Ko'proq

9.18: CO2 kontsentratsiyasining ortishi, gipoksiya va evtrofikatsiya - geologiya

9.18: CO2 kontsentratsiyasining ortishi, gipoksiya va evtrofikatsiya - geologiya


CO miqdorini oshirish2 Atmosfera va okeanlardagi kontsentratsiyalar

CO2 kontsentratsiyasi va harorati so'nggi 300000 yilni diqqat bilan kuzatib bordi (9.37-rasm).
Yaqinda (agar qo'rqinchli bo'lmasa) CO ko'payishi2 atmosferadagi kontsentratsiyalar insonning qazilma yoqilg'ini iste'mol qilishi, yonayotgan o'rmonlar va boshqa erdan foydalanish o'zgarishi natijasida yuzaga keladi. Ushbu o'zgarishlarga Yerning ekotizimlari qanday ta'sir ko'rsatayotganini o'lchash mumkin va ko'p narsalar o'zgarib bormoqda. Kontinental muzliklar tezroq eriydi (qirg'oq toshqini haqida jiddiy tashvish tug'diradi) va okean suvi kimyosi asta-sekin kislotali (CaCO ajratib turadigan xavfli okean turlari) o'sib bormoqda.3 skelet materiallari).


9.37-rasm. Global harorat va CO2 so'nggi 300000 yil ichidagi konsentratsiyalar.

Gipoksiya va evtrofikatsiya

Gipoksiya bu biotik muhitda kislorod etishmasligi. Evtrofikatsiya suv havzasidagi (ko'l, dengiz yoki okean qismlari) ortiqcha miqdordagi ozuqaviy moddalardan kelib chiqadi, bu o'simliklarning hayoti zich o'sishiga va kislorod etishmasligidan (gipoksiya) hayvonlar hayotining nobud bo'lishiga olib keladi. Haddan tashqari ozuqa moddalari erdan oqib chiqadigan suvdan kelib chiqadi, qishloq xo'jaligi va kanalizatsiya esa birinchi navbatda yordam beradi. Gipoksiya dunyoning ko'plab mintaqalarida kislorod etishmasligi sababli dengiz tubining butun mintaqalari o'lgan yoki o'layotgan asosiy muammoga aylandi. Evtrofikatsiya Meksikaning ko'rfazidagi shimoliy Missisipi daryosi deltasining og'zida jiddiy muammo hisoblanadi (9-38-rasmlar va 9-39). Izolyatsiya qilingan okean havzalarida zichlik tabaqalanishi kislorodning pasayishiga olib kelishi mumkin, chunki mikroblarning parchalanishi erkin kislorodni iste'mol qiladi va keyin sulfat ionlarini parchalay boshlaydi (-HSO4) vodorod sulfidiga (H2S). Qora dengiz termohalin zichligi tabaqalanishi chuqurlikda anoksik holatga olib kelganiga misoldir (9.36-rasm).

Qarang Gipoksiya va evtrofikatsiya (NOAA)


Dengiz fanidagi chegara

Tahrirlovchining va sharhlovchilarning aloqalari ularning Loop tadqiqotlari profillarida taqdim etilgan so'nggi ma'lumotlar bo'lib, ko'rib chiqish paytida ularning holatlarini aks ettirmasligi mumkin.


  • Maqolani yuklab oling
    • PDF-ni yuklab oling
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Qo'shimcha
      Materiallar
    • EndNote
    • Malumot menejeri
    • Oddiy TEXT fayli
    • BibTex


    ULASH

    Xulosa

    Biologik jamoalarning global o'zgarishlarning tezlashishiga potentsial moslashuvchanligi katta e'tiborni tortdi. Harorat, erigan kislorod (DO) va pH qisqa soat yoki kun o'lchovlarida juda xilma-xillikni ko'rsatishi mumkin bo'lgan ba'zi sayoz suv ekotizimlari, turg'unlik va mexanik muhit sharoitlarida jamoat yig'ilishi to'g'risida mexanistik tushunchani rivojlantirishga imkon beradi. Eutrofik mo''tadil ekotizimlarda DO va pH darajadagi haddan tashqari diel tebranishlari kuzatilgan va bu erda biz Belizdagi Meso-Amerika to'siq riflari va Panamadagi oligotrofik qirg'oq lagunlari tarkibidagi nisbatan uzoq atolllarni o'z ichiga olgan tropik joylarda doimiy ravishda sodir bo'ladigan shunga o'xshash hodisani tasvirlaymiz. Xususan, biz Karib dengizi mangrovi o'rmonlarining sayoz suv havzalarida harorat, DO va pH ning kunlik o'zgarishini hujjatlashtirdik. 13-hovuzning ettitasida suv ko'p kunlik namuna olish davrida gipoksik (& lt2 mg / L DO) ga o'tdi va pH har kecha past darajaga tushib, ba'zi suv havzalarida 7.0 dan pastga tushdi. Minimal pH va minimal DO o'zaro bog'liq bo'lib, Beliz va Panamada shunga o'xshash munosabatlarni ko'rsatdi va diel davrlarini ishlab chiqarishning umumiy mexanizmini taklif qildi. Shunisi e'tiborga loyiqki, havzalarning aksariyati, ehtimoliy stressli abiotik sharoitga qaramay, makroalglar, makroin umurtqasizlar va baliqlarning ko'pligini namoyish etdi. Baliqning xilma-xilligi pH darajasi bilan salbiy bog'liq bo'lsa-da, bizning havzalardan olingan umumiy natijalarimiz shuni ko'rsatadiki, ko'plab turlar etarlicha chidamli bo'lib, funktsional jihatdan murakkab birlashma impulsli stress sharoitida davom etishi mumkin. Mangrov suv havzalari iqlim o'zgarishi, gipoksiya va okeanning kislotaliligi kabi global o'zgarish omillariga qirg'oqdagi dengiz jamoalarining qarshiligi va turg'unligini o'rganish uchun namunaviy ekotizim bo'lib xizmat qilishi mumkin.


    Kirish

    Hozirgi kunga qadar aksariyat ekotizimlar tizimlarni o'zgartiradigan bir nechta inson faoliyati ta'sirida katta ta'sir ko'rsatmoqda. [1], [2]. Ushbu tadbirlar ekotizimning barqarorligi (ya'ni barqarorlik domenlari ichida va ular orasidagi harakat) natijalari induktsiya qilingan o'zgarish kattaligiga va tiklanish jarayonida yuzaga keladigan xilma-xillik barqarorligiga bog'liq bo'lishi mumkin bo'lgan doimiy va takrorlanadigan buzilishlardan tortib to doimiy stressgacha o'zgarib turadi [3]. Ekotizimning barqarorligini baholash uchun jamoatchilik dinamikasini bezovtalikni tiklash tajribalaridan o'lchash foydalidir, chunki tiklanish ekologik tizimlarning buzilish rejimining o'zgarishiga ta'sirini aniqlaydi [4]. Ekologik nazariya shuni ko'rsatadiki, bioxilma-xillik darajasining oshishi ko'pincha ekotizimning ishlashini kuchayishiga olib keladi [5], [6], bu atrof-muhit o'zgarishiga qarshi barqarorlikni kompensatsion jarayonlar va turlarning samaradorligini oshiruvchi ta'sirlar orqali sug'urta qilishi mumkin [7], [8]. Shunga qaramay, biologik xilma-xillik-ekotizim funktsiyalari munosabatlarining kattaligi va yo'nalishi ham o'ziga xos va buzilish kontekstiga qarab ko'rsatildi [9] & # x02013 [12]. Bundan tashqari, ko'pincha bir yoki bir nechta alohida turlar funktsional xususiyatlariga qarab ekotizim xususiyatlariga nomutanosib ta'sir ko'rsatadi [13], [14] [15] & # x02013 [18]. Bundan tashqari, tiklanish jarayonida turlarning o'zaro ta'siri va populyatsiya dinamikasidagi o'zgarishlar ma'lum ekotizim funktsiyalarining ishlashiga ta'sir qilishi mumkin. Binobarin, ekotizimning barqarorligi ekotizimning ishlashini tiklash uchun zarur bo'lgan vaqtga bog'liq bo'lishi mumkin, bu ekotizim jarayonlariga aniq ta'sir ko'rsatadigan o'ziga xos funktsional xususiyatlarga ega bo'lgan turlarni bezovtalanishdan keyin qayta yig'ish orqali.

    Tugallanayotgan kislorod sharoiti qirg'oq mintaqalarida tobora keng tarqalgan bo'lib, hozirgi qirg'oq atrofidagi bentik muhit uchun muhim muammo hisoblanadi [19], [20]. Gipoksiya tabiiy ravishda ba'zi bir quyi suvlarda qon aylanishining cheklanganligi (masalan, fyordlar), daryo bo'yidagi organik moddalarning kirishi (qirg'oq bo'yidagi suv omborlari) yoki er osti kislorod bilan to'lib toshgan suvlarning quduqlanishi (masalan, raf tizimlari) tufayli yuzaga keladi [21]. Bundan tashqari, kelajakda evtrofikatsiya va suv ustunlari tabaqalanishining dengiz suvi harorati ko'tarilishidan kelib chiqadigan prognozli o'sish tufayli gipoksik hodisalarning chastotasi, darajasi va intensivligining global o'sishiga kuchli dalillar mavjud [19]. Masalan, ozuqaviy moddalarni boyitish, parchalanish jarayonlari va suv ustunlari bilan kislorod almashinuvining kamayishi kabi dengiz bo'yidagi yashash joylarida gipoksik holatlarni keltirib chiqaradigan alg gullarining kuchayishiga olib keladi [22], [23] . Gipoksiyaning oqibatlari juda ko'p, shu jumladan organizmlarning o'zgarishi va xatti-harakatlari va fiziologiyasi, biologik xilma-xillikning yo'qolishi va ekotizimning o'zgarishi [24] & # x02013 [27]. Biroq, gipoksik hodisalar ekotizimning barqarorligiga qanday ta'sir qilishi aniq emas, chunki sinergetik tiklash mexanizmlari va ularning vaqt o'lchovlari bo'yicha bilimlar etishmayapti, masalan. bentik xilma-xillikni tiklash kislorodni yo'q qilish paytida to'plangan kamaygan birikmalar zaxirasi bilan qanday o'zaro ta'sir qiladi [27] & # x02013 [29].

    Makrofaunal organizmlar biologik sug'orish va bioturbatsiya faoliyati orqali qirg'oqdagi bentik yumshoq cho'kindi tizimlarda ishlashga ta'sir qiladi [30] & # x02013 [33]. Ushbu tadbirlar asosan oziqlantirish faoliyati bilan bog'liq bo'lgan [18] va cho'kindi xossalari va tuzilishini o'zgartirishi, shu bilan boshqa turlarni osonlashtirishi yoki inhibe qilishi mumkin bo'lgan kosmik heterojenlik yaratishi ma'lum bo'lgan o'lchamlarga, harakatchanlikka va turlarga bog'liqdir. xilma-xillikka ta'sir qiladi (ya'ni ekotizim muhandisligi, [34]). Oldingi misol, bu organizm va cho'kindilarning o'zaro ta'siri cho'kindi biogeokimyosini katta darajada o'zgartiradi va organik moddalarni birlamchi remineralizatorlari va qirg'oq cho'kindilaridagi biogeokimyoviy jarayonlarning asosiy harakatlantiruvchisi bo'lgan mikrob organizmlariga ta'sir qiladi [35] & # x02013 [36]. .

    Bentik hamjamiyatning gipoksiyaga bo'lgan munosabatini baholash uchun ushbu tadqiqot makrobentos jamoalarini qayta yig'ish va hipoksiyadan keyin ekotizimning ishlashini belgilaydigan cho'kindi xossalari o'rtasidagi bog'liqlik dinamikasini tushunishga qaratilgan. Shuning uchun biz jamiyat xususiyatlarini qaytarish vaqt o'lchovi (ya'ni xilma-xillik, mo'llik, biomassa, bioturbatsiya potentsiali) o'rtasidagi munosabatni baholaymiz. sensu Solan va boshq. [18]) va qirg'oq bo'yidagi gelgit tekisligida eksperimental ravishda paydo bo'lgan gipoksiyadan so'ng bir nechta ekotizim jarayonlarining qaytish tezligi. Makrofaunalni tiklash, odatda, ekologik aloqasi cheklangan eng katta bezovtalangan hududlarda eng past qaytarish stavkalari (ya'ni o'nlab yillar) bilan vaqtinchalik va fazoviy bezovtalik ko'lami bilan aniqlangan ketma-ket dinamikani o'z ichiga oladi [40]. Aksincha, mikroblar jamoalarining qaytish tezligi buzilish turiga qarab bir necha soatdan bir necha oygacha o'zgarib turadi [41] & # x02013 [43]. Ammo, agar makrofaunal bioturbatsiya va bio-sug'orish faoliyati bilan bilvosita cho'kindi modifikatsiyalari muhim bo'lsa, biz odatda mikroblar vositachiligidagi ekotizim jarayonlarining qaytish darajasi & # x02018microbial & # x02019 vaqt shkalasidan farq qiladi va aksincha makrofunal qaytish stavkasiga amal qiladi deb kutgan edik.


    Materiallar va usullar

    Sayt tavsifi va eksperimental dizayn

    Tajriba Niderlandiyaning Westerschelde estaryosining polihalin qismida joylashgan intertidal mudflatda (Paulinapolder, 51 & # x000b0 21 & # x02032 24 & # x02032 & # x02032 N, 3 & # x000b0 42 & # x02032 51 & # x02032 & # x02032 E) joylashgan. . Dala ishlariga ruxsat Niderlandiyaning Provincie Zeeland (Directie Ruimte, Milieu en Water) tomonidan berilgan. O'rganilayotgan joyda yarim kunlik gelgit rejimi mavjud bo'lib, o'rtacha gelgit oralig'i 3,9 m va yillik o'rtacha sho'rligi 24 ga teng. Eksperimental yamaqlar bir-biridan kamida 5 m masofada tasodifiy ravishda 50 & # x000d750 m maydonda o'rnatildi. yassi qismining o'rtasi, bir hil (gelgit balandligi & # x0200a = & # x0200a + 17.9 sm MSL, zarrachalarning o'rtacha kattaligi & # x0200a = & # x0200a74.5 & # x000b5m, loy tarkibi & # x0200a = & # x0200a42%, cho'kindi suv tarkibi & # x0200a = & # x0200a62%, jami organik moddalar cho'kindi moddasi & # x0200a = & # x0200a3.9%). Besh cho'kma (16 m 2) polietilen (1 mm) va branda (140 g. M-2) choyshab bilan yopilgan [44], [45] 40 kun davomida substratni qoplagan suv o'tlari paspaslarining ta'sirini taqlid qilgan, ya'ni suv ustuni bilan kislorod almashinuvining pasayishi va yorug'likning pasayishi. Bizning manipulyatsiyamiz suv va loy tarkibi va organik moddalarning asosiy miqdori kabi boshqa cho'kindi xossalariga ta'sir qilmasdan, gözenekli suv kislorodi va ammoniy sharoitlarini sezilarli darajada susaytirdi (2005 yil 30 martda uchastkalarni ochishda bezovtalanmagan va buzilgan cho'kindi jinslar orasidagi farqni bir tomonlama tahlil qilish. : p & # x0003e0.05 Jadval S1). 0 va 1000 & # x000b5m oralig'ida kislorod penetratsiyasi juda sayoz edi, eritilgan kislorod gözenekli suv konsentratsiyasi & # x0003c2 mg.L-1, ya'ni gipoksiya (S1-rasm). Bundan tashqari, beshta yamoq bezovta qilinmasdan qoldirilgan va tajriba davomida buzilgan cho'kindilarning tiklanish holatini taqqoslash uchun boshqaruv sifatida ishlatilgan.

    Ekosistema xossalari va makrofauna hamjamiyatini qayta birlashishini gipoksiya bilan keyingi o'zgarishlarini kuzatib borish uchun uchta gipoksik yamoq ishlatilgan, ya'ni birinchi ikki hafta davomida har hafta va keyinchalik gipoksiya qilinganidan keyin 25 xaftadan so'ng 2005 yil sentyabr oyining oxirida. makrofauna hamjamiyati tarkibi 2006 yil sentyabr oyida (ya'ni 78 hafta) aniqlandi. Tahlil qilingan ekotizim xususiyatlari cho'kindi qatlam sathining balandligi (lazerli altimetriya, n & # x0200a = & # x0200a6.patch & # x022121), cho'kindi kislorod gözenekli suv kontsentratsiyasi va penetrasyonu (Unisense OX 25 mikroelektrodi, n & # x0200a = & # x0200a2.patch & # x022121), ammoniy gözenekli suv kontsentratsiyasi (SANplus segmentli oqim analizatori, SKALAR, n & # x0200a = & # x0200a2.patch & # x022121), jami organik moddalar (2 soat davomida 500 & # x000b0C da tutashuvdagi yo'qotish, n & # x0200a = & Yuqori 10 sm cho'kindidan # x0200a2.patch & # x022121) va xlorofill a (Chl a) konsentratsiyasi (n & # x0200a = & # x0200a2.patch & # x022121). Xlorofill namunalari 3,6 sm ichki diametrli (ya'ni) burchak bilan yig'ilib, qorong'ida quruq muz ustida saqlandi va keyinchalik laboratoriyada keyingi tahlillarni kutib & # x0201380 & # x000b0C da saqlandi. Xlorofil kontsentratsiyasi 10 ml 90% atseton qo'shib liyofilize qilingan cho'kindidan olinadigan superfatantning HPLC tahlili bilan aniqlandi. Organik moddalar minerallashuvi, cho'kindi kislorod iste'moli va denitrifikatsiya stavkalarining tiklanishini aniqlash uchun oksigenatsiyadan 10 va 22 hafta o'tgach, yana ikkita gipoksik yamadan namuna olindi. Ushbu uch marta gipoksiyadan keyingi ketma-ketlik davrida makrofauna xilma-xilligi, jamoaviy tarkib va ​​dominant funktsional xususiyatlarning katta siljishi aks etadi (natijalarga qarang). Bundan tashqari, ushbu uch holat davomida to'plangan namunalar shuni ko'rsatdiki, makrofaunal jamoalardagi vaqt o'zgarishi beshta gipoksik yamalar orasida farq qilmagan.

    Namunalarni takroriy takrorlash natijasida uchastkalarda bezovtalikni oldini olish uchun ko'prikdan namunalar yig'ilib, namuna olish teshiklari yopiq PVX naychalari bilan to'ldirilib, cho'kindi yuzasi bilan bir tekisda surilgan. Bundan tashqari, mumkin bo'lgan chekka effektlarni minimallashtirish uchun namuna olish faqat ichki 3 & # x000d73 metrda sodir bo'lgan.

    Bentik makrofauna hamjamiyati

    Makrofauna namunalari har bir takrorlanadigan yamoqdan past oqim paytida 40 sm chuqurlikka (12,5 sm) chuqurlik bilan tasodifiy yig'ilib, neytrallashtirilgan 8% formalin eritmasi bilan mahkamlandi va keyinchalik 500 & # x000b5m elakda yuvildi. Barcha shaxslar ularning oziqlanishi, harakatchanligi va cho'kindilarni qayta ishlash xususiyatlariga qarab saralangan, hisoblangan, aniqlangan va guruhlangan (Jadval S2). Ikki tomonlama biomassa kulsiz quruq vaznni aniqlash (quritilgan shaxslarning 450 & # x000b0C da 4 soat yonishi) va boshqa turlarning biomassasi organizmlarni ko'paytirish yo'li bilan hisoblab chiqilgan. -ash quruq quruq vaznga aylantirish koeffitsienti [46].

    Ekotizim jarayonlarining o'lchovlari

    Oziq moddalar oqimining tezligi

    Oziq moddalar oqimining tezligini aniqlash uchun cho'kindi uchburchak pleksiglas yadrolari (ya'ni 10 sm) cho'kindi yuzasini bezovta qilmasdan tasodifiy tortib olindi. Namunalar olinganidan keyin bir soat ichida yadrolar iqlim xonasida dala haroratida 48 soat qorong'ida oldindan inkübe qilingan. Kuluçkadan oldin, suv cho'kindi suspenziyasini yaratmasdan yadrolarga ehtiyotkorlik bilan qo'shildi (suv yadroning uchdan ikki qismini tashkil etdi) va yadrolari yopiq holda joylashtirildi va Westerschelde daryosidan gazlangan suv bo'lgan ochiq idishga botdi. Teflon bilan qoplangan magnitlar, markaziy magnit bilan aylantirilgan, cho'kindi-suv interfeysida kislorod etishmasligini oldini olish uchun suvni aralashtirish uchun cho'kma yuzasidan taxminan 5 sm balandlikda joylashgan. Inkubatsiya uchun ishlatiladigan barcha uskunalar O uchun yangi sirtlarni paydo bo'lishiga yo'l qo'ymaslik uchun Westerschelde suvida oldindan inkubatsiya qilingan.2, N2 va Argon adsorbsiyasi va desorbtsiyasi [47]. Cho'kindilarning kislorod iste'moli va organik moddalarning minerallashuvi (ya'ni erigan noorganik uglerod (DIC) ajralib chiqish darajasi) inkubatsiyaning boshlanishi va oxiri o'rtasidagi konsentratsiyaning farqi sifatida hisoblab chiqilgan, bu ustki suvdagi kislorodning pasayishiga qarab 6 & # x0201310 soat davom etgan. . Eritilgan kislorod Winkler titrlash [48] yordamida aniqlandi, DIC uchun namunalar 24 soat ichida oqim in'ektsiyasi bilan tahlil qilindi [49]. N uchun namunalar2 va Argon konsentrasiyalari inkubatsiya paytida 1,5 & # x020132 soat oralig'ida yig'ilib, 20 & # x000b5l HgCl da saqlanib qoldi.2. Denitrifikatsiya stavkalari (ya'ni N2 gaz ishlab chiqarish stavkalari) bir hafta ichida Argonniklar tomonidan normallashtirilgan va chiziqli regressiya bilan hisoblangan, to'ldirilgan suv uchun tuzatilgan membrana kirish mass-spektrometriyasi yordamida aniqlandi [50].

    Bio-sug'orish, birlamchi ishlab chiqarish va yotoq yuklari cho'kindi tashish

    Cho'kindilarning bio-sug'orilishi vertikal cho'kindi ammoniy gözenekli suv profillaridan bilvosita xulosa qilingan [51]. Shuning uchun ikkitasi 6,2 sm. Taxminan 15 santimetr cho'kindi o'z ichiga olgan chuqurliklar har bir yamoqdan cho'kindi yuzasini bezovta qilmasdan chiqarildi. Laboratoriyaga kelgandan keyin burchaklar kesilgan va tahlilni kutayotgan & # x0221220 & # x000b0C da muzlatilgan. Cho'kindining chuqur sug'orilishini tiklash (5 & # x0201310 sm) gipoksiyadan 0, 1, 6, 14 va 25 hafta o'tgach baholandi. Cho'kindilarni tashish tezligi (eroziya, ko'payish) namuna olish holatlari orasidagi qatlam balandligi farqi sifatida hisoblanadi. Birinchi 0,3 sm gacha bo'lgan Chl konsentratsiyasi sifatida o'lchangan mikroalgal biomassa bentik birlamchi ishlab chiqarish uchun proksi sifatida ishlatilgan [52].

    Ma'lumotlarni tahlil qilish va statistika

    Ekotizim xossalari va qayta tiklanadigan va bezovta qilinmagan cho'kindilardagi jarayonlarning vaqtinchalik o'zgarishi o'zgargan ma'lumotlarning o'zgaruvchanligini takroriy o'lchovlar tahlili bilan baholandi, unda har ikkala Davolash (ya'ni bezovtalanmagan cho'kindilarni qayta tiklash) va vaqt (ya'ni gipoksiya qilinganidan keyin bir necha hafta) ishlatilgan. Proportional ma'lumotlar arcine-squareroot ga aylantirildi, logaritmik (log.)e) transformatsiya boshqa barcha ma'lumotlarga qo'llanildi. Variant-kovaryans tuzilishining bir xilligi Mauchli sferiklik testi (S3-jadval) yordamida tahlil qilindi va dispersiyalarning bir xilligini tekshirish uchun Bartlett & # x02019s va Cochran & # x02019s testlaridan foydalanildi. Agar sharsimonlik ta'minlanmagan bo'lsa, sozlangan F- mavzular ichidagi (ya'ni takroriy o'lchov) ta'sirining ahamiyatini izohlash uchun "Issiqxona-Geyzer" tuzatishlari asosida testlar o'tkazildi. Pseudoreplication-dan qochish uchun uchastkada o'zgaruvchilarning takrorlangan namunalari to'plandi. Ekotizim jarayonlari va xususiyatlarining tiklanish holatini baholash uchun gipoksiyadan keyingi bir, 10 va 22 xafta davomida (aprel), (iyun) va (sentyabr) dan keyingi vaqtni o'z ichiga olgan qayta tiklanadigan va bezovta qilinmagan cho'kmalar o'rtasida rejalashtirilgan qarama-qarshiliklar amalga oshirildi. bizning o'quv saytimizdagi tabiiy ishga qabul qilish davri. Ushbu namuna olish holatlari ataylab priori tanlangan edi, chunki biz qayta tashkil etuvchi jamoaning tuzilishi va funktsional xususiyatlari ushbu uch holat orasida farqlanishini kutgan edik. Shu nuqtai nazardan, biz taqqoslanayotgan ikkita sathga asoslangan holda alohida xatolik atamalari bilan juft t-testlarni qo'lladik, chunki bir xil uchastkalarda vaqt o'tishi bilan takroriy xususiyatlarni o'lchashni rejalashtirish tavsiya etiladi [53]. Gipoksiyadan keyingi 10 va 22 xaftada er osti gözenekli suv ammoniy kontsentratsiyasi (5 & # x0201310 sm) mavjud bo'lmaganligi sababli, tabiiy ravishda ishga qabul qilish davrida va undan keyingi vaqtga to'g'ri keladigan ushbu xususiyatning tiklanish holati, gipoksiyadan 14 va 25 hafta o'tgach, baholandi.

    Qayta tiklanadigan makrofaunal birikmalar buzilishdan keyingi ekotizimning ishlashiga qanday hissa qo'shishini tushunish uchun, turlarning boyligi, jamoaning umumiy biomassasi va ko'pligi, shuningdek, ekotizim jarayonlarining o'zgarishini (ya'ni denitrifikatsiya) tushuntirishda cho'kindi qorishmasiga (ya'ni bioturbatsiya) jamoatchilik ta'sirini. Qayta tiklash bosqichlari orasida kislorod iste'moli, organik moddalarni minerallashuvi, yotqizilgan yuklarni tashish, birlamchi ishlab chiqarish va bio-sug'orish) masofalarga asoslangan chiziqli modellar (DistLM, [54]) yordamida aniqlandi. Bioturbat (BPc) uchun jamiyat salohiyati Solan va boshqalarga ko'ra hisoblab chiqilgan. [18] makrofauna namunalari asosida har bir tur populyatsiyasi biomassasini va uning o'ziga xos harakatchanligi va cho'kindilarni qayta ishlash xususiyatlari orqali cho'kindi bioturbatsiyasiga ta'sirini hisobga olgan holda (S2 jadval). Cho'kindilarni qayta tiklash va bezovta qilmaslikdagi har bir ekotizim jarayonidagi o'zgarishni eng ishonchli prognozi Akaike & # x02019s axborot mezonini (AIC, [55]) qo'llash orqali aniqlandi.


    Kirish

    Okean kislotalari (OA) atamasi antropogen CO tomonidan okean suvlarining bosib olinishi tufayli dengiz suvi pH darajasining pasayishini tavsiflash uchun ishlatiladi.2 (Caldeira and Wickett, 2003 Caldeira, 2005 Orr va boshq., 2005 Raven, 2005). CO ning 1/3 qismi2 sanoat inqilobidan buyon inson faoliyati natijasida chiqarilgan okeanga kirib, pH pH qiymatlarining & # x0007E0.12 birlikka pasayishiga olib keldi va atmosfera CO ning ikki baravar ko'payishi prognoz qilingan 0,3 & # x020130,4 dona.2 asr oxiriga kelib (Orr va boshq., 2005 Doney va boshq., 2009). PH ning pasayishi salbiy, ammo o'zgaruvchan ta'sir ko'rsatishi kutilmoqda, xususan kalsifikatsiya qiluvchi organizmlarga o'zgargan karbonat kimyosi CaCO ning cho'kishi va erish darajalariga bevosita ta'sir qiladi.3 tuzilmalar uchun ishlatiladi (Gattuzo va Buddemeier, 2000 Orr va boshq., 2005 Raven, 2005 Kleypas va boshq., 2006 Gazeau va boshq., 2007 Fabry va boshq., 2008 Range va boshq., 2011 Andersson va Gledhill, 2013 Kroeker va boshq. ., 2013). Kalsifikatsiya qiluvchi organizmlar, masalan, mercan (Marubini va Devies, 1996 Gattuzo va boshq., 1998 Marubini va Atkinson, 1999 Langdon va boshq., 2000), mercan riflari jamoalari (Langdon va boshq., 2000, 2003 Leclercq va boshq., 2000) va planktonik organizmlar (Bijma, 1991 Riebesell va boshq., 2000), eng zaif kishilar qatoriga kiradi. Shunga qaramay, ba'zi marjonlar va mollyuskalar karbonat bilan to'yinganlik gradiyentlari bo'ylab ko'chirilganda kaltsiylashi va tezroq o'sishi mumkin bo'lganligi bir necha tadqiqotlarda ko'rsatildi (Rodolfo-Metalpa va boshq., 2011). Hatto past pH darajasida ham ba'zi turlar o'zlarining toza kalsifikatsiyasini saqlab turishi yoki hatto ko'paytirishi mumkin, bu karbonat bilan to'yinganlik holatidan foydalanish dengiz kalsifikatsiyasini bashorat qilish bilan mos kelmasligini ko'rsatadi (Vud va boshq., 2008 Koen va boshq., 2009 Ries va boshq.) , 2009 Rodolfo-Metalpa va boshq., 2010). Hendriks va boshqalar tomonidan ko'rib chiqilgan. (2015), bu organizmlar OA bilan kurashish uchun turli xil mexanizmlarga ega. Organizm va # x00027s yuzasiga yaqin pH metabolizm faolligi orqali yuqori bo'lishi mumkin, chunki Diffuzion chegara qatlamida (DBL) transport stavkasini cheklash suv ustuni bilan to'g'ridan-to'g'ri muvozanatni oldini oladi (Hendriks va boshq., 2015). Foraminiferalar va diatomalarda DBLdagi pH qiymati 8.0 dan 9.1 gacha (K & # x000F6hler-Rink va K & # x000FChl, 2005 K & # x000FChn va Raven, 2008), bu ularga pH darajasi oshgan mikro muhit yaratishga imkon beradi (0,5 birlikka). atrofdagi dengiz suviga nisbatan. Bundan tashqari, kalsifikatsiya qiluvchi organizmlar hujayradan tashqaridagi suyuqlikdagi pH qiymatini boshqarishi yoki tartibga solinadigan, hujayra ichidagi muhitda cho'kishni boshqarishi mumkin. To'qimalar va tashqi organik qatlamlar chig'anoqlar va skeletlarni korroziv dengiz suvidan himoya qilishda, erishini cheklashda va organizmlarning kalsifikatsiyasiga imkon berishida katta rol o'ynaydi (Ries, 2011 Trotter va boshq., 2011). Ba'zi organizmlar simbiotik aloqalardan foyda ko'rishlari mumkin, masalan, mercan simbiontlari CO ni olib tashlaydi2 va fotosintez tufayli pH qiymatini oshiring, kalsifikatsiya va o'sish uchun sharoitlarni yaxshilang (Gattuzo va Jaubert, 1990 Muskatin, 1990).

    Atmosfera gazining ko'payishi esa2 OAni ochiq okeanda aniq boshqaradi, pH darajasi o'zgarishi va qirg'oq tizimidagi karbonat sistemasi ancha murakkab (Duarte va boshq., 2013 Waldbusser va Solsberi, 2014). Sohil ekotizimlari, ochiq okeanning er usti suvlaridan farqli o'laroq, pH yo'nalishlarining xilma-xilligini namoyon qilishi mumkin, ular vulkanik teshiklardan chiqadigan emissiyalar, suv havzasi jarayonlari, evtrofikatsiya, ko'tarilish va ekotizim tuzilishi va metabolizmidagi o'zgarishlardan ta'sirlangan (Duarte va boshq., 2013). Shuning uchun qirg'oq okeanining uglerod tizimi ochiq okeanga qaraganda ancha dinamik va murakkabdir (Borxes va Gypens, 2010 Cai, 2011) va shu bilan qirg'oq tizimlari uchun pH ning traektoriyalarini umumiy taxmin qilish qiyin, chunki mintaqaviy farqlar muhim bo'ladi (Duarte va boshq., 2013). Ushbu sayoz muhitda bentik muhandislik turlari, masalan, mercan, dengiz o'tlari, makroalglar, sho'r botqoqlar, mangrovlar, gubkalar va istiridye riflari ekotizimning kimyoviy va fizik sharoitlariga ta'sir o'tkazish qobiliyatiga ega (Gutierrez va boshq., 2011) va dengiz qirg'og'idagi pH qiymatlari va o'zgaruvchanligi bo'yicha metabolik nazoratni amalga oshirish (Duarte va boshq., 2013).

    Sohil ekotizimlari ham asta-sekin gipoksiya ta'sirida bo'lib, hozirgi o'sish darajasi 5.5 & # x000B1 yiliga 0.2% & # x022121 qirg'oq hududlarida (Vaquer-Sunyer va Duarte, 2008) va kelajakda tezroq o'sishini bashorat qilmoqda (Conley va boshqalar). al., 2009). Gipoksiya, bu dengiz organizmlari atipik xatti-harakatlarini ko'rsatadigan (Riedel va boshq., 2013) va oxir-oqibat ommaviy o'limga olib keladigan chegaradan past bo'lgan kislorod darajasi bilan tavsiflangan holat (Diaz va Rozenberg, 1995 Vaquer-Sunyer va Duarte, 2008). Odatda, evtrofik qirg'oq tizimlarida hosil bo'lgan organik moddalarning ortiqcha miqdorini qayta eslab qolish uchun kislorodni nafas olish bilan iste'mol qilish natijasida paydo bo'ladi (Grey va boshq., 2002). Shunga ko'ra, gipoksik qirg'oq suvlari past O bilan ajralib turadi2 konsentratsiyasi va ko'tarilgan CO2, va shuning uchun past pH (P & # x000F6rtner va boshq., 2005). Bu, shuningdek, Oregon va Vashington qirg'oqlari (Feely va boshq., 2008 Gruber va boshq., 2012) va Chili qirg'og'ining katta qismi (masalan, Mayol va boshq.) Kislorodga ega bo'lmagan, korroziyali suvlarning ko'tarilishiga ta'sir qiladigan qirg'oq mintaqalarida ham kuzatiladi. ., 2012). Shunga qaramay, gipoksiyaning dengiz umurtqasiz hayvonlar ta'siriga bag'ishlangan adabiyotlarning asosiy qismi past kislorodning ahamiyatiga qaratilgan va pH qiymatining bir vaqtda pasayishiga ta'siri umuman e'tiborga olinmagan.

    Nafas olish indeksi (RI) Brewer and Peltzer (2009) tomonidan gipoksiya va yuqori CO ning birgalikdagi ta'sirini olish uchun taklif qilingan2 asosiy oksik nafas olish tenglamasi va erkin energiya munosabati yordamida aerob nafas olish samaradorligi to'g'risida. The RI nafas olishni qo'llab-quvvatlash uchun mavjud energiya bilan chiziqli bog'liq bo'lgan oddiy raqamli cheklov:

    qayerda RI & # x02264 0 termodinamik aerob chegarasiga, rasmiy o'lik zonaga to'g'ri keladi RI = 0 dan 0,4 gacha, aerobik nafas olish oralig'ida bo'lmaydi RI = 0.4 & # x020130.7 aerobik nafas olishning amaliy chegarasini va oralig'ini anglatadi RI = 0.7 & # x020131.0 aerobik stress zonasini chegaralaydi (Brewer and Peltzer, 2009). The RI gipoksiya va CO ni bog'laydi2, aerob organizmlar uchun termodinamik cheklovlar O ga bog'liq emasligini anglatadi2 yolg'iz, lekin CO da2. Buning ma'nosi shundaki, yuqori CO2, pastga tushirish orqali RI, dengiz organizmlarining gipoksiya ta'siriga ta'sirchanligiga ta'sir qiladi.

    CO ta'sirini hisobga olgan holda2 nafas olish jarayonida CO ko'tarilishi natijasida kislorod miqdori pasaymasa ham, okean o'lik zonalarining tarqalishi va fazoviy darajasi ko'tarilishini bildiradi.2 konsentrasiyalari (Brewer and Peltzer, 2009), bu esa aerob organizmlar uchun stressni kuchaytiradi va O ni ko'taradi2 gipoksiya chegaralari. Rising CO2 konsentratsiyalar umurtqasiz hayvonlar turlarida metabolizm tushkunligini keltirib chiqaradi, nafas olish epiteliyasida gaz almashinuvi tezligini pasaytiradi, ichki kislorod zaxiralarini kamaytiradi va nafas olish yo'llari CO ni to'playdi.2 (P & # x000F6rtner va boshq., 2005) va shu bilan pastki gipoksik suvdagi tamponlash qobiliyatini pasaytiradi (Hagens va boshq., 2015).

    Biroq, RI indeks eksperimental sinovdan o'tkazilmadi va asosiy kutishlar tanqid qilindi. Seibel and Childress (2013) CO ning ta'kidlashicha2 Organik uglerod oksidlanishida katta standart erkin energiya o'zgarishi (va # x00394G & # x000B0 = & # x02212686 kkal mol & # x022121) va bu PCO uchun bu reaktsiyaning termodinamikasini cheklaydigan konsentratsiyalarga hech qachon erisha olmagan.2: PO2 muvozanatga erishish uchun 10503 nisbati talab qilinadi (muvozanat konstantasi, Ktenglama = 10503, bu erda & # x00394G = 0). Shunday qilib, ular a RI ning & # x02212503 aerobik hayotning haqiqiy termodinamik chegarasi bo'ladi. Qisqichbaqa va baliqlarda bu narsa ko'rsatilgan pCO2 yuqori CO ta'sirlanganda plazmadagi mos ravishda 45 va 56 mm Hg ga tushdi2, P & # x000F6rtner va boshqalar. (2005), Seibel and Childress (2013) va Cameron and Iwama (1989) uyali nafas olish va kislorod bilan ta'minlash kinetik jihatdan boshqariladi va atrof muhitdagi kislorod va CO2 konsentratsiyalar hujayra ichidagi konsentratsiyalarga ozgina ta'sir qiladi. Shunga qaramay, past O ning sinergetik ta'siriga oid dalillar2 va yuqori CO2 tinch oq qisqichbaqada ko'paygan bakterial infektsiyalarni o'z ichiga oladi Litopenaeus vannamei (Burgents va boshq., 2005), o'simtani va metamorfozni inhibatsiyasi, ikki qavatli juftlarning dastlabki hayot bosqichida (dafna taroqlari, Argopekten irradianlarva qattiq mollyuskalar, Mercenaria mercenaria, Gobler va boshq., 2014), balog'atga etmagan qizil abalonning o'sish sur'atlari (Haliotis rufescens, Kim va boshq., 2013) va adenozinning dengiz umurtqasiz hayvonlarining markaziy asab funktsiyalariga ta'siri orqali sinergik metabolik depressiya. Sipunculus nudus (Reipschl & # x000E4ger va boshq., 1997 P & # x000F6rtner va boshq., 2005). Dala tadqiqotlarida gipoksiya va OA mavsumiy ravishda bir vaqtning o'zida sayoz suv oqimidagi soylarda paydo bo'lishi va organizm va populyatsiya darajalariga halokatli ta'sirini keltirib chiqarishi va ko'k qisqichbaqalardagi kislorod iste'molini kamaytirishi mumkin. Callinectes sapidus (Hypes, 1999). Chegaralarining aniqligidan qat'iy nazar RI Brewer and Peltzer (2009) tomonidan taklif qilingan bo'lib, aerobik nafas olish jarayonlarining samaradorligi ikkala O ning qisman bosimining nisbatiga bog'liq ekanligi aniq.2 va CO2, gipoksiya bilan bog'liq tahdidlar COni ko'payishi bilan ham kuchayishini taxmin qilmoqda2 (Brewer and Peltzer, 2009). Bu ayniqsa muhimdir, chunki gipoksik va yuqori CO2 stresslar birgalikda yuzaga kelishi mumkin (Mayol va boshq., 2012), ikkala stress ham kelajakda kuchayishi taxmin qilingan (Orr va boshq., 2005 Vaquer-Sunyer va Duarte, 2008).

    Bu erda biz gipoksiya va OA ning Markaziy Chilidagi bentik umurtqasizlar populyatsiyasining omon qolish va metabolik ko'rsatkichlariga ta'sirini birgalikda baholaymiz. Chili bo'ylab qirg'oq bo'yidagi umurtqasizlar muntazam ravishda ikkala stress omiliga duch kelishi mumkin, chunki Gumboldt Oqim tizimi (HCS) so'zning eng katta tabiiy gipoksik sohalaridan biridir (# L000 va boshq., 2002 Thiel va boshq., 2007) Ulloa va Pantoja, 2009). HCS tropik va subpolar kelib chiqadigan suvlarni olib keladigan qiya oqimlar tizimining mavjudligi va CO da to'yingan kislorodsiz sovuq suvlarning ko'tarilishi bilan ajralib turadigan juda murakkab dinamik mintaqadir.2 (Torres va boshq., 2002 Mayol va boshq., 2012). Shunday qilib, HCS qirg'oq mintaqasidagi umurtqasiz hayvonlar doimiy ravishda yuqori CO ga duch kelishi mumkin2 va past O2 va ushbu stress omillariga moslashishi kutilmoqda. Anthozoanlardan tashqari barchasi kalsifikatsiya qiluvchi turlardir, ayniqsa OAga nisbatan zaifdir (Kroeker va boshq., 2013). Biz ushbu stress omillarini umurtqasiz hayvonlar turlariga ta'sirini eksperimental ravishda 4 xil davolash usulida (yuqori O2 va past CO2, past O2 va past CO2, baland O2 va yuqori CO2va ikkalasi ham past O2 va yuqori CO2) va 3 va 6 kundan keyin omon qolish va nafas olish tezligini o'lchash.


    Hamkorliklar

    Iqlim o'zgarishi klasteri, Texnologiya universiteti Sidney, Sidney, Yangi Janubiy Uels, Avstraliya

    Devid J. Xyuz, Reychel Alderdik, Kristofer Kuni, Maykl Kyul, Matyo Pernis va amp; Devid J. Sugget

    Marine Biology Section, Department of Biology, University of Copenhagen, Helsingør, Denmark

    Department of Biology, University of Konstanz, Konstanz, Germany

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

    Contributions

    All authors contributed significantly with their respective expertise to the formulation, writing and editing. D.J.H performed digitization and analysis of peer-reviewed data.

    Corresponding authors


    Videoni tomosha qiling: ХОМИЛА УСИШДАН ТУХТАГАНЛИГИНИ УЙ ШАРОИТИДА БИЛИШ