Journal of Oceanography

fa بازسازی دمای سطح دریا و تعیین عنصر کربن در اکوسیستم‌های مرجانی با استفاده از ایزوتوپ‌های پایدار اکسیژن (δ18O) و کربن (δ13C) به عنوان ردیاب‌های ژئوشیمیایی Sea surface temperature reconstruction and determining the carbon element in coral ecosystems using stable isotopes of oxygen (δ18O) and carbon (δ13C) as geochemical tracers محيط زيست دريا / آلودگی دریا Marine Environment / Marine pollution پژوهشي Research/ Original/ Regular Article <div style="text-align: justify;"><w:sdt contentlocked="t" docpart="65DC79A21D73475684456F7B9D626E07" id="-1910771943">پیشینه و اهداف:</w:sdt> پارک ملی دریایی نایبند در شمال خلیج فارس، بعنوان اولین و بزرگترین پارک ملی دریایی ایران به شمار می‌رود که طیف گسترده‌ای از زیستگاه‌ها و گونه‌های خشکی، ساحلی و دریایی از قبیل آبسنگ‌های مرجانی، علف های دریایی، پرندگان ساحلی – دریایی، لاکپشت‌های دریایی و جنگل‌های مانگرو را در خود جای داده است. امروزه این اکوسیستم نیز همچون سایر اکوسیستم‌های کره زمین تحت تاثیر تغییر اقلیم به ویژه افزایش دمای آب سطحی (SST) و نفوذ منابع آلاینده خشکی قرار دارد. تلاش‌های اخیر محققان بر شناسایی ردیاب‌های قوی متمرکز شده است که شرایط محیطی گذشته را در اکوسیستم‌های آبی به ویژه اکوسیستم‌ مرجانی آشکار می‌کنند. امروزه ایزوتوپ‌ پایدار اکسیژن (δ18O) برای بازسازی دمای سطح دریا و ایزوتوپ‌ پایدار کربن (δ13C) برای ثبت نرخ فتوسنتز جلبک‌های همزیست مرجانها و انتقال کربن خشکی به آب‌های ساحلی از مهمترین این ردیاب‌ها به شمار می‌روند. علیرغم مواجهه با تغییرات اقلیمی و منابع آلاینده، پارک ملی دریایی نایبند فاقد سوابق اقلیمی تاریخی پیوسته است. از این رو هدف از این مطالعه بررسی تغییرات دمای آب سطحی دریا طی سالیان گذشته و تعیین نوع عنصر کربن موجود در اسکلت کربناتی به ترتیب با استفاده از ایزوتوپ‌های پایدار δ18O و δ13C در مرجان‌های خانواده Faviidae است. <w:sdt contentlocked="t" docpart="65DC79A21D73475684456F7B9D626E07" id="-43291168">روش‌ها‌:</w:sdt> مراحل کلی تحقیق پیش رو را می‌توان به چهار مرحله تقسیم‌بندی کرد. در مرحله نخست: نمونه‌های مرجانی از سه پهنه‌ مرجانی پارس جنوبی (سایت 1)، خلیج نایبند (سایت 2) و ساحل بنود (سایت 3) در اسفند ماه 1401 برداشت شدند. نمونه‌های مرجانی پس از انتقال به آزمایشگاه با آب مقطر شسته شده، در آفتاب خشک شده و در نهایت با استفاده از دستگاه برش به موازات محور حداکثر رشد به قطعات ۱ سانتی‌متری برش داده شدند. در مرحله دوم، از برش‌های مرجانی با استفاده از اشعه ایکس تصویر رادیولوژی تهیه شد تا نوارهای رشد سالانه مرجانها با استفاده از نوارهای کم چگالی (نوارهای روشن) و نوارهای پر چگالی (نوارهای تیره) به صورت گذشته‌نگر از سال 1396 تا 1401 آشکار شوند. سپس از هر باند رشد سالانه مرجان نمونه پودر تهیه شد. پودر تهیه ‌شده با استفاده از یک هاون سرامیکی آسیاب شده و با الک 63 میکرومتر همگن شد. در انتها مقدار50 میلیگرم از پودر مرجان همگن شده توسط ویال‌های پلاستیکی تمیز و استریل شده جهت سنجش ایزوتوپ‌های پایدار اکسیژن (δ18O) و کربن (δ13C) به آزمایشگاه تحقیقاتی ایزوتوپ‌های پایدار دانشگاه اراک منتقل شد. در این آزمایشگاه مقدار δ18O و δ13C بر حسب مقیاس وین پی دی بلمنیت (VPDB)، بر حسب در هزار (%o) با استفاده از دستگاه طیف‌سنجی جرمی نسبت ایزوتوپی (IRMS) تعیین گردید. کالیبراسیون مقیاس VPDB با استفاده از استانداردهای IAEA-603 و NBS-19 انجام پذیرفت. همچنین دقت تحلیل داخلی برای δ18O و δ13C نیز برابر &permil; 02/0 بود. در مرحله سوم: به منظور بازسازی دمای آب سطحی دریا در ابتدا مقدار δ18O موجود در اسکلت کربناتی آبسنگ‌های مرجانی از مقیاس VPDB به مقیاس میانگین استاندارد آب اقیانوس وین (VSMOW) طبق استاندارد IUPAC تبدیل شد. سپس دمای آب سطحی دریا با استفاده از معادله (δ¹⁸O VSMOW + 8.00 SST (°C) = -4.35 ×) بدست آمد. در نهایت از دمای آب ثبت شده توسط ماهواره آژانس فضایی اروپا (ESA) و دستگاه CTD در ایستگاه‌های نمونه‌برداری به منظور اعتبارسنجی دمای آب سطحی برآورد شده استفاده گردید. در مرحله چهارم: نوع عنصر کربن موجود در بافت اسکلتی نمونه‌های مرجانی از نظر اینکه از نوع آلی یا غیرآلی است با استفاده از δ13C طبق روش طبقه‌بندیHuant  تعیین گردید تا تأثیر آلودگی ناشی از فعالیت‌های انسان بر اکوسیستم مرجانی ارزیابی شود. <w:sdt contentlocked="t" docpart="65DC79A21D73475684456F7B9D626E07" id="-2054305338">یافته‌ها:</w:sdt> نتایج نشان داد که برای کل محدوده مطالعاتی مقدار δ18O در دامنه &permil; 94/3- الی &permil; 39/5- با میانگین &permil; 95/4- است. این مقدار برای منطقه پارس جنوبی (سایت 1) در دامنه &permil; 94/3- الی &permil; 84/4- با میانگین &permil; 41/4-، برای جنوب خلیج نایبند (سایت 2) در دامنه &permil; 98/4- الی &permil; 39/5- با میانگین &permil; 21/5- و برای ساحل بنود (سایت 3) در دامنه &permil; 11/5- الی &permil; 35/5- با میانگین &permil; 24/5- ثبت گردید. مطابق این نتایج مقدار δ18O در پارس جنوبی > خلیج نایبند > ساحل بنود است. همچنین نتایج نشان داد که میانگین دمای آب سطحی دریا در کل محدوده مطالعاتی در دامنه OC 45/31 – 13/25 با میانگین OC 55/29 برآورد گردید که این دما در منطقه پارس جنوبی (سایت 1) در گستره OC 03/29 – 13/25 با میانگین OC 19/27، در جنوب خلیج نایبند (سایت 2) در گستره OC 45/31 – 66/29 با میانگین OC 66/30، در ساحل بنود (سایت 3) در گستره OC 27/31 – 24/30 با میانگین OC 80/30 برآورد گردید. این نتایج نشان داد که مقادیر SST از سایت 1 به سایت 2 و سایت 3 در حال افزایش است. این در حالی است که ایستگاه پارس جنوبی کمترین مقدار دمای آب را با OC 13/25 در سال 1397ثبت کرد، در حالی که ایستگاه خلیج نایبند بالاترین دمای آب را با  OC45/31 در سال 1399 به ثبت رساند. نتایج نشان داد ایستگاه پارس جنوبی از مقدار δ18O بالاتر و دمای آب کمتری نسبت به دو ایستگاه دیگر برخوردار است که دلیل آن را می‌توان ناشی از تفاوت در نوع گونه مرجانی، عمق بیشتر استقرار گونه و کدورت بالاتر آب دانست. همچنین نتایج نشان داد که مقدار δ13C در محدوده مطالعاتی در دامنه  &permil; 14/3- الی &permil; 52/1+ با میانگین &permil; 05/1- قرار دارد. میانگین مقادیر δ13C در آبسنگ‌های مرجانی ایستگاه پارس جنوبی، خلیج نایبند و ساحل بنود به ترتیب برابر &permil; 4/2-، &permil; 85/0- و &permil; 097/0 است. مقدار δ13C در آبسنگ‌های مرجانی تحت تاثیر کیفیت آب، دمای آب و عمق آب قرار دارد. هر چقدر آب از کیفیت پائینتر و دمای بالاتری برخوردار باشد مقدار δ13C نیز کمتر می‌شود. نکته قابل تامل این است که با گذر زمان از سال 1396 تا 1401 مقدار δ13C در حال کاهش است که این امر خود دلیلی بر روند افزایشی ورود آلاینده‌ها به محیط دریا و همچنین افزایش دمای آب طی یک دهه گذشته است. همچنین روش تقسیم‌بندی Hunt نشان داد که کربن موجود در اسکلت کربناتی مرجانها از نوع غیرآلی و دارای منشاء اقیانوسی است. <w:sdt contentlocked="t" docpart="65DC79A21D73475684456F7B9D626E07" id="417220428">نتیجه‌گیری:</w:sdt> در کل این پژوهش نشان دهنده مطابقت زیاد بین دمای آب برآورد شده از ایزوتوپ  δ18Oمرجانهای خانواده Faviidae در پارک ملی دریایی نایبند و دمای آب ثبت شده توسط ماهواره ESA و دستگاه CTD بود که بیانگر صحت و دقت بالای استفاده از ایزوتوپ δ18O در بازسازی دمای آب دریا است. این مطالعه نشان داد از گونه‌هایFavia pallida  وFavia speciose  می‌توان بعنوان یک شاخص در سنجش تغییرات بلند مدت دمای آب ناشی از ایزوتوپ δ18O در خلیج فارس و یا سایر پهنه‌های آبی استفاده نمود. با این حال، توجه به این نکته ضروری است که به دلیل طول نسبتاً کوتاه سری زمانی به‌دست‌آمده (دوره زمانی 6 ساله)، ارتباط یافته‌های ما برای بازسازی SST در پارک ملی دریایی نایبند و حتی در منطقه خلیج فارس محدود است. بنابراین، مطالعات آتی نیازمند سری‌های زمانی طولانی‌تر از مرجان‌ها و اندازه‌گیری‌های SST از اکوسیستم آبی است.</div> <div style="text-align: justify;"><w:sdt contentlocked="t" docpart="01B3EA19F2C848CCBA445B99852CD70E" id="1334564118">Background and Objectives:</w:sdt> Nayband Marine National Park (NMNP) as Iran's first and largest marine national park, is located on the coasts of Bushehr and Hormozgan provinces and features diverse terrestrial, coastal, and marine habitats and species including scleractinian corals, seagrass, seabirds, sea turtles and mangroves. Today, like other global ecosystems, this one is impacted by climate change, especially rising sea surface temperatures (SST) and terrestrial pollutant sources. Recent efforts by various researchers have focused on identifying robust tracers that reveal past environmental conditions in aquatic ecosystems, particularly coral reefs. Today, coral skeletal oxygen isotopes (δ 18O) are crucial tracer for reconstructing SST, while carbon isotopes (δ13C) record photosynthetic rates of coral symbiotic algae and terrestrial carbon delivery to coastal waters. The NMNP, despite exposure to climate change and pollution, lacks continuous historical climate records. Hence this study aims to reconstruct SST variability using δ18O, and identify coral skeletal carbon sources using δ13C, in Faviidae corals. <w:sdt contentlocked="t" docpart="01B3EA19F2C848CCBA445B99852CD70E" id="86888520">Methods:</w:sdt> The upcoming research can be divided into four stages. Step (I); coral samples were collected in March 2023 from three sites: South Pars (Site I), Nayband Bay (Site II), and Bonood Beach (Site III). After transfer to the laboratory, coral samples were washed with distilled water, sun-dried, and sliced into 1-cm slabs parallel to the axis of maximum growth using a slicer. Step (II); coral slabs were X-rayed to reveal annual growth bands, using low-density bands (light bands) and high-density bands (dark bands) retrospectively from 2018 to 2023. Then powder was prepared from each coral annual growth bands. The powder was ground using a ceramic mortar and homogenized with a 63 μm sieve. Finally 50 mg of homogenized powder in to sterilized plastic vials was transported to Arak University's Stable Isotopes Research Laboratory for oxygen (δ18O) and carbon (δ13C) stable isotope measurement. In this laboratory, isotopic ratios (δ18O and δ13C) were measured using an Isotope Ratio Mass Spectrometer (IRMS) device in the Vienna Peedee belemnite (VPDB) and per thousand (%o) scale. To normalize the δ18O isotope values, NBS-19 and IAEA-603 standards were used as Isotopic Reference Materials (IRM), and internal analytical precision for both δ18O and δ13C was 0.02&permil;. Step (III); to reconstruct the SST, the coral carbonate skeleton's δ18O value was converted from the VPDB scale to the Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW) scale, following International :union: of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) standards. Then, the SST was obtained using the equation (SST (°C) = -4.35 × δ¹⁸O VSMOW + 8.00). Finally to validate the estimated SST, water temperature from the European Space Agency (ESA) satellite and CTD device readings from 2022-2023 at sampling stations were utilized. Finally, ESA satellite and CTD water temperature records from sampling stations were used to validate the estimated SST. Step (VI); the carbon element type (organic or inorganic) in coral skeletal tissue was determined using δ13C (Huant classification method) to assess the impact of human-induced pollution on the coral ecosystem. <w:sdt contentlocked="t" docpart="01B3EA19F2C848CCBA445B99852CD70E" id="-794132767">Findings:</w:sdt> The results showed that; across the study area, δ¹⁸O values ranged from -3.94&permil; to -5.39&permil;, with an average of -4.95&permil;. Specifically, Site I exhibited values from -4.94&permil; to -4.84&permil; (average = -4.41&permil;), Site II from -4.98&permil; to -5.39&permil; (average =-5.21&permil;), and Site III from -5.11&permil; to -5.35&permil; (average = -5.24&permil;). According to these results, the δ18O values are ordered as follows: Site I > Site II > Site III. Also the average SST ranged from 25.13 - 31.45 OC with an average of 29.55 OC in the study area. Site I had an estimated temperature range of 25.13–29.03 °C, with an average of 27.19 °C. Site II ranged from 29.66 – 31.45 °C, averaging 30.66 °C. Site III had a range of 30.24 – 31.27 °C, with an average of 30.80 °C. These results showed that SST values were increasing from site I to site II and site III. Site I recorded the lowest SST at 25.13°C in 2018, while Site II registered the highest at 31.45°C in 2019. The results showed that Site I had a higher δ¹⁸O value than the other two sites. This is due to differences in coral species type, deeper species establishment, and higher turbidity. Also the result show that δ13C values ranged from -3.14 to +1.52 &permil; with an average of -1.05 &permil; in the study area. The average δ13C values for sites I, II, and III are -2.4&permil;, -0.85&permil;, and 0.097&permil;, respectively. Coral δ13C is influenced by water quality, temperature, and depth; lower quality and higher temperatures result in lower δ13C. It is worth noting that from 2017 to 2022, a decline in δ13C values indicates increased marine pollution and rising SST over the last decade. Also the Hunt's partitioning method revealed that the carbon in corals' skeletons is inorganic and originates from the ocean. <w:sdt contentlocked="t" docpart="01B3EA19F2C848CCBA445B99852CD70E" id="-563871280">Conclusion:</w:sdt> In general this study demonstrated high agreement between δ18O-derived SST variations in NMNP Faviidae corals and SST recorded by ESA satellite and CTD, demonstrating effectiveness and accuracy of using the δ18O variation for precise estimations of SST. This research indicated that the Favia pallida and Favia speciose could be used to develop proxies of long-term δ18O-derived SST variability in the Persian Gulf and other aquatic ecosystems. Due to the relatively short, 6-year time series, the relevance of these findings for reconstructing SST in NMNP and the Persian Gulf region is limited. Therefore, future researches requires longer coral time series and in situ SST measurements.</div> دمای آب سطحی, ایزوتوپ پایدار اکسیژن, ایزوتوپ پایدار کربن, آبسنگ مرجانی, پارک ملی دریایی نایبند Sea surface temperature, Stable oxygen isotope, Stable carbon isotope, Coral reef, Nayband Marine National Park 1 14 http://joc.inio.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1867-1&slc_lang=fa&sid=1 Seyed Hassan Mousavi سید حسن موسوی s.h.mousavi1363@gmail.com 100319475328460015677 100319475328460015677 No Tarbiat Modares University دانشگاه تربیت مدرس Mehdi Gholamalifard مهدی غلامعلی فرد m.gholamalifard@modares.ac.ir 100319475328460015678 100319475328460015678 No Tarbiat Modares University دانشگاه تربیت مدرس Seyed Mahmoud Ghasempouri سیدمحمود قاسمپوری ghasempm@modares.ac.ir 100319475328460015679 100319475328460015679 Yes Tarbiat Modares University دانشگاه تربیت مدرس