Sistema carbonatico nella risalita di Cabo Frio

Oct 11, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5292 (2023) Citare questo articolo

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La valutazione quantitativa del sistema carbonatico rappresenta una delle maggiori sfide verso gli “Obiettivi di sviluppo sostenibile” definiti dalle Nazioni Unite nel 2015. In questo senso, il presente studio ha indagato la dinamica spazio-temporale del sistema carbonatico e gli effetti del sistema carbonatico Fenomeni di El Niño e La Niña sull'area di risalita di Cabo Frio. La caratterizzazione fisica del sito è stata effettuata attraverso dati sulla velocità del vento e sulla temperatura della superficie del mare. Campioni di acqua sono stati raccolti anche durante la crociera oceanografica a bordo della Diadorim R/V (nave da ricerca). Da questi campioni sono stati ottenuti i parametri di salinità assoluta e pratica, densità, pH, alcalinità totale, carbonato, calcite, aragonite, carbonio inorganico disciolto bicarbonato, anidride carbonica, pressione parziale di carbonio, calcio e boro totale. La più alta concentrazione media di bicarbonato in S1 (2018 µmol/kg) sembra contribuire ai valori di carbonio inorganico disciolto (2203 µmol/kg). I valori dello stato di saturazione della calcite, dello stato di saturazione dell'aragonite e del carbonato erano più alti sulla superficie di ciascuna stazione (stato di saturazione della calcite = 4,80–5,48; stato di saturazione dell'aragonite = 3,10–3,63 e carbonato = 189–216 µmol/kg). I valori medi del pH erano simili nei campioni giorno/notte (7,96/7,97). L'intero sistema carbonatico è stato calcolato tramite modelli termodinamici con il programma Marine Chemical Analysis (AQM) caricato con i risultati dei seguenti parametri: temperatura, salinità, alcalinità totale e parametri pH. Questo manoscritto presenta dati originali sul sistema carbonatico e sul processo di "acidificazione" influenzato dalla risalita di Cabo Frio, che dipende direttamente dalle oscillazioni dei fenomeni El Niño e La Niña nella temperatura della superficie del mare.

Le fonti, i meccanismi di trasporto e le trasformazioni dell'anidride carbonica (CO2) sono essenziali negli studi sul campo dell'oceanografia1,2. La CO2 inorganica può mostrare una significativa variabilità spaziale e temporale all’interno della stessa massa d’acqua poiché il contenuto dell’oceano dipende da processi come lo scambio atmosferico attraverso la superficie del mare e la degradazione della materia organica (sia di origine autoctona che alloctona)3.

La riduzione del pH dell'acqua di mare causata dall'aumento della CO2 in questo compartimento può portare ad una diminuzione del carbonato marino (Reazione 1), un processo noto anche come acidificazione degli oceani (OA)4. Le acque oceaniche costiere sono naturalmente soggette a variazioni di pH giornaliere, stagionali e persino annuali amplificate da OA5. L'oscillazione del pH dell'acqua di mare influenza la speciazione del sistema carbonatico riducendo la quantità di \({\text{CO}}_{3}^{2-}\) e aumentando la CO2 e \({\text{HCO}}_{3} ^{-}\) contenuti, interferendo nei processi naturali di fotosintesi e calcificazione degli organismi marini, creando così impatti ecologici, sociali ed economici negativi6.

La riduzione della quantità di \({\text{CO}}_{3}^{2-}\) disponibile nell'acqua ridurrà la capacità dell'oceano di rimuovere la CO2 rilasciata nell'atmosfera dalle attività umane. L'assorbimento di H+ e CO2 da parte di \({\text{CO}}_{3}^{2-}\) riduce la capacità delle acque poco profonde di trattenere CO2. Diversi autori hanno collegato lo stato di saturazione del calcio (Ω) con la riduzione della capacità di calcificazione degli organismi legata ad una diminuzione della disponibilità di \({\text{CO}}_{3}^{2-}\)5,7,8. Quando la concentrazione di \({\text{CO}}_{3}^{2-}\) diminuisce nell'acqua di mare (reazione 1), si verifica una riduzione dello stato di saturazione dei carbonati (Ω) (Eq. 1). L'Ω è stato implicato nella riduzione della calcificazione degli organismi marini. Gli animali marini che presentano strutture carbonatiche come scheletri, conchiglie e spine sono i più colpiti dall'OA9,10.

La speciazione e la quantificazione del sistema carbonatico sono considerate sfide per gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG) definiti nel 2015 dalle Nazioni Unite11 per i prossimi nove anni. Una di queste sfide è stabilire un protocollo analitico e implementare un programma di monitoraggio per l’OA. Dati ottenuti in studi sull'OA (pH, TA, [\({\text{HCO}}_{3}^{-}\)], [\({\text{CO}}_{3}^{2 -}\)], [CO2]aq, ρCO2, Ωcalc, Ωarag) sono essenziali anche per validare modelli regionali e globali del flusso di CO2 tra l'interfaccia oceano e atmosfera. Gli studi sull'OA hanno presentato scarsi progressi in questa direzione1,12,13,14,15. Le principali difficoltà legate all'implementazione di un Programma di Monitoraggio dell'OA nelle acque costiere e oceaniche sono (1) l'assenza di un database del sistema carbonatico, (2) la mancanza di un protocollo unificato per la determinazione del pH e dell'alcalinità totale (TA ), (3) la mancata divulgazione della precisione polinomiale dei dati del sistema carbonatico e (4) la mancanza di un archivio di dati integrato e ad accesso aperto sui flussi di CO2 nelle acque costiere e oceaniche16.