Per molti anni, gli oceani del mondo hanno sofferto per l'assorbimento di anidride carbonica prodotta dall'uomo dall'atmosfera, che ha portato alla diminuzione del pH dell'acqua salata, nota come acidificazione degli oceani, e minacciato la salute degli organismi e degli ecosistemi marini. Sebbene questo processo sia stato ben documentato, il processo di acidificazione è complicato e poco conosciuto nelle acque costiere.

Per esempio, il fusto principale della baia di Chesapeake, il più grande estuario della costa orientale, soffre da anni di carenza di ossigeno e acidificazione nelle sue acque di fondo. A differenza delle acque oceaniche, l'acidificazione negli estuari come la baia di Chesapeake è guidata sia dall'anidride carbonica derivata dai combustibili fossili che dall'anidride carbonica rilasciata dall'intensa decomposizione delle alghe stimolata dagli apporti di nutrienti dal terreno circostante. Sebbene gli scienziati stiano migliorando la loro comprensione delle cause dell'acidificazione, i modi in cui le acque costiere come Chesapeake Bay combattono e resistono all'acidificazione sono meno conosciuti.

Un possibile modo in cui la baia di Chesapeake sta combattendo l'acidificazione degli oceani si presenta sotto forma di un alleato già presente:la vegetazione acquatica sommersa (SAV). Mentre c'è stato un declino in tutta la baia di SAV dagli anni '60 agli anni '80, il ripristino di questi letti SAV un tempo abbondanti è stato un risultato primario degli sforzi per ridurre i carichi di nutrienti e sedimenti nell'estuario e la copertura SAV è aumentata del 300% dal 1984 al 2015.

Uno dei più grandi letti SAV recuperati si trova in un'area della baia nota come Susquehanna Flats, un ampio, regione di acqua dolce di marea situata vicino alla foce del fiume Susquehanna alla testa della baia.

Wei-Jun Cai dell'Università del Delaware faceva parte di un gruppo di ricerca che ha recentemente condotto uno studio sulla baia, anche negli appartamenti Susquehanna, per capire come la baia di Chesapeake utilizza un meccanismo di difesa contro l'acidificazione, noto come tampone, per aiutare a ridurre l'anidride carbonica e l'acidificazione nelle sue acque durante il periodo estivo.

Il team di ricerca comprendeva ricercatori dell'Università di Xiamen in Cina, Collegio di Santa Maria, Oregon State University e l'Università del Maryland Center for Environmental Science's Chesapeake Biological and Horn Point Laboratories.

Hanno scoperto che la forte fotosintesi delle piante nei letti SAV alla testa della baia e in altri bassi, le acque costiere possono rimuovere l'inquinamento da nutrienti nella baia, può generare pH molto elevati, ed elevare lo stato di saturazione dei minerali carbonatici, che facilita la formazione di minerali di carbonato di calcio. Quando queste particelle di carbonato di calcio e altri gusci di carbonato prodotti biologicamente vengono trasportati a valle, entrano nelle acque sotterranee acide dove si dissolvono.

Questa dissoluzione dei minerali carbonati aiuta a "tamponare" l'acqua contro la diminuzione del pH o addirittura a sostenere l'aumento del pH. "Proprio come le persone prendono Tums per neutralizzare gli acidi che causano il bruciore di stomaco, l'idea è che i letti SAV inviino minerali di carbonato nella baia inferiore per neutralizzare gli acidi lì, ", ha affermato Jeremy Testa del Centro per le scienze ambientali dell'Università del Maryland e coautore dello studio.

La ricerca è stata recentemente pubblicata su Geoscienze naturali . Il primo autore, Jianzhong Su, era uno studente di dottorato a doppia laurea della UD-Xiamen University e aveva Cai come consulente.

Dissoluzione del carbonato di calcio

Nei lavori precedenti, Caio, la Maria A.S. Professore Lighthipe presso la School of Marine Science and Policy del College of Earth di UD, Oceano e Ambiente, hanno mostrato che c'era molta dissoluzione del carbonato di calcio nell'acqua sotterranea della baia inferiore, ma non sapevano da dove provenisse quel carbonato.

"Questo documento mostra prove uniche che il carbonato proviene da questi letti di vegetazione acquatica sommersa, " ha detto Cai. "Le acque poco profonde nelle teste a monte e nelle aree vicine alla costa possono avere una grande quantità di vegetazione acquatica sommersa".

In queste zone durante il periodo estivo, la luce solare si combina con i nutrienti per consentire ai letti SAV densi di avviare alti tassi di fotosintesi che causano l'aumento del pH nell'acqua, significa che l'acqua è meno acida.

Poiché il pH è così alto, i ricercatori sono riusciti a raccogliere e misurare le particelle di carbonato sulla superficie delle foglie, che potevano raschiare e analizzare. Co-autori Chaoying Ni, professore nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'UD e Direttore del W.M. Keck Center for Advanced Microscopy and Microanalysis, e Yichen Yao, che era uno studente di livello magistrale in ingegneria dei materiali, ha fatto l'analisi dei minerali.

"Il laboratorio ha fatto un'immagine per noi e ha mostrato il carbonato in questi sedimenti e il sedimento sulle foglie, le particelle, la loro concentrazione era molto più alta del sedimento di fondo, " disse Cai.

Formazioni di carbonio teoriche

Quando i ricercatori si sono recati in una zona poco profonda a monte dei Susquehanna Flats, trovarono anche il carbonato, che li ha portati alla loro teoria che il carbonato si formi in un luogo, particolarmente, nel letto SAV dei Susquehanna Flats, e poi viene trasportato nella baia inferiore.

"Sappiamo che c'è molta dissoluzione dei carbonati nella baia inferiore, e sappiamo che la baia superiore è dove si forma il carbonato. Quindi sul giornale ipotizziamo che sia quella formazione nel letto SAV che viene trasportata a valle e si dissolve e riproduciamo questo trasporto a valle con un modello numerico, " disse Cai. "Questo carbonato che viene trasportato da monte in realtà ha agito come un modo per resistere, per tamponare il pH del sistema."

Ci sono importanti ramificazioni ecologiche di questa scoperta in quanto la gestione e la riduzione dei nutrienti costieri non solo aiuta a combattere lo stress da basso ossigeno, ma anche lo stress da acidificazione agli ambienti e agli organismi che li vivono attraverso la ricomparsa della vegetazione sommersa.

Cai ha detto che mentre i loro risultati preliminari sono incoraggianti, i passaggi successivi sono determinare se le particelle di carbonato sono realmente trasportate dalle correnti e dalle maree nella baia inferiore e, in caso affermativo, quanto velocemente e in quali condizioni questo accade. Vuole tornare alla Baia per stabilire l'anello mancante tra il luogo in cui si forma il carbonato e il luogo in cui si dissolve.

"Questa è una cosa molto interessante, " ha detto Cai. "La gente parla di acidificazione degli oceani e molto raramente parla di ciò che resiste, cosa può tamponare il sistema contro l'acidificazione degli oceani. Quindi è quello che vogliamo trovare".