DISCO - Drivers and Impacts of Coastal Ocean Acidification

Abstract

Ocean acidification, mainly attributed to the increasing anthropogenic CO₂ in the atmosphere, is characterised by a lowering pH together with a shift in the sea water carbonate chemistry toward lower concentration of carbonate ions. On the coasts, where the environmental variability is high due to natural and human impacts, ocean acidification mainly affects the frequency, magnitude, and duration of lower pH and lower calcium carbonate saturation events. Coastal ecosystems are adapted to environmental variability such as frequent changes in salinity, temperature, pH, oxygen levels and organic matter content. However, the effects of an increase of the range of this variability on coastal species, and especially on calcifiers, are still not clear. In this context, this thesis explores the impacts of coastal ocean acidification combined with other environmental stressors on benthic foraminifera.
In the Skagerrak-Baltic Sea region, foraminifera faunas varied along a strong gradient in terms of salinity, pH, and dissolved oxygen concentration, and species were adapted to local environmental stressors. However, the specimens of Ammonia spp. and Elphidium spp. observed in the south Baltic Sea were partially to completely dissolved, probably due to a combination of different stressors affecting the required energy for biomineralisation.
In a culture study, the coastal species Ammonia spp. and E. crispum were found to be resistant to dissolution under varying salinity and pH, which reflects the environmental variations in their natural habitats. However, their resistance to lower pH is decreased when cultured in brackish water conditions, and living decalcified specimens were also observed under a salinity of 5. This underlines the importance of a high salinity in the calcification process of foraminifera.
At the entrance of the Baltic Sea, environmental changes during the last 200 years were reconstructed using foraminiferal faunas. Four periods were identified with varying oxygen levels, salinity, organic matter content, and pollution with lower pH. This highlights that foraminiferal faunas were able to adapt to multiple environmental stressors.
This thesis concludes that, even if coastal species of foraminifera can tolerate extremely varying conditions in their environment on the short term, it is likely that tolerance thresholds will be passed for benthic ecosystems under the future increase in anthropogenic impacts such as coastal ocean acidification.
Further studies of micro-organisms such as foraminifera will be necessary to improve our understanding of past environmental changes and to put present and future changes into a larger context.

Abstract (Swedish)

Marin försurning är ett allvarligt miljöproblem som huvudsakligen är orsakat av ökande halter av antropogen CO₂ / koldioxid i atmosfären. Det kännetecknas av sänkt pH i havet tillsammans med en förändring i havsvattnets karbonatkemi med resulterande lägre koncentration av karbonatjoner. Vid kuster, där variationer i miljön är stora på grund av en rad både naturliga - och antropogena orsaker, påverkar marin försurning huvudsakligen frekvensen, storleken och varaktigheten av episoder med lägsta pH och kalciumkarbonatmättnad. Kustekosystem är anpassade till stora variationer i miljön såsom frekventa förändringar i salthalt, temperatur, pH, syrgashalt och mängden organiskt material. Emellertid är konsekvenserna av en ökad variation i dessa miljövariabler, och särskilt för kalkskaliga organismer, inte klargjorda. Min avhandling behandlar effekterna och konsekvenserna av kustnära marin försurning i kombination med andra miljövariabler på marina kalkskaliga, bottenlevande mikroorganismer - foraminiferer.
I Skagerrak-Östersjöområdet varierar artsammansättningen och förekomsten av foraminiferer längs en stark gradient i salthalt, pH och syrgashalt, och arterna är anpassade till lokala miljöförhållanden. Vi noterade dock att Östersjöforaminifererna hade helt eller delvis upplösta kalkskal men trots detta levde de. Skalupplösningen orsakas förmodligen av en kombination av olika miljöstressorer som påverkar den mängd tillgänglig energi som krävs för att foraminifererna ska kunna bygga sina kalkskal.
I en annan studie i min avhandling genomförde vi experiment där vi odlade foraminiferer under olika salthalts- och pH förhållanden. Vi visade i den studien att foraminiferer som ursprungligen kom från kustområden var relativt tåliga för varierande salthalt och pH men också att toleransen för sänkt pH minskade avsevärt när vi samtidigt minskade salthalten. Foraminiferer med helt upplösta kalkskal observerades när salthalten var så låg som 5. Detta understryker betydelsen av hög/normal salthalt när foraminiferer bildar sina kalkskal.
Inom ramen för mitt avhandlingsarbete har jag även studerat miljöförändringar i Öresund, mynningen till Östersjön, under de senaste 200 åren genom att analysera sedimentkärnor och dess innehåll av foraminiferer samt kornstorleksfördelning av sedimenten. Fyra perioder identifierades och vi tolkade det som att under dessa 200 år har dels vattnets syre - och salthalt varierat men även mängden organiskt material och olika föroreningar, vilka även har resulterat i lägre pH.
Sammanfattningsvis, visar jag i min avhandling att även om foraminiferer i kustområden kan på kort sikt kan tolerera väldigt varierande miljöförhållanden, är det troligt att toleransgränser kommer att passeras för bentiska ekosystem som en konskevens av marin försurning och andra antropogena miljöförändringar.
Ytterligare studier av mikroorganismer är nödvändiga för att öka vår förståelse om dåtidens miljöförändringar och kunna sätta dagens och framtidens förändringar i ett större sammanhang.

• author: Charrieau, Laurie
• supervisor: Helena L. Filipsson; Karl Ljung; Emma Kritzberg
• opponent: Dr. Husum, Katrine, Norwegian Polar Institute, Tromsø, Norway
• organization: Quaternary Sciences; Environmental Science
• publishing date: 2017-11
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Earth and Related Environmental Sciences
• keywords: Coastal ocean acidification, Foraminifera, Environmental changes, pH, Salinity
• edition: 1st
• pages: 126 pages
• defense location: Lecture hall “Pangea”, Geocentrum II, Sölvegatan 12, Lund
• defense date: 2017-12-15 13:00:00
• external identifiers: scopus:85056148012
• ISBN: 978-91-7753-494-5
• ISBN: 978-91-7753-493-8
• language: English
• LU publication?: yes
• id: fc10f16c-9d9c-4316-ae6d-4b7265cc3ff0
• date added to LUP: 2017-11-20 13:06:58
• date last changed: 2024-03-01 03:52:41