Under många år, världens hav har lidit av att absorbera människogjord koldioxid från atmosfären, vilket har lett till att saltvattnet sjunker, känd som försurning av havet, och hotade marina organismer och ekosystems hälsa. Även om denna process har dokumenterats väl, försurningsprocessen är komplicerad och dåligt förstådd i kustvatten.

Till exempel, huvudstammen i Chesapeake Bay, östkustens största mynning, har lidit av lågt syre och försurning i flera år i sina bottenvatten. Till skillnad från havsvatten, försurning i flodmynningar som Chesapeake Bay drivs av både fossila bränslen som härrör från koldioxid och koldioxid som frigörs från den intensiva sönderdelningen av alger som drivs av näringsämnen från omgivande mark. Även om forskare förbättrar sin förståelse av orsakerna till försurning, de sätt på vilka kustvatten som Chesapeake Bay slå tillbaka och motstå försurning är mindre kända.

Ett möjligt sätt att Chesapeake Bay bekämpar försurning av havet kommer i form av en redan närvarande allierad:nedsänkt vattenväxtlighet (SAV). Medan det fanns en vikande minskning av SAV från 1960-talet till 1980-talet, att återställa dessa en gång så rikliga SAV-sängar har varit ett primärt resultat av ansträngningarna att minska mängden näringsämnen och sediment till mynningen och SAV-täckningen har ökat med 300 procent från 1984 till 2015.

En av de största återvunna SAV -sängarna ligger i ett område i bukten som kallas Susquehanna Flats - en bred, tidvatten sötvattenregion som ligger nära mynningen av floden Susquehanna vid vikens topp.

University of Delaware's Wei-Jun Cai var en del av en forskargrupp som nyligen genomförde en studie av bukten, inklusive i Susquehanna -lägenheterna, för att förstå hur Chesapeake Bay använder en försvarsmekanism mot försurning - känd som buffring - för att minska koldioxid och försurning i dess vatten under sommartiden.

Forskargruppen omfattade forskare från Xiamen University i Kina, St. Mary's College, Oregon State University och University of Maryland Center for Environmental Science's Chesapeake Biological and Horn Point Laboratories.

De fann att stark fotosyntes av växterna i SAV -sängar vid fjärdens topp och i andra grunda, nära havet kan ta bort näringsföroreningar i viken, kan generera mycket högt pH, och höja karbonatmineralt mättnadstillstånd, vilket underlättar bildandet av kalciumkarbonatmineraler. När dessa kalciumkarbonatpartiklar och andra biologiskt producerade karbonatskal transporteras nedströms, de kommer in i surt underjordiskt vatten där de löser sig.

Denna upplösning av karbonatmineralerna hjälper till att "buffra" vattnet mot pH -minskningar eller till och med stödja pH -ökning. "Precis som människor tar Tums för att neutralisera syrorna som orsakar halsbränna, tanken är att SAV -sängar skickar karbonatmineraler till den nedre viken för att neutralisera syror där, "säger Jeremy Testa från University of Maryland Center for Environmental Sciences och en medförfattare till studien.

Forskningen publicerades nyligen i Naturgeovetenskap . Den första författaren, Jianzhong Su, var en doktorand vid UD-Xiamen University Dual Degree och hade Cai som rådgivare.

Kalciumkarbonatupplösning

I tidigare arbeten, Cai, Mary A.S. Lighthipe professor vid School of Marine Science and Policy i UD's College of Earth, Hav och miljö, visade att det fanns mycket kalciumkarbonatupplösning i underjordiska vattnet i den nedre viken men de visste inte varifrån karbonatet kom.

"Detta dokument visar unika bevis på att karbonatet kommer från dessa nedsänkta vattenväxtbäddar, "sade Cai." Grunt vatten i uppströms huvuden och närområden kan ha en enorm mängd nedsänkt vattenväxtlighet. "

I dessa områden under sommartid, solljus kombineras med näringsämnen för att tillåta täta SAV -sängar att initiera höga fotosynteshastigheter som får pH i vattnet att öka, vilket betyder att vattnet är mindre surt.

Eftersom pH är så högt, forskarna kunde samla och mäta karbonatpartiklarna på bladens yta, som de kunde skrapa och analysera. Medförfattare Chaoying Ni, professor vid UD:s institution för materialvetenskap och teknik och direktör för W.M. Keck Center for Advanced Microscopy and Microanalysis, och Yichen Yao, som var en masterstudent i materialteknik, gjorde mineralanalysen.

"Labbet gjorde en bild för oss och visade karbonatet i dessa sediment och sedimentet på bladen, partiklarna, deras koncentration var mycket högre än bottensedimentet, "sa Cai.

Teoretiska kolformationer

När forskarna gick till ett grunt område uppströms Susquehanna -lägenheterna, de hittade också karbonatet, vilket ledde dem till deras teori om att karbonatet bildas på en plats, särskilt, i Susquehanna Flats SAV -säng, och sedan transporteras den till den nedre viken.

"Vi vet att det finns mycket karbonatupplösning i nedre viken, och vi vet att den övre viken är där karbonatet bildas. Så i tidningen, vi antar att det är den formationen i SAV -sängen som transporteras nedströms och löses upp och vi reproducerar denna nedströms transport med en numerisk modell, "sa Cai." Detta karbonat som transporteras från uppströms fungerade faktiskt som ett sätt att motstå, för att buffra systemets pH. "

Det finns viktiga ekologiska konsekvenser av detta fynd genom att näringshantering och minskning vid kusten inte bara hjälper till att bekämpa låg syrestress utan också försurningsstress till miljöer och organismer som lever där via återupplivning av nedsänkt vegetation.

Cai sa att medan deras preliminära resultat är uppmuntrande, nästa steg är att avgöra om karbonatpartiklarna verkligen transporteras av strömmarna och tidvattnet till den nedre viken och i så fall, hur snabbt och under vilka förhållanden detta händer. Han vill gå tillbaka till viken för att spika upp den saknade länken mellan var karbonatet bildas och där det löser sig.

"Det här är en mycket intressant sak, "Cai sa." Folk pratar om försurning av havet och talar väldigt sällan om vad som motstår det, vad kan buffra systemet mot försurning av havet. Så det är det vi vill hitta. "