Published November 4, 2016
| Version v1
Publication
Open
Effects of ocean acidification on pelagic carbon fluxes in a mesocosm experiment
Creators
- 1. University of Helsinki
- 2. Finnish Environment Institute
- 3. Southern Cross University
- 4. GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel
- 5. University of Southampton
- 6. National Oceanography Centre
- 7. Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries
- 8. Escuela Superior Politecnica del Litoral
- 9. Royal Netherlands Institute for Sea Research
- 10. Utrecht University
- 11. University of Amsterdam
- 12. University of Potsdam
Description
Abstract. About a quarter of anthropogenic CO2 emissions are currently taken up by the oceans, decreasing seawater pH. We performed a mesocosm experiment in the Baltic Sea in order to investigate the consequences of increasing CO2 levels on pelagic carbon fluxes. A gradient of different CO2 scenarios, ranging from ambient ( ∼ 370 µatm) to high ( ∼ 1200 µatm), were set up in mesocosm bags ( ∼ 55 m3). We determined standing stocks and temporal changes of total particulate carbon (TPC), dissolved organic carbon (DOC), dissolved inorganic carbon (DIC), and particulate organic carbon (POC) of specific plankton groups. We also measured carbon flux via CO2 exchange with the atmosphere and sedimentation (export), and biological rate measurements of primary production, bacterial production, and total respiration. The experiment lasted for 44 days and was divided into three different phases (I: t0–t16; II: t17–t30; III: t31–t43). Pools of TPC, DOC, and DIC were approximately 420, 7200, and 25 200 mmol C m−2 at the start of the experiment, and the initial CO2 additions increased the DIC pool by ∼ 7 % in the highest CO2 treatment. Overall, there was a decrease in TPC and increase of DOC over the course of the experiment. The decrease in TPC was lower, and increase in DOC higher, in treatments with added CO2. During phase I the estimated gross primary production (GPP) was ∼ 100 mmol C m−2 day−1, from which 75–95 % was respired, ∼ 1 % ended up in the TPC (including export), and 5–25 % was added to the DOC pool. During phase II, the respiration loss increased to ∼ 100 % of GPP at the ambient CO2 concentration, whereas respiration was lower (85–95 % of GPP) in the highest CO2 treatment. Bacterial production was ∼ 30 % lower, on average, at the highest CO2 concentration than in the controls during phases II and III. This resulted in a higher accumulation of DOC and lower reduction in the TPC pool in the elevated CO2 treatments at the end of phase II extending throughout phase III. The "extra" organic carbon at high CO2 remained fixed in an increasing biomass of small-sized plankton and in the DOC pool, and did not transfer into large, sinking aggregates. Our results revealed a clear effect of increasing CO2 on the carbon budget and mineralization, in particular under nutrient limited conditions. Lower carbon loss processes (respiration and bacterial remineralization) at elevated CO2 levels resulted in higher TPC and DOC pools than ambient CO2 concentration. These results highlight the importance of addressing not only net changes in carbon standing stocks but also carbon fluxes and budgets to better disentangle the effects of ocean acidification.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة. حوالي ربع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ تمتصها المحيطات حاليًا، مما يقلل من درجة الحموضة في مياه البحر. أجرينا تجربة الكون المتوسط في بحر البلطيق من أجل التحقيق في عواقب زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون على تدفقات الكربون السطحية. تم إعداد تدرج من سيناريوهات ثاني أكسيد الكربون المختلفة، تتراوح من المحيط (370 ميكرومتر) إلى العالي (1200 ميكرومتر)، في أكياس متوسطة الحجم (55 متر مكعب). حددنا المخزونات الدائمة والتغيرات الزمنية لإجمالي الكربون الجسيمي (TPC)، والكربون العضوي المذاب (DOC)، والكربون غير العضوي المذاب (DIC)، والكربون العضوي الجسيمي (POC) لمجموعات محددة من العوالق. كما قمنا بقياس تدفق الكربون عبر تبادل ثاني أكسيد الكربون مع الغلاف الجوي والترسيب (التصدير)، وقياسات المعدل البيولوجي للإنتاج الأولي والإنتاج البكتيري والتنفس الكلي. استمرت التجربة لمدة 44 يومًا وقسمت إلى ثلاث مراحل مختلفة (I: t0 - t16 ؛ II: t17 - t30 ؛ III: t31 - t43). كانت تجمعات TPC و DOC و DIC حوالي 420 و 7200 و 25 200 ملي مول C m−2 في بداية التجربة، وزادت الإضافات الأولية لثاني أكسيد الكربون من تجمع DIC بنسبة 7 ٪ في أعلى معالجة لثاني أكسيد الكربون. بشكل عام، كان هناك انخفاض في TPC وزيادة في DOC على مدار التجربة. كان الانخفاض في TPC أقل، وزيادة في DOC أعلى، في العلاجات التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون المضاف. خلال المرحلة الأولى، كان إجمالي الإنتاج الأولي المقدر (GPP) 100 ملي مول Cm−2 يوم−1، تم استنشاق 75–95 ٪ منه، وانتهى الأمر بـ 1 ٪ في TPC (بما في ذلك التصدير)، وتمت إضافة 5–25 ٪ إلى مجموعة المستندات. خلال المرحلة الثانية، زاد فقدان التنفس إلى 100 ٪ من الناتج المحلي الإجمالي عند تركيز ثاني أكسيد الكربون المحيط، في حين كان التنفس أقل (85–95 ٪ من الناتج المحلي الإجمالي) في أعلى علاج لثاني أكسيد الكربون. كان الإنتاج البكتيري أقل بنسبة 30 ٪، في المتوسط، عند أعلى تركيز لثاني أكسيد الكربون مما كان عليه في الضوابط خلال المرحلتين الثانية والثالثة. أدى ذلك إلى تراكم أعلى من DOC وانخفاض في تجمع TPC في معالجات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة في نهاية المرحلة الثانية الممتدة طوال المرحلة الثالثة. ظل الكربون العضوي "الإضافي" عند ثاني أكسيد الكربون المرتفع ثابتًا في كتلة حيوية متزايدة من العوالق صغيرة الحجم وفي تجمع DOC، ولم ينتقل إلى ركام كبير غارق. كشفت نتائجنا عن تأثير واضح لزيادة ثاني أكسيد الكربون على ميزانية الكربون والتمعدن، لا سيما في ظل ظروف المغذيات المحدودة. أدت عمليات فقدان الكربون المنخفضة (التنفس وإعادة التمعدن البكتيري) عند مستويات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة إلى تجمعات TPC و DOC أعلى من تركيز ثاني أكسيد الكربون المحيط. تسلط هذه النتائج الضوء على أهمية معالجة ليس فقط صافي التغيرات في المخزونات الدائمة للكربون ولكن أيضًا تدفقات الكربون والميزانيات لفصل آثار تحمض المحيطات بشكل أفضل.Translated Description (French)
Résumé. Environ un quart des émissions anthropiques de CO2 sont actuellement absorbées par les océans, ce qui diminue le pH de l'eau de mer. Nous avons effectué une expérience de mésocosme dans la mer Baltique afin d'étudier les conséquences de l'augmentation des niveaux de CO2 sur les flux de carbone pélagiques. Un gradient de différents scénarios de CO2, allant de l'ambiant ( ∼ 370 µatm) à élevé ( ∼ 1200 µatm), a été mis en place dans des sacs en mésocosme ( ∼ 55 m3). Nous avons déterminé les stocks permanents et les changements temporels du carbone particulaire total (TPC), du carbone organique dissous (DOC), du carbone inorganique dissous (DIC) et du carbone organique particulaire (POC) de groupes de plancton spécifiques. Nous avons également mesuré le flux de carbone via l'échange de CO2 avec l'atmosphère et la sédimentation (exportation), et les mesures du taux biologique de la production primaire, de la production bactérienne et de la respiration totale. L'expérience a duré 44 jours et a été divisée en trois phases différentes (I : t0–t16 ; II : t17–t30 ; III : t31–t43). Les pools de TPC, DOC et DIC étaient d'environ 420, 7200 et 25 200 mmol C m−2 au début de l'expérience, et les ajouts initiaux de CO2 ont augmenté le pool de DIC d'environ 7 % dans le traitement au CO2 le plus élevé. Dans l'ensemble, il y a eu une diminution du TPC et une augmentation du COD au cours de l'expérience. La diminution du TPC était plus faible et l'augmentation du COD plus élevée dans les traitements avec ajout de CO2. Au cours de la phase I, la production primaire brute (GPP) estimée était d'environ 100 mmol C m−2 jour−1, d'où 75 à 95 % ont été respirés, environ 1 % se sont retrouvés dans le TPC (y compris l'exportation) et 5 à 25 % ont été ajoutés au pool de DOC. Au cours de la phase II, la perte respiratoire a augmenté à environ 100 % de la GPP à la concentration ambiante de CO2, alors que la respiration était plus faible (85–95 % de la GPP) dans le traitement au CO2 le plus élevé. La production bactérienne était inférieure d'environ 30 %, en moyenne, à la concentration de CO2 la plus élevée par rapport aux témoins pendant les phases II et III. Cela a entraîné une accumulation plus élevée de COD et une réduction plus faible du pool TPC dans les traitements au CO2 élevé à la fin de la phase II s'étendant tout au long de la phase III. Le carbone organique « supplémentaire » à forte teneur en CO2 est resté fixe dans une biomasse croissante de plancton de petite taille et dans le bassin de COD, et ne s'est pas transféré dans de grands agrégats coulants. Nos résultats ont révélé un effet clair de l'augmentation du CO2 sur le bilan carbone et la minéralisation, en particulier dans des conditions limitées en nutriments. Des processus de perte de carbone plus faibles (respiration et reminéralisation bactérienne) à des niveaux élevés de CO2 ont entraîné des piscines de TPC et de COD plus élevées que la concentration ambiante de CO2. Ces résultats soulignent l'importance de traiter non seulement les changements nets dans les stocks permanents de carbone, mais aussi les flux et les budgets de carbone pour mieux démêler les effets de l'acidification des océans.Translated Description (Spanish)
Resumen. Alrededor de una cuarta parte de las emisiones antropogénicas de CO2 son absorbidas actualmente por los océanos, disminuyendo el pH del agua de mar. Realizamos un experimento de mesocosmos en el Mar Báltico con el fin de investigar las consecuencias del aumento de los niveles de CO2 en los flujos de carbono pelágico. Se configuró un gradiente de diferentes escenarios de CO2, que van desde ambiente ( ~ 370 µatm) hasta alto ( ~ 1200 µatm), en bolsas de mesocosmo ( ~ 55 m3). Determinamos las existencias permanentes y los cambios temporales del carbono particulado total (TPC), el carbono orgánico disuelto (DOC), el carbono inorgánico disuelto (dic) y el carbono orgánico particulado (POC) de grupos específicos de plancton. También medimos el flujo de carbono a través del intercambio de CO2 con la atmósfera y la sedimentación (exportación), y las mediciones de la tasa biológica de la producción primaria, la producción bacteriana y la respiración total. El experimento duró 44 días y se dividió en tres fases diferentes (I: t0–t16; II: t17–t30; III: t31–t43). Los grupos de TPC, DOC y dic fueron de aproximadamente 420, 7200 y 25 200 mmol C m−2 al inicio del experimento, y las adiciones iniciales de CO2 aumentaron el grupo de CID en ~ 7 % en el tratamiento con CO2 más alto. En general, hubo una disminución en el TPC y un aumento del DOC en el transcurso del experimento. La disminución en TPC fue menor, y el aumento en DOC mayor, en tratamientos con CO2 añadido. Durante la fase I, la producción primaria bruta (GPP) estimada fue de ∼ 100 mmol C m−2 día−1, de la cual se respiró el 75–95 %, ∼ 1 % terminó en el TPC (incluida la exportación) y se añadió el 5–25 % al grupo DOC. Durante la fase II, la pérdida de respiración aumentó a ~ 100 % de la GPP a la concentración de CO2 ambiental, mientras que la respiración fue menor (85–95 % de la GPP) en el tratamiento con CO2 más alto. La producción bacteriana fue ~ 30 % menor, en promedio, a la concentración más alta de CO2 que en los controles durante las fases II y III. Esto dio como resultado una mayor acumulación de DOC y una menor reducción en el grupo de TPC en los tratamientos con CO2 elevado al final de la fase II que se extiende a lo largo de la fase III. El carbono orgánico "extra" con un alto nivel de CO2 se mantuvo fijo en una biomasa creciente de plancton de pequeño tamaño y en el grupo DOC, y no se transfirió a grandes agregados que se hunden. Nuestros resultados revelaron un claro efecto del aumento de CO2 en el presupuesto de carbono y la mineralización, en particular en condiciones limitadas de nutrientes. Los procesos de pérdida de carbono más bajos (respiración y remineralización bacteriana) a niveles elevados de CO2 dieron como resultado piscinas de TPC y DOC más altas que la concentración de CO2 ambiental. Estos resultados resaltan la importancia de abordar no solo los cambios netos en las reservas permanentes de carbono, sino también los flujos y presupuestos de carbono para desenredar mejor los efectos de la acidificación de los océanos.Files
bg-13-6081-2016.pdf.pdf
Files
(1.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9ac90ba0cda7246b1563b16c6e1cea24
|
1.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آثار تحمض المحيطات على تدفقات الكربون في أعالي البحار في تجربة الكون المتوسط
- Translated title (French)
- Effets de l'acidification des océans sur les flux de carbone pélagique dans une expérience en mésocosme
- Translated title (Spanish)
- Efectos de la acidificación de los océanos en los flujos de carbono pelágico en un experimento de mesocosmos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2295106435
- DOI
- 10.5194/bg-13-6081-2016
References
- https://openalex.org/W1485118721
- https://openalex.org/W1552724685
- https://openalex.org/W1841320395
- https://openalex.org/W1848845400
- https://openalex.org/W1971945883
- https://openalex.org/W1980123959
- https://openalex.org/W1983182697
- https://openalex.org/W1986580580
- https://openalex.org/W1990784869
- https://openalex.org/W1996894752
- https://openalex.org/W2004418732
- https://openalex.org/W2005289066
- https://openalex.org/W2008422407
- https://openalex.org/W2009163215
- https://openalex.org/W2011217536
- https://openalex.org/W2021169633
- https://openalex.org/W2030800525
- https://openalex.org/W2033373184
- https://openalex.org/W2039317489
- https://openalex.org/W2043611758
- https://openalex.org/W2057261132
- https://openalex.org/W2065078375
- https://openalex.org/W2066535535
- https://openalex.org/W2067841165
- https://openalex.org/W2068153795
- https://openalex.org/W2068280750
- https://openalex.org/W2084549990
- https://openalex.org/W2085975923
- https://openalex.org/W2102820270
- https://openalex.org/W2104747332
- https://openalex.org/W2108619942
- https://openalex.org/W2109969675
- https://openalex.org/W2114032858
- https://openalex.org/W2126022287
- https://openalex.org/W2131334765
- https://openalex.org/W2133866431
- https://openalex.org/W2137442207
- https://openalex.org/W2138933233
- https://openalex.org/W2140462038
- https://openalex.org/W2143182887
- https://openalex.org/W2144678637
- https://openalex.org/W2146781112
- https://openalex.org/W2147648867
- https://openalex.org/W2149524052
- https://openalex.org/W2151535284
- https://openalex.org/W2155116363
- https://openalex.org/W2164465882
- https://openalex.org/W2167022943
- https://openalex.org/W2170540572
- https://openalex.org/W2177473807
- https://openalex.org/W2215838079
- https://openalex.org/W2269398413
- https://openalex.org/W2294896398
- https://openalex.org/W2302752641
- https://openalex.org/W2309317802
- https://openalex.org/W2533634899
- https://openalex.org/W2576799115
- https://openalex.org/W4240102721
- https://openalex.org/W4242104236
- https://openalex.org/W4245001014