Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Wei-Jun Cai van de Universiteit van Delaware, heeft een waterzone geïdentificeerd die in zuurgraad toeneemt in de Chesapeake Bay.

Het team analyseerde weinig bestudeerde factoren die een rol spelen bij oceaanverzuring (OA) - veranderingen in de waterchemie die het vermogen van schelpdieren zoals oesters, mosselen en sint-jakobsschelpen om hun schelpen te maken en te onderhouden, onder andere effecten.

De U.S. Geological Survey definieert pH als "een maatstaf voor hoe zuur of basisch water is." De pH-schaal loopt van 0-14, met 7 als neutraal beschouwd. Een pH lager dan 7 is zuur, terwijl een pH groter dan 7 alkalisch (basisch) is. Accuzuur, bijvoorbeeld, kan een pH van 1 hebben terwijl Milk of Magnesia een pH van 10 kan hebben.

Veranderingen in pH kunnen wetenschappers iets vertellen over hoe de waterchemie verandert.

In hun onderzoek hebben Cai en zijn collega's ontdekten een "pH-minimumzone" die zich voordoet op een diepte van ongeveer 10-15 meter (~30-50 voet) in de Chesapeake Bay. De pH in deze zone is ongeveer 7,4, bijna 10 keer hoger in zuurgraad (of een eenheid lager in pH) dan wat wordt aangetroffen in oppervlaktewater, met een gemiddelde pH van 8,2.

Deze zone wordt vermoedelijk veroorzaakt door een combinatie van factoren, het belangrijkste, van zuren die ontstaan ​​wanneer bodemwater dat rijk is aan giftig waterstofsulfide naar boven wordt gemengd. Het team rapporteerde de bevindingen in een paper in Natuurcommunicatie op 28 augustus, 2017.

"Deze studie toont voor het eerst aan dat de oxidatie van waterstofsulfide en ammoniak uit het bodemwater een belangrijke bijdrage kan leveren aan een lagere pH in kustoceanen en kan leiden tot snellere verzuring in kustwateren in vergelijking met de open oceaan, " zei Cai, de hoofdauteur van het artikel en een expert in mariene chemie en de beweging van koolstof door kustwateren.

Eerdere studies, waaronder werk van Cai, hebben aangetoond dat verzuring bijzonder ernstig kan zijn in voedselrijke kustwateren, die vaak gebieden bevatten met te weinig zuurstof en een hoog kooldioxidegehalte nabij de bodem. Echter, wetenschappers weten niet precies hoeveel OA er voorkomt in een grote baai zoals de Chesapeake Bay, hoewel het goed gedocumenteerd is dat nutriënten uit de landbouw die in het water terechtkomen een progressieve invloed hebben gehad op het zuurstofloos worden van het bodemwater van de baai, of zuurstofarm, tijdens de zomermaanden van de afgelopen 50 jaar.

Kwantitatief model geeft nieuwe aanwijzingen

De Chesapeake Bay is het grootste estuarium van de Verenigde Staten. Naast het bieden van een bloeiend marien milieu voor toerisme en openluchtrecreatie langs de oostkust, de baai speelt een belangrijke rol in de economie van het land door het oogsten van zeevruchten, waaronder schaaldieren, zoals blauwe krab en oesters, en vinvissen zoals gestreepte zeebaars.

Tijdens onderzoekscruises aan boord van UD's 146-voet onderzoeksschip Hugh R. Sharp in augustus 2013 en 2014, UD-onderzoekers Cai en George Luther en collega's verzamelden herhaaldelijk watermonsters uit een diep bekken van de belangrijkste Chesapeake Bay. De onderzoekers maten zuurstof, waterstofsulfide, pH, opgeloste anorganische koolstof en totale alkaliteit.

Terwijl Cai de gegevens van deze en andere cruises in april 2015 analyseerde, hij merkte op dat de pH van de baai een minimum leek te bereiken op diepten tussen 10-15 meter. Om dit uit te leggen, Cai bouwde een biogeochemisch model om de manier waarop zuurstof wordt verbruikt en anorganische koolstof en zuren worden geproduceerd te simuleren die overeenkomen met de waarnemingen gemeten in de Chesapeake Bay. Met behulp van directe waterstofsulfidemetingen verzameld in de bodemwateren door Luther, Cai berekende hoeveel zuur er geproduceerd zou moeten worden om deze minimumzone te verklaren.

Cai legde uit dat in de kustoceaan, in het algemeen, er is een synergetisch effect op OA wanneer overtollige nutriënten die vanaf het land in het ecosysteem worden gebracht, leiden tot overgroei van planten, een proces dat bekend staat als eutrofiëring en dat de natuurlijke chemie van het water verstoort en de dood van mariene soorten veroorzaakt. Wanneer dat organische materiaal naar het bodemsediment zinkt, wordt het geconsumeerd door bacteriën die ademen, waardoor overtollig koolstofdioxide ontstaat dat zich naar boven in de waterkolom vermengt.

"Het water heeft al een lagere pH en als je net wat meer kooldioxide en andere zuren toevoegt, het creëert een kantelpunt dat leidt tot een verlaging van de pH", aldus Cai.

Hij vergeleek de resultaten van zijn Chesapeake Bay-model met gegevens uit de Golf van Mexico, dat wordt beschouwd als een goed gebufferd systeem dat in staat is om de veranderingen van OA tegen te gaan en zichzelf in balans te houden. Maar in grote eutrofe estuaria zoals de Chesapeake Bay, de gecombineerde stressfactoren van milieu en klimaatverandering maken de baai kwetsbaarder, en de overtollige voedingsstoffen en de toename van de zuurgraad kunnen een grotere tol eisen.

"Gezien hoe wijdverbreid zuurstofarme zones wereldwijd zijn in kustwateren, door deze processen te begrijpen, kunnen we de verzuring van estuaria voorspellen bij verwachte toename van koolstofdioxide en voortdurende vermindering van nutriënteninput door beheersmaatregelen, " zei Jeremy Testa, assistent-professor aan het University of Maryland Centre for Environmental Science. "Met deze resultaten kunnen we bepalen waar en wanneer schelpvormende organismen zoals oesters in de toekomst zullen gedijen of lijden."

Het onderzoek van het team toont aan dat het oplossen van levende schelpen en niet-levende aragoniet- en calcietmineralen momenteel een zelfregulerend mechanisme heeft opgeleverd om te bufferen of te voorkomen dat het bodemwater van de Chesapeake Bay zuur wordt.

Maar wat betekent het voor economisch belangrijke soorten als oesters en mosselen als het totale ecosysteem verder uit balans raakt?

Dit is een vraag die het onderzoeksteam verder wil onderzoeken.

"Er is een grens aan het vermogen van Moeder Natuur om deze systemen zelf te reguleren, ' zei Cai.