Loading...
Vertical, spatial, and temporal variability in seawater chemistry across the coral reefs of Puerto Rico
Carballeira Martínez, Juanita C.
Carballeira Martínez, Juanita C.
Citations
Altmetric:
Abstract
Global coral reef declines, driven by climate change and local human impacts, make it critical to assess environmental variability to improve projections for future declines. Here, we sampled surface and bottom seawater chemistry across 42 coral reef sites (5-30 meters) around Puerto Rico quarterly in 2024 to quantify spatial and temporal trends in vertical chemistry differences. Mean vertical differences were minimal for all parameters: temperature = 0.33 ºC, salinity = 0.23 g kg-1, density = 0.28 kg m-3, biological oxygen demand = 0.44 mg L-1, dissolved oxygen = 0.37 mg L-1, pH = 0.02, total alkalinity = 13.3 µmol kg-1, dissolved inorganic carbon = 10.2 µmol kg-1, and saturation state with respect to aragonite (Ωarg) = 0.15. However, there was considerable variability with much larger vertical differences observed at some sites for selected sampling events. While vertical differences in physical parameters significantly correlated with depth for temperature (0.008 ± 0.002 °C per m, p < 0.001), salinity (-0.005 ± 0.002 g kg-1 per m, p = 0.002), and density (-0.011 ± 0.001 kg m-³ per m, p < 0.001), vertical differences in biogeochemical parameters lacked consistent trends with depth (p > 0.05) primarily due to offsetting positive and negative metabolic effects. The relationship between normalized total alkalinity and dissolved inorganic carbon revealed a balance between organic and inorganic carbon cycling and suggested net calcification relative to offshore data. This three-dimensional assessment highlights the complex biogeochemical dynamics of shallow coral reefs and underscores the importance of integrated monitoring strategies to better predict site-specific responses to environmental change.
El deterioro global de los arrecifes de coral, causado tanto por el cambio climático como por impactos humanos a escala local, resalta la importancia de evaluar la variabilidad ambiental para mejorar las proyecciones sobre el futuro estado de estos ecosistemas. En este estudio, se llevó a cabo un muestreo trimestral en 42 localidades de arrecifes de coral alrededor de Puerto Rico, a profundidades entre 5 a 30 metros, durante el año 2024. Se analizó la química del mar tanto en la superficie como en el fondo para cuantificar las tendencias espaciales y temporales en las diferencias verticales de los parámetros evaluados. Los resultados demostraron diferencias verticales promedio mínimas para todos los parámetros: temperatura = 0.33 ºC, salinidad = 0.23 g kg⁻¹, densidad = 0.28 kg m⁻³, demanda biológica de oxígeno = 0.44 mg L⁻¹, oxígeno disuelto = 0.37 mg L⁻¹, pH = 0.02, alcalinidad total = 13.3 μmol kg⁻¹, carbono inorgánico disuelto = 10.2 μmol kg⁻¹ y estado de saturación con respecto a aragonita (Ωarg) = 0.15. Sin embargo, se identificó una variabilidad considerable, con diferencias verticales mucho mayores en algunas localidades durante eventos de muestreo específicos. Mientras que las diferencias verticales en los parámetros físicos se correlacionó significativamente con la profundidad para temperatura (0.008 ± 0.002 °C por metro, p < 0.001), salinidad (-0.005 ± 0.002 g kg⁻¹ por metro, p = 0.002) y densidad (-0.011 ± 0.001 kg m⁻³ por metro, p < 0.001), las diferencias verticales en los parámetros biogeoquímicos no mostraron tendencias consistentes con profundidad (p > 0.05), mayormente debido a la compensación entre efectos metabólicos positivos y negativos. La relación entre la alcalinidad total normalizada y el carbono inorgánico disuelto normalizado demostró un equilibrio entre el ciclo de carbono orgánico e inorgánico y sugirió una calcificación neta en comparación a datos de mar abierto. Esta evaluación tridimensional demuestra la complejidad biogeoquímica dinámica de los arrecifes de coral someros, a la vez que destaca la importancia de establecer estrategias de monitoreo integradas para predecir con mayor certeza las respuestas específicas de estos ecosistemas a cambios ambientales.
El deterioro global de los arrecifes de coral, causado tanto por el cambio climático como por impactos humanos a escala local, resalta la importancia de evaluar la variabilidad ambiental para mejorar las proyecciones sobre el futuro estado de estos ecosistemas. En este estudio, se llevó a cabo un muestreo trimestral en 42 localidades de arrecifes de coral alrededor de Puerto Rico, a profundidades entre 5 a 30 metros, durante el año 2024. Se analizó la química del mar tanto en la superficie como en el fondo para cuantificar las tendencias espaciales y temporales en las diferencias verticales de los parámetros evaluados. Los resultados demostraron diferencias verticales promedio mínimas para todos los parámetros: temperatura = 0.33 ºC, salinidad = 0.23 g kg⁻¹, densidad = 0.28 kg m⁻³, demanda biológica de oxígeno = 0.44 mg L⁻¹, oxígeno disuelto = 0.37 mg L⁻¹, pH = 0.02, alcalinidad total = 13.3 μmol kg⁻¹, carbono inorgánico disuelto = 10.2 μmol kg⁻¹ y estado de saturación con respecto a aragonita (Ωarg) = 0.15. Sin embargo, se identificó una variabilidad considerable, con diferencias verticales mucho mayores en algunas localidades durante eventos de muestreo específicos. Mientras que las diferencias verticales en los parámetros físicos se correlacionó significativamente con la profundidad para temperatura (0.008 ± 0.002 °C por metro, p < 0.001), salinidad (-0.005 ± 0.002 g kg⁻¹ por metro, p = 0.002) y densidad (-0.011 ± 0.001 kg m⁻³ por metro, p < 0.001), las diferencias verticales en los parámetros biogeoquímicos no mostraron tendencias consistentes con profundidad (p > 0.05), mayormente debido a la compensación entre efectos metabólicos positivos y negativos. La relación entre la alcalinidad total normalizada y el carbono inorgánico disuelto normalizado demostró un equilibrio entre el ciclo de carbono orgánico e inorgánico y sugirió una calcificación neta en comparación a datos de mar abierto. Esta evaluación tridimensional demuestra la complejidad biogeoquímica dinámica de los arrecifes de coral someros, a la vez que destaca la importancia de establecer estrategias de monitoreo integradas para predecir con mayor certeza las respuestas específicas de estos ecosistemas a cambios ambientales.
Description
Date
2025-05-09
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Collections
Keywords
Coral reefs, Vertical differences, Chemical variability