Nieuwe methode meet oceaanverzuring met behulp van omgevingsgeluiden van de wind

Dieptemeting en locaties van de experimenten. Sinds de Industriële Revolutie schatten wetenschappers dat de oceanen ongeveer 30% zuurder zijn geworden door de opname van extra antropogene kooldioxide. Oceanische verzuring heeft wijdverspreide effecten, waaronder het verlies van koraalriffen en een afname van schelpdieren. Huidige methoden voor het meten van verzuring in de oceaan zijn puntgebaseerd en arbeidsintensief, wat grootschalige, langdurige monitoring uitdagend maakt.

Een groep akoestische oceanografen die een instrument genaamd Deep Sound testte, lijkt echter een nieuwe manier te hebben ontdekt om oceanische verzuring te meten over een diepte van ongeveer 10 km. De studie, gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Oceans, beschrijft een nieuwe methode voor het schatten van de pH-waarde op basis van passieve akoestische gegevens die zijn verzameld in de Filipijnse Zee, de Marianentrog en de Tongatrog met vrij vallende autonome akoestische profilers. De gegevens werden gedurende meer dan een decennium periodiek verzameld en richten zich op de frequentieband van 1–10 kHz, waarbij het geluid voornamelijk afkomstig is van de wind die over het wateroppervlak waait.

Het team realiseerde zich dat ze de verandering in geluid konden gebruiken terwijl het apparaat dieper ging om verzuring te meten, omdat de demping van geluid ook wordt beïnvloed door de verandering in chemische beschikbaarheid in het water. “Wanneer geluid zich door zeewater verspreidt, verliest het energie aan de chemische componenten die bijdragen aan de zoutheid van de oceaan. Het mechanisme van akoestische absorptie is een proces dat chemische relaxatie wordt genoemd, waarbij de evenwichten van ionische dissociatiereacties worden gemoduleerd door de constant veranderende druk veroorzaakt door een passerende akoestische golf,” verklaren de auteurs van de studie.

Ze voegen eraan toe dat de omvang van absorptie afhankelijk is van factoren zoals frequentie en temperatuur, en dat de pH een significante factor wordt in geluidsabsorptie onder de 3 kHz, vanwege de relatie tussen boorzuur en waterstofionen. De onderzoekers ontwikkelden modellen om de diepteafhankelijkheid van de veranderingen in omgevingsgeluid aan pH te relateren en kwamen met schattingen die varieerden van 7,74 tot 8,18. Ze zeggen dat de techniek kan worden gebruikt voor langdurige passieve akoestische monitoring van de oceanische zuurgraad. Dit verschilt van de huidige methoden die afhankelijk zijn van passieve optische absorptiespectroscopie of actieve akoestische transmissies om de pH te schatten, waarbij de laatste veel transmissies vereist en resulteert in beperkte nauwkeurigheid.

Er zijn echter beperkingen aan de nieuwe methode. Sommige van de verschillende absorptiemodellen leverden verschillende pH-schattingen op, wat wijst op onzekerheid in de toestandsvergelijkingen voor zeewaterakoestiek. Bovendien kunnen de variabiliteit van de oppervlaktewind en andere geluidsbronnen de kwaliteit van de akoestische gegevens beïnvloeden. En hoewel de pH-profielen diepte-gemiddeld zijn, zijn ze niet van hoge resolutie.

Toch zijn de auteurs van de studie optimistisch over het aanbrengen van verbeteringen aan de methode. Ze zeggen: “Verbeterde pH-schattingen kunnen haalbaar zijn met behulp van een verankering of een langzamer bewegend voertuig dat in staat is om gegevens op elke diepte gedurende langere tijd vast te leggen, terwijl coherente verwerkingstechnieken kunnen worden toegepast om de onzekerheid veroorzaakt door verstorende geluidsbronnen te verminderen. Met gevalideerde nauwkeurigheid en verbeterde precisie kan deze techniek een waardevol hulpmiddel worden voor het genereren van langdurige tijdreeksen van de oceanische zuurgraad.”