English
W ramach realizacji projektu planuje się przeprowadzenie w komorze hiperbarycznej Karl Erik TiTank serii krótkoterminowych doświadczeń laboratoryjnych nad wpływem acydyfikacji wody morskiej (zwiększonego stężenia CO2) na procesy geochemiczne i organizmy bentosowe. W doświadczeniach wykorzystane zostaną powierzchniowe osady denne i dwa dominujące gatunki makrofauny bentosowej z rejonu lokalizacji potencjalnego podmorskiego składowiska CO2 w polskiej części południowego Bałtyku (obecnie eksploatowane złoże ropy naftowej B3).
Komora hiperbaryczna Karl Erik TiTank została skonstruowana przez Norwegian University of Science and Technology (NTNU, Trondheim), Stiftelsen Materials and Chemistry (SINTEF, Trondheim) i firmę Statoil w celu prowadzenia badań w warunkach laboratoryjnych nad wpływem zwiększonego stężenia CO2 powstałego wskutek wycieku ze składowiska geologicznego na środowisko morskie. Komora posiada objętość 1,4 m3 i wytrzymuje ciśnienie robocze 30 bar, co odpowiada głębokości wody ok. 290 m. Konstrukcja komory umożliwia stały przepływ wody, której kwasowość utrzymywana jest na niezmienionym poziomie dzięki automatycznej regulacji stężenia gazowego CO2 przy stałej temperaturze i ciśnieniu hydrostatycznym. Przepływ wody wynosi maksymalnie 1.0 L min-1. Komora wykonana jest w całości z tytanu o dużej odporności na korozję, co ogranicza ryzyko uwalnia metali i innych pierwiastków do wody w czasie prowadzenia doświadczeń. W komorze zainstalowane jest oświetlenie w zakresie światła widzialnego i podczerwonego, automatyczne ramię wyposażone w kamerę i komora dekompresyjna. Za pomocą sterowanego ramienia możliwe jest zbieranie próbek podczas doświadczeń bez konieczności dekompresji układu. Dodatkowo, komora wyposażona jest w system wewnętrznego mieszania wody o przepływie do 16 L min-1.
Schemat komory hiperbarycznej TiTank (Ardelan et al., 2012)
W komorze hiperbarycznej, osady morskie i organizmy makrobentosowe eksponowane będą przez 60 dni na różne stężenia CO2 w zakresie odpowiadającym gradientowi całkowitej alkaliczności, który powstaje w bezpośrednim sąsiedztwie wycieku gazu. W czasie doświadczeń badane będą następujące aspekty:
a) Procesy chemiczne i geochemiczne
1. Tempo acydyfikacji i tworzenia bąbli gazowych w warunkach różnego stężenia CO2 i ciśnienia hydrostatycznego odpowiadającego głębokości wody 80 m.
2. Stężenie i specjacja metali uwalnianych z osadów do wody porowej i naddennej przy różnym poziomie acydyfikacji.
3. Tempo rozpuszczania fosforu związanego i niezwiązanego z minerałami apatytowymi (fluoroapatytu) w osadach i wodzie z Morza Bałtyckiego.
b) Modelowanie numeryczne
Zastosowanie modelu transportu O-C-N-P-Si-S-Fe-Mn-Si zmodyfikowanego do warunków strefy kontaktu osad-woda (Bottom RedOx Model, BROM) w celu:
- analizy danych doświadczalnych
- obliczenia strumieni pierwiastków
- oceny wpływu wycieku CO2 z podmorskiego składowiska geologicznego na procesy geochemiczne w strefie kontaktu osad-woda.
c) Wpływ na biocenozę morską
1. Modyfikacje strukturalne i funkcjonalne morskich zespołów bentosowych, w tym zmiany jakościowe i ilościowe zgrupowań meio- i makrofauny oraz tempa respiracji ekosystemu, w warunkach różnego stężenia CO2.
2. Reakcje biologiczne na zwiększone stężenie CO2 w wodzie na poziomie gatunkowym i osobniczym u dwóch gatunków modelowych dominujących w głębokowodnych obszarach Morza Bałtyckiego: rogowca bałtyckiego Macoma balthica (Bivalvia) – gatunek posiadający szkielet wapienny i nereidy Hediste diversicolor (Polychaeta) – gatunek niewytwarzający struktur wapiennych.
3. Określenie pojemności buforowej CO2 jako wskaźnika zakresu tolerancji organizmu na acydyfikację w oparciu o wybrane biomarkery takie jak tempo dekalcyfikacji i aktywność metaboliczna (np. anhydrazy węglanowej). Morskie bezkręgowce zasiedlające rejony o podwyższonym poziomie acydyfikacji wykształciły trzy mechanizmy metaboliczne w reakcji kompensacyjnej na zwiększone stężenie CO2 i jonów wodorowych w płynach ciała: (i) buforowanie bierne; (ii) aktywny transport CO2 i wymiana jonowa oraz (iii) obniżenie tempa metabolizmu (Fabry et al., 2008). Dlatego przypuszcza się, że gatunki wykazujące szeroki zakres tolerancji na acydozę posiadają większą zdolność do kompensacji efektów zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej (Seibel i Walsh, 2003).
4. Opracowanie metody monitorowania środowiska morskiego nad składowiskiem CO2, oparte o wskaźniki biologiczne na poziomie populacji i gatunku oraz biomarkery fizjologiczne.