Distribuzione dei nutrienti e del sistema dei carbonati nel Glomar Challenger Basin: implicazioni per i cicli biogeochimici del mare di Ross (Antartide)

Abstract

La ricerca si è basata su caratterizzare le dinamiche biogeochimiche del Glomar Challenger Basin (GCB) situato nel mare di Ross, un’area poco indagata che funge da zona di transizione tra i settori orientale e occidentale e da via di accesso per le intrusioni di acque circumpolari verso il Ross Ice Shelf (RIS); attraverso l’analisi dei nutrienti (NO2-, NO3-, NH4+, PO43-, Si(OH)4), determinati tramite analisi colorimetriche, unitamente a misure potenziometriche per definire il pH e Alcalinità totale (AT). I dati ottenuti sono stati elaborati assieme a temperatura potenziale e salinità per ottenere una descrizione completa delle proprietà del sistema dei carbonati quali Carbonio inorganico (CT), pressione parziale del CO2, grado di saturazione carbonatica di calcite e aragonite (Ω) e fattore di Revelle. L'applicazione di tecniche di analisi statistica multivariata, come l'Analisi delle Componenti Principali (PCA), unita alla diminuzione della concentrazione dei nutrienti e ai rapporti N/P e N/Si ha permesso l’interpretazione della variabilità spaziale e i processi dominanti nelle acque superficiali rivelando una eterogeneità significativa e una condizione di diffusa ferro-carenza che limita la produzione primaria. Sono state mappate e caratterizzate diverse masse d'acqua, tra cui la High Salinity Shelf Water (HSSW), la Ice Shelf Water (ISW), le Low Salinity Shelf water (LSSW) e le intrusioni di Circumpolar Deep Water (CDW) confermando l’AT come un tracciante chimico più efficace rispetto agli indici semiconservativi (NO e PO) per distinguere le diverse acque di piattaforma all'interno del Glomar Challenger Basin. La stima del carbonio antropogenico (Cant) attraverso l'applicazione del metodo TrOCA ha evidenziato un arricchimento significativo di Cant nelle acque profonde di piattaforma (HSSW e ISW), dimostrando l'efficacia di queste masse d'acqua nel trasferire il CO2 di origine antropica verso gli abissi oceanici.

The research was based on characterizing the biogeochemical dynamics of the Glomar Challenger Basin (GCB) located in the Ross Sea, a poorly investigated area that acts as a transition zone between the eastern and western sectors and as a gateway for circumpolar water intrusions into the Ross Ice Shelf (RIS); through the analysis of nutrients (NO2-, NO3-, NH4+, PO43-, Si(OH)4), determined by colorimetric analysis, together with potentiometric measurements to define pH and total alkalinity (TA). The data obtained were processed together with potential temperature and salinity to obtain a complete description of the properties of the carbonate system, such as inorganic carbon (CT), partial pressure of CO2, carbonate saturation degree of calcite and aragonite (Ω), and Revelle factor. The application of multivariate statistical analysis techniques, such as Principal Component Analysis (PCA), combined with the decrease in nutrient concentration and N/P and N/Si ratios, has allowed the interpretation of spatial variability and dominant processes in surface waters, revealing significant heterogeneity and widespread iron deficiency that limits primary production. Several water masses were mapped and characterized, including High Salinity Shelf Water (HSSW), Ice Shelf Water (ISW), Low Salinity Shelf Water (LSSW), and Circumpolar Deep Water (CDW) intrusions, confirming AT as a more effective chemical tracer than semi-conservative indices (NO and PO) for distinguishing different shelf waters within the Glomar Challenger Basin. The estimation of anthropogenic carbon (Cant) through the application of the TrOCA method highlighted a significant enrichment of Cant in deep shelf waters (HSSW and ISW), demonstrating the effectiveness of these water masses in transferring anthropogenic CO2 to the ocean depths.