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Apr 19, 2024

炭酸塩の化学反応の違い

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11589 (2023) この記事を引用 861 アクセス 12 の Altmetric Metrics の詳細

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11589 (2023) この記事を引用

861 アクセス

12 オルトメトリック

メトリクスの詳細

イシサンゴの将来の生存と、熱帯のサンゴ礁形成者としての優位性が疑問視される気候予測により、進行中の気候変動に対するサンゴの適応能力を理解することが重要です。 サンゴ石灰化液の炭酸塩化学の生物学的媒介は、地球規模の脅威に対するサンゴの反応を評価するための基本的な要素です。 タラ島太平洋探検隊 (2016 ～ 2018 年) は、太平洋全体に現存するサンゴの石灰化パターンを調査する機会を提供しました。 長命の造礁サンゴの石灰化パラメータを評価するために、巨大なハマサンゴ属とディプロアストレア属のコロニーからのコアがさまざまな環境から収集されました。 太平洋の流域スケールでは、両方の属が石灰化流体のpHと溶存無機炭素を体系的に上方制御して、効率的な骨格沈殿を達成していることを示します。 しかし、ハマサンゴは石灰化能力を高めるために高温で石灰化流体のアラゴナイト飽和状態（Ωcf）を増加させますが、ディプロアストレアは太平洋の温度勾配全体にわたって安定した恒常性Ωcfを示します。 したがって、ディプロアストレアが海洋温暖化および/または酸性化にどの程度反応するかは不明であり、これがこのサンゴ属の将来の生存にとって有益であるか有害であるかは、さらなる注目に値します。

海洋温暖化と酸性化は、熱帯サンゴ礁の健康と生存を脅かしています1、2、3。 起こり得る将来の気候シナリオに基づく予測は、サンゴ礁の大幅な減少から 2100 年までの完全な消滅まで多岐にわたります (IPCC 特別報告書、2018 年—「地球温暖化 1.5 °C、IPCC 特別報告書、2019 年—変化する気候における海洋と雪氷圏」) ）。 1 世紀以上にわたって、人為起源の CO24 やその他の温室効果ガスの排出量の増加により、浅海の温度は 0.3 ～ 0.6 °C 上昇し、pH は約 0.1 単位低下しました (つまり、海洋酸性化、OA)5。 同時に、表層海洋の炭酸イオン濃度 (CO32-) とアラゴナイトの飽和状態 (Ω) は約 16% 減少しました 6,7。 特定の CO2 排出シナリオに応じて 8、モデルは、2100 年までに気温が数度上昇し、海水の pH (pHsw) がさらに 0.14 ～ 0.43 低下すると予測しています 6,9。 これらすべては、石灰化率や骨格密度の低下など、イシサンゴにおけるアラゴナイトの形成に深刻な影響を与える可能性があります9、10、11、12。 いくつかの研究では、スクレラクチニアン (アラゴナイト) サンゴには、不利な環境条件下でも石灰化を維持する適応能力があることが示されています 13、14、15。 それらは、骨格とカリコ芽細胞上皮の間に位置する細胞外石灰化液（cf）として知られる半隔離された空間内で、生物学的に制御された方法で炭酸カルシウムを沈殿させます16。 サンゴは、溶存無機炭素 (DIC) を cf に積極的に濃縮し、プロトンを除去する (つまり、周囲の海水と比較して pHcf を増加させる) 生物学的メカニズムを開発しました。 これにより、DIC 平衡が [CO32-] に有利にシフトし、サンゴがより高い Ωcf 値を達成できるようになります。 特に、サンゴは炭酸塩の化学的性質を上方制御することにより、海水の 4 ～ 6 倍高いアラゴナイト飽和状態レベルに達し 15,17,18、これが CaCO3 の沈殿を促進します。 さらに、ハマダラカ属の最近のコロニー内研究では、炭酸塩の化学的性質が季節的に変化し、そのような変動は環境要因（例：光、温度、栄養素）と代謝プロセス（例：共生光合成による代謝炭素）の組み合わせによって調節されていることが示唆された。 )19、20、21、22、23。

私たちは、巨大で長寿命のサンゴ 2 属 (ハマサンゴ属とディプロアストレア属) の石灰化流体の炭酸塩化学を調査し、同一の気候および水文条件下での分類群間の相違点と類似点を特定しました。 これらのサンゴ属は、太平洋で広く知られるサンゴ礁形成者であり 24、その広範な緯度分布、寿命 (数世紀単位)、古海洋学的アーカイブとしての大きな可能性のため、標的とされてきました。 ハマサンゴは最も回復力のあるサンゴの 1 つであることが知られています 25、26、27 が、ストレス耐性に関しては Diploastrea 属についてはあまり知られていません。 この研究では、さまざまな環境における Diploastrea heliopora とハマサンゴの石灰化と炭酸塩化学のアップレギュレーションを比較しました。 このため、私たちはタラ号太平洋遠征（2016～2018年）中に熱帯太平洋全域で収集されたハマダラカ類（n = 33）とディプロアストレア（n = 6）の39のコロニーの骨格地球化学と成長パラメーターを分析しました。 収集されたサンゴは、海水温度 (SST: 22.4 ～ 29.8 °C)、塩分濃度 (SSS: 31.5 ～ 36.1)、および炭酸塩の化学的性質 (合計スケール pHsw: 8.01 ～ 8.09) といったさまざまな水文学的条件にさらされた一連のコアを表しています (図 1)。 1、表 S1、S2)。 石灰化流体の平均化学組成 (pHcf、[CO32-]cf、DICcf、Ωcf) は、過去 6 年間の成長 (2010 年) に対応するコアトップサンプルのホウ素同位体ペア (δ11B) および B/Ca 分析から導き出されました。 –2016;方法）。 これらのデータに基づいて、我々は、周囲の海水の性質（海面水温、塩分、炭酸塩の化学的性質）が、太平洋盆地規模で成長の遅い造礁群のcf組成に及ぼす影響を評価した。