Inputs of reactive organic carbon to the Baltic Sea constrained by water residence times in river catchments

Hypoxia, e.g. the lack of oxygen, has been increasing in the bottom waters of the Baltic Sea during the last 50 years, with negative consequences for bottom communities and fish habitats. Runoff from land not only provides nutrients that stimulate the growth of plankton, but also with reactive carbon, mainly dissolved organic carbon (DOC). Microbial degradation of the DOC can consume >1 million tonnes of dissolved O2 annually and additional O2 is consumed during photochemical degradation of DOC. Yet, there is little knowledge on the environmental controls of DOC reactivity, which makes it impossible to predict how DOC-driven O2 consumption and CO2 release will respond to a changing environment. In particular, there is need for understanding of how DOC degradation in upstream freshwater systems changes with surface water residence time (SWRT) and how it affects the quality of the DOC entering the Baltic Sea. Through climate-induced changes in precipitation, SWRT of northern Europe is projected to decrease significantly under future climate scenarios, with likely consequences for DOC reactivity. This project makes a unique effort to address the combined effects of SWRT and environmental drivers on DOC reactivity. The objectives are to: (I) Determine the degree to which SWRT exerts direct control of DOC age, quality and reactivity. (II) Investigate interaction effects between SWRT and environmental factors in the regulation of DOC photo- and bio-reactivity. (III) Quantify the effects of nutrients, pH and salinity in freshwater and estuarine systems, on short- and long-term biological and photochemical DOC reactivity.

Östersjön tar varje år emot miljontals ton organiskt material (främst DOC, dvs. löst organiskt kol) från tillrinnande älvar. När mikroorganismer i vattnet bryter ned DOC så frigörs koldioxid som så småningom släpps ut till atmosfären. Samma sak sker när DOC-molekylerna bryts ned av solens ultravioletta (UV) strålning. I känsliga miljöer som Östersjön är DOC-nedbrytningen mer känd för att leda till förbrukning av syre och därmed bidra till problemen med syrefria bottnar, som i sin tur orsakar förlust av bottenlevande organismer. Även om det i grova drag är känt hur mycket reaktivt (nedbrytbart) DOC som når Östersjön, så är det med dagens kunskaper svårt att förutsäga hur denna införsel kommer att reagera på framtida och pågående miljöförändringar.

En väntad följd av pågående miljöförändringar är att uppehållstider för ytvatten (SWRT; surface water residence time) förändras över stora delar av jorden. I området runt Östersjön väntas en ökad nederbörd, vilket ger högre vattenföring och kortare SWRT i älvarnas tillrinningsområden. Detta påverkar älvarnas transport av DOC, eftersom SWRT anger tidsramen för nedbrytning av DOC i sötvatten, innan det exporteras vidare till Östersjön. Den huvudsakliga målsättningen med det projektet är att fastställa till vilken grad SWRT har en direkt inverkan på ålder, kemisk struktur och reaktivitet på DOC. En viktig hypotes är att minskad SWRT leder till kraftigt ökad reaktivitet hos det DOC som når älvmynningarna. En ytterligare målsättning är att skapa förståelse för hur de kontrasterande betingelser som råder under sötvattens- och i Östersjöförhållanden inverkar på både kortsiktig och långsiktig biologisk och fotokemisk (via UV-ljus) DOC-reaktivitet. Detta är idag okänt, vilket gör det svårt att uppskatta effekten av inflödande DOC på syreförbrukning i Östersjöns vatten.

Det här projektet kommer att avsevärt förbättra den grundläggande förståelsen för hur en av de viktigaste syreförbrukande processerna i Östersjön, dvs. DOC-nedbrytning, kommer att reagera på miljöpåverkan och förändrad SWRT. Med tanke på syresättningens betydelse för fiske, naturvård och turism i Östersjöområdet, så kan projektet direkt bidra till ökad förståelse för en miljöproblematik som idag anses vara av högsta prioritet för norra Europa.