Eterisk, svajande pelare av brun kelp längs Kaliforniens kuster växer upp genom vattenpelaren, kulminerar i en tät yta av tjocka blad som ger hem och tillflyktsort åt många marina varelser. Det finns spekulationer om att dessa gigantiska alger kan skydda kustnära ekosystem genom att hjälpa till att lindra försurning orsakad av för mycket atmosfäriskt kol som absorberas av haven.

En ny på plats, tvärvetenskaplig analys av jättekelp i Monterey Bay utanför Kaliforniens kust försökte ytterligare undersöka kelps försurningsreducerande potential. "Vi pratar om kelpskogar som skyddar kustmiljön från havsförsurning, men under vilka omständigheter är det sant och i vilken utsträckning?" sa studiegruppsmedlem Heidi Hirsh, en Ph.D. student vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskaper (Stanford Earth). "Den här typen av frågor är viktiga att undersöka innan man försöker implementera detta som en strategi för att minska försurningen av havet."

Teamets resultat, publicerades den 22 oktober i tidskriften JGR Oceans , visa att nära havets yta, vattnets pH var något högre, eller mindre surt, vilket tyder på att kelpkronan minskar surheten. Dock, dessa effekter sträckte sig inte till havsbotten, där känsliga kallvattenkoraller, borrar och skaldjur lever och mest försurning har skett.

"En av de viktigaste fördelarna för mig är begränsningen av de potentiella fördelarna med kelpproduktivitet, sa Hirsh, huvudförfattaren på studien.

Varför kelp?

Kelp är en ekologiskt och ekonomiskt viktig grundart i Kalifornien, där skogar kantar näringsrika, klippiga bottenkuster. En av de skadliga effekterna av ökat kol i atmosfären är dess efterföljande absorption av planetens hav, som orsakar försurning - en kemisk obalans som kan negativt påverka de marina ekosystemens allmänna hälsa, inklusive djur som människor är beroende av för mat.

Kelp har riktats mot som en potentiellt förbättrande art delvis på grund av dess snabba tillväxt - upp till 5 tum per dag - under vilken den genomgår en stor mängd fotosyntes som producerar syre och tar bort koldioxid från vattnet. I Monterey Bay, effekterna av jättekelp påverkas också av säsongsbetonad uppväxt, när djupt, näringsrika, mycket surt vatten från Stilla havet dras mot ytan av viken.

"Det är den här mycket komplicerade historien om att reda ut var fördelen kommer ifrån - om det finns en fördel - och att bedöma det på en plats-för-plats-basis, eftersom förhållandena som vi observerar i södra Monterey Bay kanske inte gäller andra kelpskogar, sa Hirsh.

Forskarna startade verksamheten vid Stanfords Hopkins Marine Station, ett marint laboratorium i Pacific Grove, Kalifornien, och samlade in data offshore från anläggningen i en 300 fot bred kelpskog. Medförfattare Yuichiro Takeshita från Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) tillhandahöll pH-sensorer som distribuerades över hela området för att förstå kemiska och fysiska förändringar i samband med vattenprovtagning.

"Vi går längre än att bara samla in mer kemidata och faktiskt komma till vad som ligger bakom mönstren i den datan, " sa medföreståndaren Kerry Nickols, en biträdande professor vid California State University, Northridge. "Om vi ​​inte tittade på vattenegenskaperna i termer av hur de förändras och skillnaderna mellan toppen och botten av kelpskogarna, vi skulle verkligen inte förstå vad som händer."

Med den nya högupplösta vertikala mätningar av pH, löst syre, salthalt och temperatur, forskarna kunde urskilja mönster i havsvattenkemin runt kelpskogen. På natten, när de förväntade sig att se surare vatten, vattnet var faktiskt mindre surt jämfört med mätningar under dagtid – ett resultat som de antar att det orsakades av uppsvällning av sura, syrefattigt vatten under dagen.

"Det var vilt att se pH-värdet stiga under natten när vi förväntade oss ökad surhet som en funktion av kelp-andningen, " sa Hirsh. "Det var en tidig indikator på hur viktig den fysiska miljön var för att driva den lokala biogeokemiska signalen."

Designa en naturbaserad lösning

Även om detta projekt tittade på kelps potential att förändra den lokala miljön på kort sikt, det öppnar också dörrarna för att förstå långsiktiga effekter, som förmågan att odla 'blått kol, ' undervattensbindningen av koldioxid.

"En av anledningarna till att göra detta är att möjliggöra utformningen av kelpskogar som kan betraktas som ett alternativ för blått kol, " sa medförfattaren Stephen Monismith, Obayashi-professorn vid School of Engineering. "Att förstå exakt hur kelp fungerar mekaniskt och kvantitativt är verkligen viktigt."

Även om kelpskogarnas begränsningspotential i krontaket inte nådde de känsliga organismerna på havsbotten, forskarna hittade en överlag mindre sur miljö i kelpskogen jämfört med utanför den. De organismer som lever i baldakinen eller kan flytta in i den kommer troligen att dra nytta av kelps lokala försurningslindring, de skriver.

En modell för framtida studier

Forskningen fungerar också som en modell för framtida undersökningar om havet som ett tredimensionellt, flytande livsmiljö, enligt medförfattarna.

"Den nuvarande kunskapsmängden är ganska stor, men det tenderar att vara disciplinärt – det är ganska sällsynt att sammanföra alla dessa element för att studera ett komplext kustsystem, " sa co-PI Rob Dunbar, W.M. Keck professor vid Stanford Earth. "På ett sätt, vårt projekt var en slags modell för hur en syntetisk studie som drar samman många olika områden kunde göras."