应用案例

Picarro L2120-i（当地河流对海岸酸化的影响）

发表时间：2024-04-17

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摘要

沿海生态系统是碳循环高度活跃的区域，也是最有可能受到海洋酸化加剧的区域。本研究通过以密西西比海峡的溶解无机碳（DIC）和总碱度（TA）为研究重点，了解当地河流对海岸酸化的影响。此区域除了间歇性通过溢洪道（Bonnet Carré Spillway，以下简称BCS）引入的密西西比河水外，主要接收来自当地河流的大量淡水。自2018年8月至2019年11月期间，每月在海湾内进行现场采样。而在2019年6月至8月期间，由于溢洪道的延长而进行每周现场采样。在2019年溢洪道开放之前，当地低碱度河流对海湾的贡献可能使研究区域在冬季更容易受到海岸酸化的影响，文石饱和态（Ωar）<2。当溢洪道开启后，尽管整个海湾的总碱度（ta）大幅增加，文石饱和度仍较低，可能是由于地下水中缺氧和co_{2浓度增加。密西西比河输入量的增加可能代表着春季和夏季海湾水文的新常态。由于气候的变化，密西西比河流域的降水量不断增加，溢洪道的使用频率越来越高密。未来淡水排放量的增加以及与之相关的海水盐度、溶解氧和Ωar的下降，可能会对牡蛎种群和类似生态系统对海岸酸化的恢复力造成不利影响。}

方法

为了区分淡水源，我们利用了基于水的氧同位素组成（δ¹⁸O）的端元混合模型的结果，使用Sanial等人（2019）的方法采集水同位素样品，并使用van Geldern和Barth（2012）的方法测量BCS和河流采样。简言之，将酸洗过的瓶子连接到非金属杆上，以收集水样。瓶子被冲洗三次，并由戴着聚乙烯手套的取样器填充。

样品被转运回岸边，用0.45μm过滤器过滤并储存在玻璃瓶中，用Parafilm密封，以防止蒸发，然后通过水同位素分析仪（L2120-i腔衰荡光谱仪，Picarro Inc.）进行分析。

正如Sanial等人（2019）所描述的，墨西哥湾海水、密西西比河水和当地河流的δ¹⁸O和盐度末端值不同。因此，通过对δ¹⁸O测量，可以得出所有BCS样品中这三种水类型的水分数。我们利用这些分数，根据端元值和保守混合假设预测DIC和TA，我们的观察结果与这一预测的偏差程度是评估非保守行为的一种方法。

如上所述，BCS采样期间，密西西比河河水在地表水中的比例通过使用水中氧同位素和盐度的线性混合模型（如Sanial等人2019所述）。本质上，来自密西西比河（MR）、海区（SW）和当地河流（LR）的H₂Oδ¹⁸O是不同的。因此，使用三端构件线性混合模型，得出这三种来源水的分数。值得注意的是，当地的密西西比河/阿拉巴马河被分为一个末端成员，因为它们具有相似的δ¹⁸O值。简言之，该模型基于δ¹⁸O和盐度呈现保守混合的原理。因此，可以使用一组两个线性混合方程来描述这三个端部构件之间的混合：

其中δ¹⁸O_sample和Sal_sample是样品的水同位素组成和盐度；f_SW、MR、LR是海水、密西西比河和当地河水的分数；δ¹⁸O_SW、MR、LR和Sal_SW、MR、LR是三个末端成员的同位素组成和盐度（根据Mg/Ca比率）。

结论

背景知识：Aragonite Saturation State文石饱和度(Ω文石)作为衡量海洋酸化状况的指标之一,在评估海洋钙质生物的生存环境中发挥着重要的作用。

密西西比州和阿拉巴马州当地较低碱性的河流可能更容易使密西西比湾在秋冬月份发生海岸酸化。低TA与Ωar观测值是相关的，因为它们与幼龄牡蛎成熟的脆弱期同时发生。在本研究期间，TA和Ωar在夏季和初秋月份均增加，这可能是由于BCS的巨大影响。BCS在2019年2月至7月期间将密西西比河的高碱度水输送至海湾。尽管表面TA和Ωar值平均增加，但整个夏季底水Ωar仍小于2。这可能是由于淡水分层导致的缺氧和pCO₂升高，以及地表水初级生产力增加，从而增强了地下呼吸。由于气候变化导致流域降雨量增加（Lindsey，2021），来自BCS的密西西比河水的大量季节性输入，可能代表了春季和夏季桑德水文学的一个新常态。TA和Ωar的季节性波动以及通常较低的平均文石饱和度状态表明该系统对环境变化没有很好的缓冲。低文石饱和度将对密西西比海峡的牡蛎种群有害，因此我们必须了解影响密西西比湾生态系统的碳系统和区域环境压力源。

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陈工 chenxf@cen-sun.com

高工 gaoch@cen-sun.com