Цветение цианобактерий вызвало осаждение карбоната кальция и растворение кремнезема в субтропической лагуне, залив Флорида, США.

Oct 16, 2023

Том 13 научных докладов, номер статьи: 4071 (2023) Цитировать эту статью

759 доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

В последние десятилетия ежегодное цветение цианобактерий в заливе Флорида демонстрировало пространственные и временные закономерности, которые согласуются с изменениями щелочности и растворенного кремния в воде. В начале лета цветение развилось в северо-центральной части залива, а осенью распространилось на юг. Цветение поглощало растворенный неорганический углерод и повышало pH воды, вызывая осаждение карбоната кальция на месте. Концентрация растворенного кремния в этих водах была минимальной весной (20–60 мкМ), увеличивалась летом и достигала годового максимума (100–200 мкМ) в конце лета. В этом исследовании впервые наблюдалось растворение кремнезема в результате высокого pH в блюмовой воде. В пик цветения растворение кремнезема в заливе Флорида варьировало от 0,9 × 107 до 6,9 × 107 моль в месяц за период исследований в зависимости от масштабов цветения цианобактерий в данный год. Параллельное количество осадков карбоната кальция в зоне цветения цианобактерий составляет от 0,9 × 108 до 2,6 × 108 моль в месяц. Подсчитано, что 30–70% атмосферного CO2, поглощенного цветущими водами, осаждается в виде минерала карбоната кальция, а остатки притока CO2 используются для производства биомассы.

В последние десятилетия цветение цианобактерий произошло во всем мире, от пресноводных озер и рек до эстуарных вод и прибрежных лагун1,2,3,4,5. Частое цветение цианобактерий по всему миру привлекло внимание науки и общественности, например, в Балтийском море в северной Европе, лагуне Болмон на юге Франции, Каспийском море в Западной Азии, озере Виктория в Африке, озере Эри в Северной Америке, озере Тайху в Китае. и озеро Касумигаура в Японии6,7,8,9,10,11,12. Пролиферация и распространение цианобактерий часто приводит к вредоносному цветению водорослей, которое производит токсины, изменяет пищевую сеть и вызывает гипоксию в водных экосистемах6,7,8,9,10,11,12. Они не только влияют на здоровье экосистем, но также представляют собой серьезную угрозу доступности и устойчивости наших ресурсов пресной и солоноватой воды13,14,15. Многие исследования были сосредоточены на условиях окружающей среды, которые вызывают цветение цианобактерий, включая эвтрофикацию, нагрузку питательными веществами и высокую температуру воды16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26. Недавние исследования показали, что цветение цианобактерий не только поглощает CO2 из воздуха, но и выделяет в воздух другой парниковый газ — метан27.

Залив Флорида расположен на южной оконечности полуострова Флорида в США и отделен от Атлантического океана 180-мильной цепью островов под названием Флорида-Кис. Это одна из крупнейших прибрежных лагун в мире площадью около 2000 км2. С 1991 года в заливе Флорида наблюдается постоянное цветение цианобактерий. Цветение цианобактерий в заливе Флорида каждый год демонстрирует схожие пространственные и временные закономерности28,29,30,31. Многие исследования зафиксировали развитие ежегодного цветения цианобактерий в заливе Флорида в конце весны или начале лета. Было продемонстрировано, что в северо-центральной части залива наблюдается высокая частота и интенсивность цветения, при этом клеточный биообъем цианобактерий Synechococcus регулярно превышает 107 мкм3/мл (рис. 1)29. Осенью высокая концентрация цианобактерий распространилась на юго-центральную часть залива. Этот характер переноса совпал с наступлением осенью сезонных холодных фронтов. В осенний сезон холодный фронт принес сильный северный или северо-западный ветер, который может перегнать насыщенную цветами воду из северо-центрального залива в юго-центральный залив29. Наблюдаемые схожие закономерности изменения солености в этих двух регионах подтверждают, что сезонный ветер является движущей силой циркуляции воды в центральном районе Флоридского залива32.

Расположение 40 станций отбора проб в заливе Флорида. Сезонное развитие цветения цианобактерий обозначено стрелками и контурными линиями: лето - сплошной линией, осень - пунктирной линией (по Phlips et al.29).