Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/10916
Title: Ocean acidification processes in coastal and offshore ecosystems
Authors: Ingrosso, Gianmarco
Supervisore/Tutore: Del Negro, Paola
Issue Date: 27-Mar-2015
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: Since the beginning of Industrial Revolution a massive amount of atmospheric carbon dioxide, produced by human activity, has been absorbed by the World’s Oceans. This process has led to an acidification of marine waters on a global scale and is one of the most serious threats facing marine ecosystems in this century. The negative impacts of ocean acidification could be much more relevant in coastal ecosystems, where marine life is concentrated and biogeochemical processes are more active. However, future projections of pH reduction in these areas are difficult to estimate because result from multiple physical and biological drivers, including watershed weathering, river-born nutrient inputs, and changes in ecosystem structure and metabolism. In order to assess the sensibility of the Gulf of Trieste to the ocean acidification, high quality determination of the marine carbonate system (pHT, total alkalinity, dissolved inorganic carbon-DIC, buffer capacity) and other related biogeochemical parameters were carried out along a transect from the Isonzo River mouth to the centre of the gulf and at the coastal Long Term Ecological Research station C1. At the same time the biological influence of organic matter production and decomposition on the marine CO2 system was estimated using 14C primary production and heterotrophic prokaryote production (by 3H-leucine incorporation). The two years long measurements revealed a complex dynamic of the marine carbonate system, due to the combined effects of local freshwater inputs, biological processes, and air-sea CO2 exchange. However, it was possible to estimate the influence of the different drivers on a seasonal time scale. In winter the very low seawater temperature (minima = 2.88 °C) and strong Bora events determined a marked dissolution of atmospheric CO2 and elevated DIC concentration. During warm seasons the DIC concentration gradually decreased in the surface layer, due to biological drawdown (primary production) and thermodynamic equilibria (CO2 degassing), whereas under the pycnocline the respiration and remineralisation of organic matter prevailed, causing a temporary acidification of bottom waters. The winter seawater invasion of atmospheric CO2 was balanced by high riverine AT input (maxima ∼ 2933 µmol kg-1), derived mainly from chemical weathering of carbonate rocks of the surrounding karstic area, which increased the buffer capacity of this system and probably could mitigate the effect of ocean acidification. The marine carbonate system was also analysed in the Middle and Southern Adriatic Sea, in order to estimate the concentration of anthropogenic carbon dioxide currently present in this area. The results suggested that the entire water column was contaminated by a large amount of anthropogenic CO2 and very high concentration was detected near the bottom, in correspondence of the North Adriatic Dense Waters. This finding supported the hypothesis that during dense water formation events the very low seawater temperature can favour the physical dissolution of atmospheric carbon dioxide, and also revealed the active role of the North Adriatic Sea in sequestering and storing anthropogenic CO2 into the deep layers of Mediterranean Sea.
Dall’inizio della Rivoluzione Industriale ad oggi, una grande quantità di anidride carbonica antropogenica presente in atmosfera è stata assorbita dagli Oceani di tutto il mondo. Questo processo ha portato all’acidificazione del mare su scala globale e rappresenta una delle più gravi minacce per gli ecosistemi marini in questo secolo. L’impatto negativo di tale fenomeno, noto come ocean acidification, potrebbe essere maggiore soprattutto negli ecosistemi costieri, poiché è qui che si concentrano gli organismi marini ed è qui che i cicli biogeochimici risultano più attivi. Tuttavia è difficile stimare il futuro abbassamento del pH in queste aree a causa della loro complessità e della moltitudine dei processi fisici, chimici e biologici coinvolti (cambiamenti dello stato trofico e del metabolismo dell’ecosistema, input fluviale di nutrienti, materia organica e prodotti di dissoluzione delle rocce, ecc.). Allo scopo di valutare la vulnerabilità del Golfo di Trieste rispetto al processo di ocean acidification, per due anni sono state eseguite misure di elevata precisione del sistema carbonatico marino (pHT, alcalinità totale, carbonio inorganico disciolto-DIC, capacità tamponante) e di altri parametri biogeochimici correlati lungo un transetto che congiunge la foce del fiume Isonzo al centro del Golfo e nella stazione C1 sito LTER (Long Time Ecological Research C1). Inoltre, per valutare in maniera più approfondita l’influenza dei processi biologici sulla variabilità del sistema carbonatico, è stata stimata la produzione primaria, attraverso il metodo dell’incorporazione di 14C, e la produzione procariotica eterotrofa, attraverso l’incorporazione di 3H-leucina. I risultati hanno evidenziato una complessa dinamica del sistema carbonatico dovuta all’effetto e all’interazione degli apporti fluviali, dei processi biologici e dello scambio di CO2 tra atmosfera e mare. Su scala stagionale, tuttavia, è stata stimata l’influenza e il contributo dei diversi processi. In inverno, la bassa temperatura dell’acqua, che in un caso estremo ha raggiunto i 2.88 °C, e i forti venti di Bora hanno favorito la dissoluzione della CO2 atmosferica, determinando un incremento della concentrazione di DIC. Durante la primavera e l’estate i livelli di DIC sono diminuiti gradualmente negli strati superficiali, grazie all’effetto combinato della produzione primaria e alla perdita di CO2 verso l’atmosfera per degassamento. Nel periodo tardo estivo-autunnale, invece, al di sotto del picnoclino i processi di respirazione e remineralizzazione della materia organica sono risultati predominanti determinando, a causa dell’elevata concentrazione di CO2 prodotta, una temporanea acidificazione delle acque di fondo. Il forte assorbimento di CO2 atmosferica stimato durante l’inverno era, però, controbilanciato dall’apporto fluviale di alcalinità totale, derivante dal processo di dissoluzione delle rocce calcaree presenti nell’area carsica. Tale fenomeno ha determinato un aumento della capacità tamponante del sistema, mitigando probabilmente il processo di ocean acidification in quest’area. Parallelamente alle analisi nel Golfo di Trieste, il sistema carbonatico marino è stato analizzato anche nel Medio e Sud Adriatico, con lo scopo di stimare la concentrazione di anidride carbonica antropogenica attualmente presente in questi sottobacini. I risultati hanno dimostrato come tutta la colonna d’acqua avesse assorbito una grande quantità di CO2 antropica. In particolare elevate concentrazioni sono state individuate sul fondo, in corrispondenza delle acque dense di origine nord adriatica. Tali risultati hanno confermato l’ipotesi secondo la quale in inverno, durante il processo di formazione di acque dense nel Nord Adriatico, le basse temperature raggiunte dalle acque possono favorire la dissoluzione fisica della CO2 atmosferica. Hanno dimostrato, inoltre, l’importante ruolo svolto da tutto il bacino nord adriatico nel sequestrare e trasportare la CO2 antropica nelle profondità del mare, estendendo il processo di ocean acidification anche ad aree meno contaminate.
Ciclo di dottorato: XXVII Ciclo
metadata.dc.subject.classification: BIOLOGIA AMBIENTALE
Description: 2013/2014
Keywords: ocean acidification
carbonate system
pH
biological processes
Gulf of Trieste
Adriatic Sea
Mediterranean Sea
Language: en
Type: Doctoral Thesis
NBN: urn:nbn:it:units-13703
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