минералов помогает «защитить» воду от снижения pH или даже поддерживать повышение pH. «Точно так же, как люди принимают Тамс, чтобы нейтрализовать кислоты, вызывающие изжогу, идея заключается в том, что слои SAV отправляют карбонатные минералы в нижний залив для нейтрализации там кислот», - сказал Джереми Теста из Центра наук об окружающей среде Университета Мэриленда и соавтор. исследования.
Исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Geoscience. Первый автор, Цзяньчжун Су, был докторантом UD-Xiamen University Dual Degree, и у него был Цай в качестве консультанта.
Растворение карбоната кальция
В предыдущей работе Цай, Мэри А. С. Профессор Lighthipe в Школе морских наук и политики в Колледже Земли, океана и окружающей среды Университета штата Калифорния показал, что в подземных водах нижнего залива растворено много карбоната кальция, но они не знали, откуда берется этот карбонат.
«Эта статья демонстрирует уникальное доказательство того, что карбонат поступает из этих подводных слоев водной растительности», - сказал Цай. «Мелководья в верхнем течении и в прибрежных районах могут иметь огромное количество подводной водной растительности».
В этих районах в летнее время солнечный свет сочетается с питательными веществами, что позволяет плотным слоям SAV инициировать высокую скорость фотосинтеза, что приводит к увеличению pH в воде, что означает, что вода становится менее кислой.
Поскольку уровень pH настолько высок, исследователи смогли собрать и измерить частицы карбоната на поверхности листьев, которые они могли соскоблить и проанализировать. Соавторы Чаоинг Ни, профессор кафедры материаловедения и инженерии UD и директор Центра исследований и разработок W. M. Keck Center for Advanced микроскопии и микроанализа, и Yichen Yao, который был студентом магистратуры в области материаловедения, провел минеральный анализ.
"Лаборатория сделала для нас изображение и показала карбонат в этих отложениях и осадок на листьях, частицы, их концентрация была намного выше, чем в донных отложениях", - сказал Кай.
Теоретические образования углерода
Когда исследователи отправились на мелководье вверх по течению от Саскуэханна-Флэтс, они также обнаружили карбонат, что привело их к теории о том, что карбонат образуется в одном месте, в частности, в слое ЮАВ Саскуэханна-Флэтс, а затем транспортируется в нижний отсек.
Мы знаем, что в нижнем заливе происходит сильное растворение карбоната, и мы знаем, что в верхнем заливе образуется карбонат. Итак, в статье мы предполагаем, что именно это образование в пласте SAV получает транспортируется вниз по течению и растворяется, и мы воспроизводим этот перенос вниз по течению с помощью численной модели», - сказал Цай. «Этот карбонат, который транспортируется вверх по течению, на самом деле действовал как способ сопротивления, чтобы буферизовать pH системы».
Есть важные экологические разветвления этого вывода, заключающиеся в том, что управление питательными веществами в прибрежных районах и их сокращение не только помогают бороться с недостатком кислорода, но и с подкисляющим стрессом для окружающей среды и организмов, которые там живут, за счет возрождения подводной растительности.
Цай сказал, что, хотя их предварительные результаты обнадеживают, следующие шаги заключаются в том, чтобы определить, действительно ли карбонатные частицы переносятся течениями и приливами в нижний залив, и если да, то как быстро и при каких условиях это происходит. Он хочет вернуться в залив, чтобы установить недостающее звено между тем, где образуется карбонат, и тем, где он растворяется.
"Это очень интересно", сказал Цай. «Люди говорят о закислении океана и очень редко говорят о том, что ему противостоит, что может защитить систему от закисления океана. Вот что мы хотим найти».