應用案例

Picarro L2120-i（當地河流對海岸酸化的影響）

發(fā)表時間：2024-04-17

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摘要

沿海生態(tài)系統是碳循環(huán)高度活躍的區(qū)域，也是最有可能受到海洋酸化加劇的區(qū)域。本研究通過以密西西比海峽的溶解無機碳（DIC）和總堿度（TA）為研究重點，了解當地河流對海岸酸化的影響。此區(qū)域除了間歇性通過溢洪道（Bonnet Carré Spillway，以下簡稱BCS）引入的密西西比河水外，主要接收來自當地河流的大量淡水。自2018年8月至2019年11月期間，每月在海灣內進行現場采樣。而在2019年6月至8月期間，由于溢洪道的延長而進行每周現場采樣。在2019年溢洪道開放之前，當地低堿度河流對海灣的貢獻可能使研究區(qū)域在冬季更容易受到海岸酸化的影響，文石飽和態(tài)（Ωar）<2。當溢洪道開啟后，盡管整個海灣的總堿度（ta）大幅增加，文石飽和度仍較低，可能是由于地下水中缺氧和co_{2濃度增加。密西西比河輸入量的增加可能代表著春季和夏季海灣水文的新常態(tài)。由于氣候的變化，密西西比河流域的降水量不斷增加，溢洪道的使用頻率越來越高密。未來淡水排放量的增加以及與之相關的海水鹽度、溶解氧和Ωar的下降，可能會對牡蠣種群和類似生態(tài)系統對海岸酸化的恢復力造成不利影響。}

方法

為了區(qū)分淡水源，我們利用了基于水的氧同位素組成（δ¹⁸O）的端元混合模型的結果，使用Sanial等人（2019）的方法采集水同位素樣品，并使用van Geldern和Barth（2012）的方法測量BCS和河流采樣。簡言之，將酸洗過的瓶子連接到非金屬桿上，以收集水樣。瓶子被沖洗三次，并由戴著聚乙烯手套的取樣器填充。

樣品被轉運回岸邊，用0.45μm過濾器過濾并儲存在玻璃瓶中，用Parafilm密封，以防止蒸發(fā)，然后通過水同位素分析儀（L2120-i腔衰蕩光譜儀，Picarro Inc.）進行分析。

正如Sanial等人（2019）所描述的，墨西哥灣海水、密西西比河水和當地河流的δ¹⁸O和鹽度末端值不同。因此，通過對δ¹⁸O測量，可以得出所有BCS樣品中這三種水類型的水分數。我們利用這些分數，根據端元值和保守混合假設預測DIC和TA，我們的觀察結果與這一預測的偏差程度是評估非保守行為的一種方法。

如上所述，BCS采樣期間，密西西比河河水在地表水中的比例通過使用水中氧同位素和鹽度的線性混合模型（如Sanial等人2019所述）。本質上，來自密西西比河（MR）、海區(qū)（SW）和當地河流（LR）的H₂Oδ¹⁸O是不同的。因此，使用三端構件線性混合模型，得出這三種來源水的分數。值得注意的是，當地的密西西比河/阿拉巴馬河被分為一個末端成員，因為它們具有相似的δ¹⁸O值。簡言之，該模型基于δ¹⁸O和鹽度呈現保守混合的原理。因此，可以使用一組兩個線性混合方程來描述這三個端部構件之間的混合：

其中δ¹⁸O_sample和Sal_sample是樣品的水同位素組成和鹽度；f_SW、MR、LR是海水、密西西比河和當地河水的分數；δ¹⁸O_SW、MR、LR和Sal_SW、MR、LR是三個末端成員的同位素組成和鹽度（根據Mg/Ca比率）。

結論

背景知識：Aragonite Saturation State文石飽和度(Ω文石)作為衡量海洋酸化狀況的指標之一,在評估海洋鈣質生物的生存環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用。

密西西比州和阿拉巴馬州當地較低堿性的河流可能更容易使密西西比灣在秋冬月份發(fā)生海岸酸化。低TA與Ωar觀測值是相關的，因為它們與幼齡牡蠣成熟的脆弱期同時發(fā)生。在本研究期間，TA和Ωar在夏季和初秋月份均增加，這可能是由于BCS的巨大影響。BCS在2019年2月至7月期間將密西西比河的高堿度水輸送至海灣。盡管表面TA和Ωar值平均增加，但整個夏季底水Ωar仍小于2。這可能是由于淡水分層導致的缺氧和pCO₂升高，以及地表水初級生產力增加，從而增強了地下呼吸。由于氣候變化導致流域降雨量增加（Lindsey，2021），來自BCS的密西西比河水的大量季節(jié)性輸入，可能代表了春季和夏季桑德水文學的一個新常態(tài)。TA和Ωar的季節(jié)性波動以及通常較低的平均文石飽和度狀態(tài)表明該系統對環(huán)境變化沒有很好的緩沖。低文石飽和度將對密西西比海峽的牡蠣種群有害，因此我們必須了解影響密西西比灣生態(tài)系統的碳系統和區(qū)域環(huán)境壓力源。

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陳工 chenxf@cen-sun.com

高工 gaoch@cen-sun.com