Команда проанализировала малоизученные факторы, которые играют роль в закислении океана (ОА) — изменения в химическом составе воды, которые, помимо прочего, угрожают способности моллюсков, таких как устрицы, моллюски и гребешки, создавать и поддерживать свои раковины.Геологическая служба США определяет pH как «показатель кислотности или щелочности воды». Шкала pH колеблется от 0 до 14, при этом 7 считается нейтральным. Значение pH менее 7 является кислым, а значение pH более 7 — щелочным (основным).
Кислота из аккумуляторной батареи, например, может иметь pH 1, а Молоко магнезии может иметь pH 10.Изменения pH могут кое-что рассказать ученым о том, как меняется химический состав воды.В своем исследовании Цай и его коллеги обнаружили «зону минимального pH», которая возникает 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 ниже по pH), чем в поверхностных водах, которые имеют средний pH 8,2.Предполагается, что эта зона возникла из-за комбинации факторов, в первую очередь из-за кислот, образующихся, когда придонная вода, богатая токсичным сероводородом, поднимается вверх. Команда сообщила о результатах в статье, опубликованной в Nature Communications 28 августа 2017 года.
«Это исследование впервые показывает, что окисление сероводорода и аммиака из придонных вод может быть одним из основных факторов снижения pH в прибрежных океанах и может привести к более быстрому подкислению прибрежных вод по сравнению с открытым океаном», — сказал Кай. , ведущий автор статьи и эксперт по морской химии и перемещению углерода через прибрежные воды.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.
Однако ученые не знают точно, сколько ОА встречается в большом заливе, таком как Чесапикский залив, хотя хорошо известно, что сельскохозяйственные питательные вещества, попадающие в воду, оказали прогрессивное влияние на то, что нижние воды залива становятся аноксичными или истощаются кислородом. , в летние месяцы за последние 50 лет.Количественная модель дает новые подсказки
Чесапикский залив — самый большой лиман в Соединенных Штатах. Помимо обеспечения процветающей морской среды для туризма и отдыха на свежем воздухе вдоль Восточного побережья, залив играет важную роль в экономике страны за счет добычи морепродуктов, включая моллюсков, таких как синий краб и устрицы, и рыб, таких как полосатый окунь.Во время исследовательских круизов на борту 146-футового исследовательского судна Hugh R. Sharp в августе 2013 и 2014 гг. Исследователи UD Кай и Джордж Лютер и его коллеги неоднократно отбирали пробы воды из глубокого бассейна главного Чесапикского залива.
Исследователи измерили кислород, сероводород, pH, растворенный неорганический углерод и общую щелочность.Анализируя данные этих круизов и еще одного круиза, проведенного в апреле 2015 года, Цай заметил, что pH в заливе, похоже, достигает минимума на глубине 10-15 метров. Чтобы объяснить это, Цай построил биогеохимическую модель, чтобы смоделировать то, как потребляется кислород и производятся неорганический углерод и кислоты, чтобы соответствовать наблюдениям, измеренным в Чесапикском заливе.
Используя прямые измерения сероводорода, собранные Лютером в придонных водах, Кай рассчитал, сколько кислоты необходимо произвести, чтобы объяснить эту минимальную зону.Цай объяснил, что в прибрежных водах океана в целом наблюдается синергетический эффект на ОА, когда избыток питательных веществ, попадающих 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 в донные отложения, оно потребляется дышащими бактериями, создавая избыток углекислого газа, который поднимается вверх в толщу воды.«Вода уже имеет более низкий pH, и когда вы добавляете немного больше углекислого газа и других кислот, это создает критическую точку, которая приводит к снижению pH», — сказал Кай.
Он сравнил результаты своей модели Чесапикского залива с данными по Мексиканскому заливу, которая считается системой с хорошей буферизацией, способной противодействовать изменениям от открытого доступа и поддерживать себя в равновесии. Но в крупных эвтрофных устьях, таких как Чесапикский залив, комбинированные факторы воздействия окружающей среды и изменения климата делают залив более уязвимым, а избыток питательных веществ и повышение кислотности могут нанести более серьезный ущерб.«Учитывая, насколько широко распространены зоны с низким содержанием кислорода в прибрежных водах по всему миру, понимание этих процессов позволит нам прогнозировать закисление устьев рек при ожидаемом увеличении содержания углекислого газа и текущем сокращении поступления питательных веществ посредством управленческих действий», — сказал Джереми Теста, доцент кафедры Центр экологических наук Мэрилендского университета. «Эти результаты позволят нам определить, где и когда образующие раковину организмы, такие как устрицы, будут процветать или страдать в будущем».Исследование команды показывает, что в настоящее время растворение живых раковин и неживых минералов арагонита и кальцита обеспечило саморегулирующийся механизм для буферизации или предотвращения кислотности придонных вод Чесапикского залива.
Но что это будет означать для экономически важных видов, таких как устрицы и моллюски, если экосистема в целом выйдет из равновесия?Это вопрос, который исследовательская группа хотела бы изучить подробнее.
«Есть предел способности матери-природы саморегулировать эти системы», — сказал Цай.