Carbonate chemistry dynamics in The Bioluminescent Bay: A tropical mangrove lagoon in La Parguera, Puerto Rico

Abstract

Mangrove ecosystems were identified by recent research as capable of buffering coastal ocean acidification (OA) and acting as refugia for scleractinian corals, suggesting that sulfate reduction and carbonate sediment dissolution generated sufficient alkalinity to buffer OA. However, it remains unclear if said buffering capabilities are common to all coastal mangrove areas over extended time scales. This study describes the seasonal carbonate chemistry variability within a semi-enclosed tropical mangrove lagoon (BB) in southwestern Puerto Rico. Biweekly measurements of sea temperature and salinity, combined with water samples of pH, total alkalinity (TA), and dissolved inorganic carbon (DIC), were collected from 2014 to 2018. We investigated the mechanisms driving the carbonate variability using the salinity normalized DIC (nDIC) and TA (nTA) correlation and compared with an offshore reference station (SE) located approximately 11 km off the coast. Waters at BB showed mean pH (7.87±0.09) and mean aragonite saturation state levels (Ωarg, 2.96±0.47) that could be challenging to calcification. pCO2 data and nDIC vs. nTA analyses evidence that heterotrophic activity as the primary driver for the persistent acidification, which reaches its maximum expression during the wet season. We conclude that not all mangrove environments are capable of effectively buffering against OA. Lagoons with a limited exchange with nearshore water and high carbon input rates can show exacerbated OA levels relative to oceanic and mid-shelf environments.

Los ecosistemas de manglar se identificaron recientemente como capaces de amortiguar la acidificación de los océanos (OA) costeros y actuar como refugio para los corales esclerocios, sugiriendo que la reducción de sulfato y la disolución de sedimentos de carbonato generan alcalinidad suficiente para amortiguar la OA. Sin embargo, no está claro si dichas capacidades de amortiguación son comunes a todas las áreas costeras de manglares en escalas de tiempo extendidas. En este estudio, describimos la variabilidad estacional de la química de carbonatos dentro de una laguna de manglar tropical semicerrada (BB) en el suroeste de Puerto Rico. Las mediciones quincenales de la temperatura y la salinidad del mar, en combinación con muestras de agua de pH, alcalinidad total (TA) y carbono inorgánico disuelto (DIC) se obtuvieron de 2014 a 2018. Para investigar los procesos bénticos que modulan la química de carbonatos, normalizamos DIC (nDIC) y TA (nTA) utilizando la salinidad promedio de la estación de referencia oceánica (SE), ubicada aproximadamente a 11 km de la costa. Las aguas en BB mostraron niveles medios de pH (7.87 ± 0.09) y de saturación de aragonita (Ωarg, 2.96 ± 0.49) que podrían ser un reto para la calcificación. Los datos de pCO2 y nDIC vs. nTA demuestran que la actividad heterotrófica es el principal impulsor de la acidificación persistente, que alcanza su máxima expresión durante la temporada de lluvia. Concluímos que no todos los entornos de manglares son capaces de amortiguar efectivamente contra la OA. Las lagunas de intercambio limitado con agua cercana a la costa y altas tasas de entrada de carbono pueden mostrar niveles elevados de OA en relación con los entornos oceánicos y de plataforma media.