Карбонатная система апвеллинга Кабо-Фрио

Oct 11, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5292 (2023) Цитировать эту статью

301 доступ

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Количественная оценка карбонатной системы представляет собой одну из самых больших задач на пути к «Целям устойчивого развития», определенным Организацией Объединенных Наций в 2015 году. В этом смысле в настоящем исследовании изучалась пространственно-временная динамика карбонатной системы и влияние Явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья в районе апвеллинга Кабо-Фрио. Физическая характеристика участка была выполнена на основе данных о скорости ветра и температуре поверхности моря. Пробы воды были также собраны во время океанографического круиза на борту научно-исследовательского судна «Диадорим». Из этих проб были получены параметры абсолютной и практической солености, плотности, рН, общей щелочности, карбоната, кальцита, арагонита, бикарбоната, растворенного неорганического углерода, углекислого газа, парциального давления углерода, кальция и общего бора. Самая высокая средняя концентрация бикарбоната в S1 (2018 мкмоль/кг), по-видимому, способствует значениям растворенного неорганического углерода (2203 мкмоль/кг). Значения насыщенности кальцитом, насыщенностью арагонитом и карбонатом были выше на поверхности каждой станции (насыщенность кальцитом = 4,80–5,48, насыщенность арагонитом = 3,10–3,63, карбонатом = 189–216 мкмоль/кг). Средние значения pH были одинаковыми в образцах дня и ночи (7,96/7,97). Вся карбонатная система была рассчитана посредством термодинамического моделирования с помощью программы Marine Chemical Analysis (AQM), в которую были загружены результаты по следующим параметрам: температура, соленость, общая щелочность и параметры pH. В данной рукописи представлены оригинальные данные о карбонатной системе и процессе «подкисления» под влиянием апвеллинга Кабо-Фрио, который напрямую зависит от явлений Эль-Ниньо и колебаний температуры поверхности моря.

Источники, механизмы переноса и трансформации углекислого газа (CO2) играют важную роль в полевых океанографических исследованиях1,2. Неорганический CO2 может проявлять значительную пространственную и временную изменчивость в пределах одной и той же водной массы, поскольку содержание океана зависит от таких процессов, как атмосферный обмен через морскую поверхность и деградация органического вещества (как автохтонного, так и аллохтонного происхождения)3.

Снижение pH морской воды, вызванное увеличением содержания CO2 в этом отсеке, может привести к уменьшению содержания морских карбонатов (реакция 1), процессу, также известному как подкисление океана (ОА)4. Прибрежные воды океана естественным образом подвергаются суточным, сезонным и даже годовым изменениям pH, усиливаемым OA5. Колебания pH морской воды влияют на формирование карбонатной системы, уменьшая количество \({\text{CO}}_{3}^{2-}\) при одновременном увеличении CO2 и \({\text{HCO}}_{3} ^{-}\) содержание, вмешивающееся в естественные процессы фотосинтеза и кальцификации морских организмов, создавая тем самым негативные экологические, социальные и экономические последствия6.

Уменьшение количества \({\text{CO}}_{3}^{2-}\, доступного в воде, уменьшит способность океана удалять CO2, выбрасываемый в атмосферу в результате деятельности человека. Поглощение H+ и CO2 \({\text{CO}}_{3}^{2-}\) снижает способность мелководья удерживать CO2. Некоторые авторы связали состояние насыщения кальцием (Ω) со снижением способности организмов к кальцификации, что связано со снижением доступности \({\text{CO}}_{3}^{2-}\)5,7,8. По мере уменьшения концентрации \({\text{CO}}_{3}^{2-}\) в морской воде (реакция 1) происходит снижение состояния насыщения карбонатами (Ω) (уравнение 1). Ω участвует в уменьшении кальцификации морских организмов. Морские животные, имеющие карбонатные структуры, такие как скелеты, раковины и шипы, больше всего страдают от ОА9,10.

Видообразование и количественная оценка карбонатной системы считаются проблемами для достижения Целей устойчивого развития (ЦУР), определенных в 2015 году Организацией Объединенных Наций11 на следующие девять лет. Одной из этих задач является создание аналитического протокола и реализация программы мониторинга ОА. Данные, полученные при исследованиях ОА (pH, TA, [\({\text{HCO}}_{3}^{-}\)], [\({\text{CO}}_{3}^{2 -}\)], [CO2]aq, ρCO2, Ωcalc, Ωarag) также необходимы для проверки региональных и глобальных моделей потока CO2 между границей океана и атмосферы. Исследования ОА показали незначительный прогресс в этом направлении1,12,13,14,15. Основными трудностями, связанными с реализацией Программы мониторинга ОА в прибрежных и океанических водах, являются (1) отсутствие базы данных карбонатной системы, (2) отсутствие единого протокола определения pH и общей щелочности (ТА ), (3) нераскрытие полиномиальной точности данных карбонатной системы и (4) отсутствие интегрированного и открытого хранилища данных о потоках CO2 в прибрежных и океанских водах16.