미국 플로리다 베이의 아열대 석호에서 시아노박테리아 번성으로 인해 탄산칼슘 침전 및 실리카 용해 유도

Oct 16, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4071(2023) 이 기사 인용

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최근 수십 년 동안 플로리다 만에서 매년 시아노박테리아가 번성하면서 알칼리도 및 물에 용해된 규소의 변화와 일치하는 공간적, 시간적 패턴을 나타냈습니다. 초여름에는 북중부만에서 꽃이 피고 가을에는 남쪽으로 퍼집니다. 꽃은 용해된 무기탄소를 끌어내리고 물의 pH를 증가시켜 탄산칼슘의 현장 침전을 일으켰습니다. 이 물에 용해된 실리콘 농도는 봄철에 최소(20~60μM)였으며 여름 동안 증가했으며 늦여름에는 연간 최대(100~200μM)에 도달했습니다. 블룸워터의 높은 pH로 인한 실리카의 용해는 본 연구에서 처음으로 관찰되었습니다. 꽃이 만발하는 동안 플로리다 만의 실리카 용해량은 해당 연도의 시아노박테리아 꽃의 정도에 따라 연구 기간 동안 월별 0.9×107~6.9×107mol로 다양했습니다. 시아노박테리아 번성 지역의 동시 탄산칼슘 침전량은 월간 0.9×108~2.6×108mol입니다. 꽃이 핀 물에서 대기 중 CO2 흡수량의 30~70%가 탄산칼슘 광물로 침전되었으며, 유입된 CO2의 나머지 부분은 바이오매스 생산에 사용된 것으로 추정됩니다.

최근 수십 년 동안 시아노박테리아 번성은 담수호와 강에서부터 하구와 해안 석호에 이르기까지 전 세계적으로 발생했습니다1,2,3,4,5. 북유럽의 발트해, 프랑스 남부의 볼몬 석호, 서아시아의 카스피해, 아프리카의 빅토리아 호수, 북미의 이리 호수, 중국의 타이후 호수, 일본의 가스미가우라 호수6,7,8,9,10,11,12. 시아노박테리아의 확산과 확장은 종종 독소를 생성하고 먹이사슬을 변경하며 수생 생태계에서 저산소증을 유발하는 유해한 조류 번성을 형성합니다6,7,8,9,10,11,12. 이는 생태계 건강에 영향을 미칠 뿐만 아니라 담수 및 기수 자원의 가용성과 지속 가능성에 심각한 위협이 됩니다13,14,15. 많은 연구에서는 부영양화, 영양분 부하 및 높은 수온16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26을 포함하여 남조류 번성을 유발하는 환경 조건에 중점을 두었습니다. 최근 연구에 따르면 시아노박테리아는 대기 중 CO2를 흡수할 뿐만 아니라 또 다른 온실가스인 메탄을 대기 중으로 배출하는 것으로 나타났습니다27.

플로리다 베이(Florida Bay)는 미국 플로리다 반도의 남쪽 끝에 위치하고 있으며 플로리다 키스(Florida Keys)라고 불리는 180마일 길이의 섬 체인에 의해 대서양과 분리되어 있습니다. 면적이 약 2000km2에 달하는 세계에서 가장 큰 해안 석호 중 하나입니다. 1991년 이래로 플로리다 만에서는 남조류의 지속적인 번성 현상이 나타났습니다. 플로리다 베이의 시아노박테리아 번성은 매년 비슷한 공간적, 시간적 패턴을 보여 왔습니다28,29,30,31. 많은 연구에서 늦봄이나 초여름에 플로리다 만에서 시아노박테리아의 연례 번성 발달이 기록되었습니다. 북중부 만에서는 시아노박테리아 Synechococcus의 세포 생체량이 정기적으로 107 µm3 ml−1을 초과하는 높은 빈도와 강도의 꽃이 피는 것으로 나타났습니다(그림 1)29. 가을에는 남조류의 고농도가 중남부 만으로 퍼집니다. 이러한 운송 패턴은 가을에 계절적 한랭 전선이 시작되는 것과 일치합니다. 가을철에는 한랭전선이 강한 북서풍이나 북서풍을 불러와 꽃이 만발한 물을 북중부 만에서 남중부 만으로 몰아갈 수 있습니다29. 이 두 지역에서 관찰된 유사한 염분 변화 패턴은 계절풍이 플로리다 베이 중부 지역의 물 순환의 원동력임을 뒷받침합니다32.

플로리다 베이에 있는 40개의 샘플링 스테이션 위치. 시아노박테리아 번성의 계절적 진행은 화살표와 등고선으로 표시됩니다. 여름은 실선으로, 가을은 점선으로 표시됩니다(Plips et al.29 이후).