Pendant de nombreuses années, les océans du monde ont souffert de l'absorption du dioxyde de carbone d'origine humaine de l'atmosphère, qui a conduit à la baisse du pH de l'eau salée, connu sous le nom d'acidification des océans, et menaçait la santé des organismes et des écosystèmes marins. Bien que ce processus soit bien documenté, le processus d'acidification est compliqué et mal compris dans les eaux côtières.

Par exemple, le bras principal de la baie de Chesapeake, le plus grand estuaire de la côte est, a souffert d'un manque d'oxygène et d'une acidification pendant des années dans ses eaux de fond. Contrairement aux eaux océaniques, l'acidification dans les estuaires comme la baie de Chesapeake est due à la fois au dioxyde de carbone dérivé des combustibles fossiles et au dioxyde de carbone libéré par la décomposition intense des algues provoquée par les apports de nutriments provenant des terres environnantes. Bien que les scientifiques améliorent leur compréhension des causes de l'acidification, les moyens par lesquels les eaux côtières comme la baie de Chesapeake se défendent et résistent à l'acidification sont moins connus.

Un moyen possible pour la baie de Chesapeake de lutter contre l'acidification des océans se présente sous la forme d'un allié déjà présent :la végétation aquatique submergée (SAV). Bien qu'il y ait eu un déclin du SAV à l'échelle de la baie des années 1960 aux années 1980, la restauration de ces lits de SAV autrefois abondants a été le principal résultat des efforts visant à réduire les charges de nutriments et de sédiments dans l'estuaire et la couverture de SAV a augmenté de 300 pour cent de 1984 à 2015.

L'un des plus grands lits SAV récupérés se trouve dans une zone de la baie connue sous le nom de Susquehanna Flats-un large, région d'eau douce à marée située près de l'embouchure de la rivière Susquehanna à la tête de la baie.

Wei-Jun Cai de l'Université du Delaware faisait partie d'un groupe de recherche qui a récemment mené une étude sur la baie, y compris dans les Susquehanna Flats, afin de comprendre comment la baie de Chesapeake utilise un mécanisme de défense contre l'acidification, appelé tampon, pour aider à réduire le dioxyde de carbone et l'acidification de ses eaux pendant l'été.

L'équipe de recherche comprenait des chercheurs de l'Université de Xiamen en Chine, Collège Sainte-Marie, Université d'État de l'Oregon et les laboratoires de biologie et de Horn Point du Centre des sciences de l'environnement de l'Université du Maryland.

Ils ont constaté qu'une forte photosynthèse des plantes dans les lits de SAV au fond de la baie et dans d'autres zones peu profondes, les eaux littorales peuvent éliminer la pollution par les nutriments dans la baie, peut générer un pH très élevé, et élever l'état de saturation du minéral carbonaté, ce qui facilite la formation de minéraux de carbonate de calcium. Lorsque ces particules de carbonate de calcium et d'autres coquilles de carbonate produites biologiquement sont transportées en aval, ils pénètrent dans les eaux souterraines acides où ils se dissolvent.

Cette dissolution des minéraux carbonatés aide à "tamponner" l'eau contre les baisses de pH ou même à soutenir les augmentations de pH. "Tout comme les gens prennent Tums pour neutraliser les acides qui causent les brûlures d'estomac, l'idée est que les lits de SAV envoient des minéraux carbonatés dans la partie inférieure de la baie pour y neutraliser les acides, " a déclaré Jeremy Testa du Centre des sciences de l'environnement de l'Université du Maryland et co-auteur de l'étude.

La recherche a été publiée récemment dans Géosciences de la nature . Le premier auteur, Jianzhong Su, était un doctorant à double diplôme UD-Université de Xiamen et avait Cai comme conseiller.

Dissolution du carbonate de calcium

Dans des travaux antérieurs, Cai, le Mary A.S. Professeur Lighthipe à la School of Marine Science and Policy du College of Earth de l'UD, Océan et Environnement, ont montré qu'il y avait beaucoup de dissolution de carbonate de calcium dans les eaux souterraines de la baie inférieure, mais ils ne savaient pas d'où venait ce carbonate.

"Cet article montre des preuves uniques que le carbonate provient de ces lits de végétation aquatique submergés, " a déclaré Cai. " Les eaux peu profondes dans les têtes en amont et les zones côtières peuvent avoir une grande quantité de végétation aquatique submergée. "

Dans ces zones en été, la lumière du soleil se combine avec des nutriments pour permettre aux lits denses de SAV d'initier des taux élevés de photosynthèse qui provoquent une augmentation du pH dans l'eau, ce qui signifie que l'eau est moins acide.

Parce que le pH est si élevé, les chercheurs ont pu collecter et mesurer les particules carbonatées à la surface des feuilles, qu'ils pouvaient gratter et analyser. Co-auteurs Chaoying Ni, professeur au Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'UD et directeur du W.M. Centre Keck pour la microscopie et la microanalyse avancées, et Yichen Yao, qui était étudiant à la maîtrise en génie des matériaux, fait l'analyse minérale.

"Le laboratoire a fait une image pour nous et a montré le carbonate dans ces sédiments et le sédiment sur les feuilles, les particules, leur concentration était beaucoup plus élevée que les sédiments de fond, " dit Caï.

Formations théoriques de carbone

Lorsque les chercheurs se sont rendus dans une zone peu profonde en amont des plaines de Susquehanna, ils ont aussi trouvé le carbonate, ce qui les a conduits à leur théorie selon laquelle le carbonate se forme en un seul endroit, particulièrement, dans le lit SAV des Susquehanna Flats, puis il est transporté vers la baie inférieure.

"Nous savons qu'il y a beaucoup de dissolution de carbonate dans la basse baie, et nous savons que la baie supérieure est l'endroit où se forme le carbonate. Alors dans le journal, nous émettons l'hypothèse que c'est cette formation dans le lit SAV qui est transportée vers l'aval et se dissout et nous reproduisons ce transport vers l'aval avec un modèle numérique, " a déclaré Cai. " Ce carbonate qui est transporté d'amont a en fait agi comme un moyen de résister, pour tamponner le pH du système."

Il y a des ramifications écologiques importantes de cette découverte dans la mesure où la gestion et la réduction des nutriments côtiers aident non seulement à lutter contre le faible stress en oxygène, mais aussi le stress d'acidification des environnements et des organismes qui y vivent via la résurgence de la végétation submergée.

Cai a déclaré que bien que leurs résultats préliminaires soient encourageants, les prochaines étapes consistent à déterminer si les particules de carbonate sont réellement transportées par les courants et les marées vers la baie inférieure et si oui, à quelle vitesse et dans quelles conditions cela se produit. Il veut retourner dans la Baie pour déterminer le chaînon manquant entre l'endroit où le carbonate se forme et celui où il se dissout.

"C'est une chose très intéressante, " a déclaré Cai. " Les gens parlent de l'acidification des océans et très rarement de ce qui y résiste, ce qui peut tamponner le système contre l'acidification des océans. C'est donc ce que nous voulons trouver."