Voor vele jaren, de oceanen van de wereld hebben geleden onder het absorberen van door mensen gemaakte koolstofdioxide uit de atmosfeer, wat heeft geleid tot de dalende pH van zout water, bekend als oceaanverzuring, en bedreigde de gezondheid van mariene organismen en ecosystemen. Hoewel dit proces goed gedocumenteerd is, het verzuringsproces is ingewikkeld en wordt slecht begrepen in kustwateren.

Bijvoorbeeld, de hoofdstam van Chesapeake Bay, het grootste estuarium aan de oostkust, heeft jarenlang te lijden gehad van een laag zuurstofgehalte en verzuring in de bodemwateren. In tegenstelling tot oceaanwater, verzuring in estuaria zoals Chesapeake Bay wordt aangedreven door zowel koolstofdioxide afkomstig van fossiele brandstoffen als koolstofdioxide die vrijkomt bij de intense afbraak van algen, gestimuleerd door nutriënteninput van het omringende land. Hoewel wetenschappers steeds meer inzicht krijgen in de oorzaken van verzuring, de manieren waarop kustwateren zoals Chesapeake Bay terugvechten en verzuring weerstaan, zijn minder bekend.

Een mogelijke manier waarop de Chesapeake Bay de verzuring van de oceaan tegengaat, komt in de vorm van een al aanwezige bondgenoot:ondergedompelde watervegetatie (SAV). Hoewel er in de hele baai een daling van SAV was van de jaren zestig tot de jaren tachtig, het herstel van deze eens zo overvloedige SAV-bedden was een primair resultaat van inspanningen om de hoeveelheid nutriënten en sedimenten naar het estuarium te verminderen en de SAV-dekking is tussen 1984 en 2015 met 300 procent toegenomen.

Een van de grootste teruggevonden SAV-bedden ligt in een gebied van de baai dat bekend staat als de Susquehanna Flats - een brede, zoetwatergetijdengebied gelegen nabij de monding van de Susquehanna-rivier aan de kop van de baai.

De Wei-Jun Cai van de Universiteit van Delaware maakte deel uit van een onderzoeksgroep die onlangs een onderzoek heeft uitgevoerd naar de baai, waaronder in de Susquehanna Flats, om te begrijpen hoe de Chesapeake Bay een verdedigingsmechanisme tegen verzuring gebruikt, ook wel bekend als buffering, om tijdens de zomer koolstofdioxide en verzuring in zijn wateren te helpen verminderen.

Het onderzoeksteam omvatte onderzoekers van de Universiteit van Xiamen in China, St. Mary's College, Oregon State University en de Chesapeake Biological and Horn Point Laboratories van het University of Maryland Center for Environmental Science.

Ze ontdekten dat sterke fotosynthese door de planten in SAV-bedden aan de kop van de baai en in andere ondiepe, nearshore-wateren kunnen de nutriëntenvervuiling in de baai verwijderen, kan een zeer hoge pH genereren, en de verzadigingstoestand van carbonaatmineralen verhogen, die de vorming van calciumcarbonaatmineralen vergemakkelijkt. Wanneer deze calciumcarbonaatdeeltjes en andere biologisch geproduceerde carbonaatschillen stroomafwaarts worden getransporteerd, ze komen in zure ondergrondse wateren waar ze oplossen.

Deze oplossing van de carbonaatmineralen helpt het water te "bufferen" tegen pH-dalingen of zelfs pH-verhogingen te ondersteunen. "Net zoals mensen Tums nemen om de zuren te neutraliseren die brandend maagzuur veroorzaken, het idee is dat SAV-bedden carbonaatmineralen naar de lagere baai sturen om daar zuren te neutraliseren, " zei Jeremy Testa van het University of Maryland Center for Environmental Sciences en een co-auteur van de studie.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen . De eerste auteur, Jianzhong Su, was een UD-Xiamen University Dual Degree-doctoraatsstudent en had Cai als adviseur.

Oplossen van calciumcarbonaat

In eerder werk, Cai, de Maria A.S. Lighthipe Professor in de School of Marine Science and Policy in UD's College of Earth, Oceaan en milieu, toonde aan dat er veel calciumcarbonaatoplossing was in het ondergrondse water van de lagere baai, maar ze wisten niet waar dat carbonaat vandaan kwam.

"Dit artikel toont uniek bewijs dat het carbonaat afkomstig is van deze ondergedompelde waterplanten, "zei Cai. "Ondiepe wateren in de stroomopwaartse koppen en in de buurt van de kust kunnen een enorme hoeveelheid ondergedompelde watervegetatie hebben."

In deze gebieden in de zomer, zonlicht wordt gecombineerd met voedingsstoffen om dichte SAV-bedden in staat te stellen hoge fotosynthesesnelheden te initiëren die ervoor zorgen dat de pH in het water stijgt, wat betekent dat het water minder zuur is.

Omdat de pH zo hoog is, de onderzoekers konden de carbonaatdeeltjes op het oppervlak van de bladeren verzamelen en meten, die ze konden schrapen en analyseren. Co-auteurs Chaoying Ni, hoogleraar bij de afdeling Materials Science and Engineering van de UD en directeur van de W.M. Keck Centrum voor geavanceerde microscopie en microanalyse, en Yichen Yao, die een masterstudent materiaalkunde was, deed de mineralenanalyse.

"Het lab heeft een afbeelding voor ons gemaakt en toonde het carbonaat in deze sedimenten en het sediment op de bladeren, de deeltjes, hun concentratie was veel hoger dan het bodemsediment, ' zei Cai.

Theoretische koolstofformaties

Toen de onderzoekers naar een ondiep gebied stroomopwaarts van de Susquehanna Flats gingen, ze vonden ook het carbonaat, wat hen tot hun theorie leidde dat het carbonaat zich op één locatie vormt, bijzonder, in de SAV-bedding van de Susquehanna Flats, en dan wordt het naar de lagere baai getransporteerd.

"We weten dat er veel carbonaatoplossing is in de onderste baai, en we weten dat de bovenste baai is waar het carbonaat wordt gevormd. Dus in de krant we veronderstellen dat het die formatie in het SAV-bed is die stroomafwaarts wordt getransporteerd en oplost en we reproduceren dit stroomafwaartse transport met een numeriek model, "zei Cai. "Dit carbonaat dat stroomopwaarts wordt getransporteerd, fungeerde eigenlijk als een manier om weerstand te bieden, om de pH van het systeem te bufferen."

Deze bevinding heeft belangrijke ecologische gevolgen, omdat het beheer en de vermindering van nutriënten aan de kust niet alleen helpt om lage zuurstofstress te bestrijden, maar ook om stress door verzuring van de omgevingen en organismen die daar leven, te bestrijden via de heropleving van ondergedompelde vegetatie.

Cai zei dat hoewel hun voorlopige resultaten bemoedigend zijn, de volgende stappen zijn om te bepalen of de carbonaatdeeltjes echt door de stromingen en getijden naar de lagere baai worden getransporteerd en zo ja, hoe snel en onder welke omstandigheden dit gebeurt. Hij wil terug naar de baai om de ontbrekende schakel te vinden tussen waar het carbonaat wordt gevormd en waar het oplost.

"Dit is een heel interessant ding, "Zei Cai. "Mensen praten over verzuring van de oceaan en zelden over wat daar weerstand aan biedt, wat het systeem kan bufferen tegen verzuring van de oceaan. Dus dat is wat we willen vinden."