Carbonate system and carbon dioxide fluxes in the Partizanskaya River Estuary (Nakhodka Bay, Sea of Japan)

Abstract

Прибрежные воды являются связующим звеном между сушей, океанами, атмосферой, биоту и донными отложениями. Хотя приустьевый области составляют лишь малые доли всей площади поверхности океанов, они играют большую роль в переносе углерода и биогенных элементов с материков в открытое море. В настоящей работе было проведено биогеохимическое исследование и рассмотрена карбонатная система и потоки CO2 в эстуарии р. Партизанской (зал. Находка, Японское море). Представлена вертикальная изменчивость температуры, солености и хлорофилла-а по данным CTD-зонда. Описаны основные параметры карбонатной системы: pH, pCO2, DIC, TA в 4 сезона года. Рассчитан поток СО2 (FCO2 ) на границе вода-атмосфера и потоки биогенных элементов (DIN, DISi, DIP, Cорг). Обоснована необходимость дальнейшего проведения гидрохимических исследований в прибрежных областях для выявления причин изменений направленности потоков одного из основных парниковых газов. Было обнаружено интенсивное цветение фотосинтезирующих водорослей в зимний период содержание хлорофилла – «а» подо льдом (52 мг/л). В пробах, отобранных на станциях, расположенных в нижнем течении реки и в отрытой части речного взморья парциальное давление CO2 сильно разнится, и то превышает (1000-2000 мкатм), то оказывается меньше равновесного значения (взятого за 390 мкатм). В целом, в осенне-зимний период эстуарий р. Партизанская являлся источником CO2 в атмосферу, из-за высокой скорости деструкции органического вещества, что подтверждают полученные положительные величины FCO2 - среднее значение для района 83,05 (ммоль• м-2• сут-1), а в весенне-летний период потоки меняли направление и, соответственно, знак в разных точках пробоотбора (от -74,01– инвазия газа, до 198,41 (ммоль• м-2• сут-1) – эвазия газа. В заключении, карбонатная система объясняет процессы, связанные с продукцией и деструкцией органического вещества в эстуариях рек, позволяет лучше понять интенсивность и направленность колебаний потоков углерода в прибрежных районах, контролировать возникновение эвтрофирования даже в олиготрофных водоемах и буферную емкость экосистем в целом.

Coastal waters connect land, oceans, atmosphere, biota, and sedimentary deposits. Although estuarine areas represent only a small fraction of the total ocean surface area, they play a significant role in the transport of carbon and biogenic elements from continents to the open sea. In this study, a biogeochemical investigation was conducted, focusing on the carbonate system and CO2 fluxes in the estuary of the Partizanskaya River (Nakhodka Bay, Sea of Japan). The vertical variability of temperature, salinity, and chlorophyll-a was presented based on CTD (Conductivity-Temperature-Depth) profiler data. The main parameters of the carbonate system, including pH, pCO2, DIC (dissolved inorganic carbon), and TA (total alkalinity), were described for the four seasons of the year. The CO2 flux (FCO2) at the water-air interface and the fluxes of biogenic elements (DIN, DISi, DIP, Corg) were calculated. The need for further hydrochemical research in coastal areas to identify the drivers of changes in the directionality of one of the major greenhouse gases' fluxes was justified. Intensive bloom of photosynthetic algae was detected during the winter period, with chlorophyll-a concentrations reaching 52 mg/L under the ice cover. In samples collected at stations located in the downstream part of the river and in the open section of the river estuary, the partial pressure of CO2 varied significantly, exceeding equilibrium values (taken as 390 μatm) in some cases (ranging from 1000 to 2000 μatm), while being lower in others. Overall, during the autumn-winter period, the Partizanskaya River estuary acted as a source of CO2 to the atmosphere due to high organic matter decomposition rates, as evidenced by the positive values of FCO2, with an average value of 83.05 mmol·m-2·day-1 for the region. In the spring-summer period, the fluxes reversed direction and sign at different sampling points, ranging from -74.01 mmol·m-2·day-1 (gas influx) to 198.41 mmol·m-2·day-1 (gas efflux). In conclusion, the carbonate system explains the processes related to organic matter production and decomposition in river estuaries, providing a better understanding of the intensity and directionality of carbon flux fluctuations in coastal areas, enabling the control of eutrophication even in oligotrophic water bodies, and overall buffering capacity of ecosystems.