沉积物地形增强了珊瑚礁碳酸盐沉积物对海洋酸化作用的响应能力

《Coral Reefs》：Sediment topography enhances the response of coral reef carbonate sediment dissolution to ocean acidification

珊瑚礁碳酸盐沉积物表面纹路（如波纹）与水动力相互作用会加速孔隙水暴露，研究显示波纹沉积物在CO2升高时的溶解响应比平坦沉积物强60%，揭示当前对海洋酸化下珊瑚礁沉积物溶解的评估可能存在低估。

　　

摘要

在浅水、可渗透的珊瑚礁碳酸盐沉积物中，水流与沉积物地形（例如表面涟漪）之间的相互作用会产生压力梯度，从而相对于平坦底部的水流，增加沉积物与水之间溶质的交换速率。目前尚不清楚表面涟漪的这种效应会如何改变沉积物孔隙水暴露于上层水柱中未来化学变化（如导致海洋酸化的升高pCO₂）的速率。为了解决这个问题，本研究在流动水槽中进行了22小时的培养实验，实验中使用了活的、可渗透的碳酸钙沉积物群落，并研究了pCO₂（400和1000 μatm）和表面地形（平坦和有涟漪的沉积物）对无脊椎动物底栖生物活动、碳酸盐沉积物微生物代谢以及无机碳酸盐溶解的交互影响。结果表明，平坦沉积物中的氧气释放主要由底栖生物活动驱动，而有涟漪沉积物中的氧气释放则主要由物理流动过程驱动。有涟漪沉积物的呼吸速率和总初级生产率分别比平坦沉积物高出约45%和50%。pCO₂的增加使平坦水槽中的沉积物从净钙化状态转变为净溶解状态，而在有涟漪沉积物中这一效应进一步放大了约60%。这些结果表明，目前对珊瑚礁碳酸盐沉积物钙化速率的估计可能低估了在沉积物表面存在涟漪的情况下其对海洋酸化（OA）的溶解响应。

在浅水、可渗透的珊瑚礁碳酸盐沉积物中，水流与沉积物地形（例如表面涟漪）之间的相互作用会产生压力梯度，从而相对于平坦底部的水流，增加沉积物与水之间溶质的交换速率。目前尚不清楚表面涟漪的这种效应会如何改变沉积物孔隙水暴露于上层水柱中未来化学变化（如导致海洋酸化的升高pCO₂）的速率。为了解决这个问题，本研究在流动水槽中进行了22小时的培养实验，实验中使用了活的、可渗透的碳酸钙沉积物群落，并研究了pCO₂（400和1000 μatm）和表面地形（平坦和有涟漪的沉积物）对无脊椎动物底栖生物活动、碳酸盐沉积物微生物代谢以及无机碳酸盐溶解的交互影响。结果表明，平坦沉积物中的氧气释放主要由底栖生物活动驱动，而有涟漪沉积物中的氧气释放则主要由物理流动过程驱动。有涟漪沉积物的呼吸速率和总初级生产率分别比平坦沉积物高出约45%和50%。pCO₂的增加使平坦水槽中的沉积物从净钙化状态转变为净溶解状态，而在有涟漪沉积物中这一效应进一步放大了约60%。这些结果表明，目前对珊瑚礁碳酸盐沉积物钙化速率的估计可能低估了在沉积物表面存在涟漪的情况下其对海洋酸化的溶解响应。