Study of biogeochemical processes in an intermittently anoxic coastal system (Gulf of Elefsis) under simulated ocean acidification conditions

Abstract

Πρόσφατα το ενδιαφέρον έχει επικεντρωθεί στην παράλληλη συνύπαρξη έλλειψης οξυγόνου και οξίνισης των θαλασσών (ΟΘ) και των ταυτόχρονων επιπτώσεών τους στη βιογεωχημεία της θάλασσας. Συνήθως το ατμοσφαιρικό CO2 είναι ο κύριος μοχλός της ΟΘ. Ωστόσο, η μικροβιακή αποσύνθεση της οργανικής ύλης (OΥ) στα παράκτια θαλάσσια περιβάλλοντα προκαλεί αυξημένη οξύτητα σε βαθύτερα στρώματα παρόμοια ή ακόμα και υπερβαίνουσα των μελλοντικών προβλέψειων για την παγκόσμια ΟΘ. Οι πειραματικές μελέτες σε παράκτιες περιοχές με αυξημένες εισροές ΟΥ και θρεπτικών συστατικών, παράλληλα με διαλείπουσες υποξικές/ανοξικές συνθήκες, παρέχουν καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που επηρεάζουν τα θρεπτικά και τη βιογεωχημεία του άνθρακα κάτω από τις αναδυόμενες επιδράσεις της μείωσης του παράκτιου pH. Δύο εργαστηριακά πειράματα μικρόκοσμων με ελεγχόμενη εισαγωγή CO2 διεξήχθησαν με θαλασσινό νερό και επιφανειακό ίζημα από το βαθύτερο τμήμα του κόλπου Ελευσίνας (Σαρωνικός κόλπος, Ανατολική Μεσόγειος), με στόχο τη μελέτη της συν-εξέλιξης των διεργασιών που επηρεάζονται από τη μείσωση του διαλυμένου οξυγόνου και του pΗ λόγω α) της αποικοδόμησης της ΟΥ και (β) της μελλοντικής ανθρωπογενούς αύξησης του ατμοσφαιρικού CO2. Στις υποξικές και περισσότερο οξυνισμένες συνθήκες, παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση της αλκαλικότητας κυρίως λόγω των HCO3- που παράχθηκαν έναντι των CO32- για να αντισταθμιστεί η αύξηση του CO2, και στις μεταβολές των μορφών αζώτου προς παραγωγή ΝΗ4+. Η μείωση των NO3- και των NO2-, παράλληλα με την αύξηση των ΝΗ4+, κατέδειξε επιβράδυνση των διαδικασιών οξείδωσης αμμωνίου και μείωση της παραγωγής NO3-. Επιπλέον, ο μειωμένος λόγος DIN:DIP, η επικράτηση οργανικών μορφών θρεπτικών έναντι των ανόργανων, η περιορισμένη αποικοδόμηση DON και οι υψηλότερες συγκεντρώσεις DOC ενδεχομένως μαρτυρούν την αναστολή της αποσύνθεσης OΥ σε χαμηλότερα pΗ. Κατά τη διάρκεια έντονων υποξικών και πιο οξινισμένων συνθηκών, τα θρεπτικά βρέθηκαν απαραίτητα για τον υπολογισμό του συστήματος των ανθρακικών στον πυθμένα της Ελευσίνας, παρουσιάζοντας σημαντική αρνητική ανάδραση στην οξίνιση, ενώ οι βαθμοί κορεσμού των ανθρακικών υπολογίστηκαν γύρω στο 1,5. Περιορισμένη αύξηση της αλκαλικότητας παρατηρήθηκε και συσχετίστηκε με τη συμβολή των HCO3- και οργανικών συστατικών όπως το DOC και το DOP. Η οξείδωση ΝΗ4+ επιβραδύνθηκε στην περίπτωση αυτή και παρατηρήθηκαν διεργασίες νιτροποίησης. Τα PO43- βρέθηκαν σημαντικά αυξημένα για πρώτη φορά σε χαμηλότερo pΗ, χωρίς ανακαταβύθιση κατά την επανοξυγόνωση. Τέλος, τα αποτελέσματά αυτά υπογραμμίζουν την ανάγκη για λεπτομερείς μελλοντικές μελέτες του συστήματος ανθρακικών στις παράκτιες περιοχές όπου κυριαρχούν οι υποξικές/ανοξικές συνθήκες, συνοδευόμενες από άλλες βιογεωχημικές παραμέτρους και κατάλληλα σχεδιασμένα πειράματα για την κατανόηση των διεργασιών ή των μεταβολών λόγω μείωσης του pH.