Ett forskargrupp, ledd av University of Delaware professor Wei-Jun Cai, har identifierat en vattenzon som ökar i surhet i Chesapeake Bay.

Teamet analyserade lite studerade faktorer som spelar en roll vid försurning av havet (OA) - förändringar i vattenkemi som hotar skaldjurens förmåga, såsom ostron, musslor och kammusslor för att skapa och underhålla sina skal, bland andra effekter.

U.S. Geological Survey definierar pH som "ett mått på hur surt eller basiskt vatten är." PH-skalan sträcker sig från 0-14, med 7 anses vara neutrala. Ett pH mindre än 7 är surt, medan ett pH större än 7 är alkaliskt (basiskt). Batterisyra, till exempel, kan ha ett pH på 1, medan Milk of Magnesia kan ha ett pH på 10.

Förändringar i pH kan berätta för forskare något om hur vattenkemin förändras.

I sin forskning, Cai och hans kollegor upptäckte en "pH-lägsta zon" som inträffar på ett djup av cirka 10-15 meter (~ 30-50 fot) i Chesapeake Bay. PH i denna zon är ungefär 7,4, nästan 10 gånger högre i surhet (eller en enhet lägre i pH) än vad som finns i ytvatten, som har ett genomsnittligt pH på 8,2.

Denna zon misstänks bero på en kombination av faktorer, viktigast, från syror som produceras när bottenvatten rik på giftig svavelväte blandas uppåt. Teamet rapporterade resultaten i en artikel i Naturkommunikation den 28 augusti, 2017.

"Denna studie visar för första gången att oxidationen av vätesulfid och ammoniak från bottenvattnen kan vara en stor bidragande faktor till lägre pH i kusthav och kan leda till snabbare försurning i kustvatten jämfört med det öppna havet, "sa Cai, tidningens huvudförfattare och expert på marin kemi och kolrörelse genom kustvatten.

Tidigare studier, inklusive arbete av Cai, har visat att försurning kan vara särskilt allvarlig i näringsrika kustvatten som ofta innehåller områden med för lite syre och höga halter av koldioxid nära botten. Dock, forskare vet inte exakt hur mycket OA som förekommer i en stor vik som Chesapeake Bay, även om det är väl dokumenterat att jordbruksnäringsämnen som kommer in i vattnet har haft en progressiv inverkan på att buktens bottenvatten har blivit anoxiskt, eller syre utarmat, under sommarmånaderna under de senaste 50 åren.

Kvantitativ modell ger nya ledtrådar

Chesapeake Bay är den största mynningen i USA. Förutom att tillhandahålla en blomstrande marin miljö för turism och friluftsliv längs östkusten, bukten spelar en viktig roll i landets ekonomi genom skörd av skaldjur inklusive skaldjur, som blå krabba och ostron, och finfisk som randig bas.

Under forskningskryssningar ombord på UD:s 146 fot långa forskningsfartyg Hugh R. Sharp i augusti 2013 och 2014, UD -forskarna Cai och George Luther och kollegor samlade upp vattenprover upprepade gånger från ett djupt bassäng i Chesapeake Bay. Forskarna mätte syre, vätesulfid, pH, upplöst oorganiskt kol och total alkalinitet.

När Cai analyserade uppgifterna från dessa kryssningar och en annan i april 2015, han märkte att vikens pH tycktes nå ett minimum på djup mellan 10-15 meter. För att förklara detta, Cai byggde en biogeokemisk modell för att simulera hur syre förbrukas och oorganiskt kol och syror produceras för att matcha observationerna som mäts i Chesapeake Bay. Med hjälp av direkta vätesulfidmätningar som samlats in i bottenvattnet av Luther, Cai beräknade hur mycket syra som skulle behöva produceras för att förklara denna minimizon.

Cai förklarade att i kusthavet, i allmänhet, det finns en synergistisk effekt på OA när överflödiga näringsämnen som införs i ekosystemet från mark orsakar växtväxt, en process som kallas eutrofiering som stör vattenets naturkemi och orsakar marina arters död. När det organiska materialet sjunker till bottensedimentet konsumeras det av bakterier som andas, skapar överskott av koldioxid som blandas uppåt i vattenpelaren.

"Vattnet är redan lägre i pH och när du bara tillsätter lite mer koldioxid och andra syror, det skapar en tipppunkt som leder till en minskning av pH, säger Cai.

Han jämförde resultaten av sin Chesapeake Bay -modell med data från Mexikanska golfen, som anses vara ett välbuffrat system som kan motverka förändringarna från OA och hålla sig i balans. Men i stora eutrofiska flodmynningar som Chesapeake Bay, de kombinerade miljö- och klimatförändringsstressorerna gör bukten mer sårbar, och överskottet av näringsämnen och ökad surhet kan ta en större vägtull.

"Med tanke på hur utbredda syrefattiga zoner är i kustvatten över hela världen, att förstå dessa processer gör det möjligt för oss att förutsäga försurning av flodmynningar under förväntade ökningar av koldioxid och pågående minskning av näringsämnen genom förvaltningsåtgärder, "sa Jeremy Testa, biträdande professor vid University of Maryland Center for Environmental Science. "Dessa resultat gör att vi kan identifiera var och när skalbildande organismer som ostron kommer att trivas eller lida i framtiden."

Teamets forskning visar att för närvarande upplösning av levande skal och icke-levande aragonit- och kalcitmineraler har gett en självreglerande mekanism för att buffra eller förhindra att Chesapeake Bay-bottenvattnet blir surt.

Men vad kommer det att betyda för ekonomiskt viktiga arter som ostron och musslor om det övergripande ekosystemet skjuts längre ur balans?

Det är en fråga forskargruppen skulle vilja utforska ytterligare.

"Det finns en gräns för Moder Naturens förmåga att självreglera dessa system, "Sa Cai.