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Open Access Mandate for Publications assignment_turned_in Project2022 - 2025Partners:UAlg, iDiv, iDiv, IFM-GEOMAR, CIMAR +1 partnersUAlg,iDiv,iDiv,IFM-GEOMAR,CIMAR,Helmholtz Association of German Research CentresFunder: Fundação para a Ciência e a Tecnologia, I.P. Project Code: PTDC/CTA-CLI/1065/2021Funder Contribution: 249,944 EURReducing atmospheric carbon dioxide (CO2) concentrations to combat global warming and associated environmental changes is one of the greatest challenges of humanity. In order to prevent temperature rising more than 1.5°C above pre-industrial levels to achieve Paris Agreement, technical measures are necessary to remove more CO2 from the atmosphere (Carbon Dioxide Removal, CDR) and to assure its long-term storage. The natural process of weathering on land and the associated increase in ocean alkalinity already removes CO2 from the atmosphere on geological time scales. This process could be enhanced by adding small grain alkaline minerals to the ocean and coastal areas to mitigate climate change on short timescales. However, the rate of CO2 consumption depends on the type of minerals used, grains sizes, temperature, pH, and other abiotic parameters. The minerals weathering will also release nutrients and other elements during dissolution, which may affect the environment and biodiversity. Despite promising results from modelling and laboratory studies, field experiments under natural conditions are urgently needed to evaluate the marine CDR potential, associated biogeochemical changes as well as the ecological impacts of ocean alkalinity enhancement. The RECAP project wants to close this knowledge gap by gaining strategic knowledge on the potential benefits and risks of alkalinity enhancement in intertidal environments, for future implementation of upscaling scenarios for decarbonization, contributing to define measures for mitigating climate change. That will be achieved by implementing a novel in-situ experiment, continually monitored for 2 years, in the Ria Formosa Coastal Lagoon (RFCL), southern Portugal. RFCL is a highly dynamic system, with multiple inlets that communicate with the ocean, guarantying the daily the renewal of water and nutrients. The lagoon is fringed by a succession of salt marshes with different types of vegetation and faunal communities. The experiment will be installed in a stable and undisturbed saltmarsh area colonized with Spartina maritima. The set-up will include five different mineral treatments (coarse olivine-rich, fine olivine-rich minerals, coarse basalt, fine basalt and control), performed with three replicates each. Monthly supernatant and interstitial water samples from each mineral treatment and from the close water column will be analysed for: temperature, salinity, oxygen concentration, pH, total alkalinity, trace metals (e.g. Ni, Cu, Cr) and nutrients (NO3, NH4, PO4 and SiO4). Surface sediment samples from each treatment will be analysed for biodiversity composition including macrofauna, meiofauna, microfauna (benthic foraminifera), diatoms and bacteria, every three months. Statistical analyses and integration of these data will allow: 1) to constrain the effects and environmental impacts of each treatment during two seasonal cycles; 2) to depict changes between treatments and the natural environment and reveal the response of the biological community; 3) to assess the alkalinity enhancement, the toxicity and nutrient release for each treatment; 4) to constrain the covariation between weathering rates and climatic conditions; 5) to assess positive and negative feedbacks, in particular, the response pattern of each organism group; and 6) to identify the treatment with highest efficiency and estimate the potential sequestration of atmospheric CO2 for the entire saltmarsh area of RFCL. The main findings will be disseminated through the scientific community, students, stakeholders, policymakers, management agencies, and the general public. Target actions will be organized for the society, for public perception about CDR measures. The comprehensive expertise and multidisciplinary background of the RECAP research team will guarantee a leading advantage and all requirements to achieve the main scientific goals of the project. During the last decades, the main focus of the research team has been devoted to investigating the ecological, geochemical, oceanographic, sedimentary and hydrodynamic processes, with particular emphasis in the RFCL, largely contributing to the detailed knowledge of this system. Reduzir a concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera para combater o aquecimento global e as mudanças ambientais associadas, é um dos principais desafios da humanidade. De modo a cumprir o Acordo de Paris e evitar que a temperatura ultrapasse 1,5°C acima dos níveis pré-industriais, são necessárias medidas tecnológicas para remover mais CO2 da atmosfera (medidas de Remoção de Dióxido de Carbono, RDC) e garantir o seu armazenamento a longo prazo. O processo natural de meteorização das rochas em terra e o consequente aumento de alcalinidade no oceano, é já responsável pela remoção de CO2 da atmosfera à escala de tempo geológico. Esse processo pode ser acelerado adicionando pequenos grãos de minerais alcalinos ao oceano e às zonas costeiras, para mitigar as alterações climáticas a escalas temporais mais curtas. No entanto, a taxa de consumo de CO2 está dependente do tipo de minerais usados, do tamanho dos grãos, da temperatura, pH e outros parâmetros abióticos. A meteorização dos minerais irá também liberar nutrientes e outros elementos durante a sua dissolução, o que pode afetar o meio ambiente e a biodiversidade. Apesar dos resultados promissores obtidos em estudos de modelação e em laboratório, experiências em campo sob condições naturais, são urgentemente necessárias para avaliar o potencial das medidas RDC em ambiente marinho, as alterações biogeoquímicas, assim como os impactes ecológicos associados ao aumento da alcalinidade. O projeto RECAP pretende colmatar esta lacuna de conhecimento, obtendo informação valiosa sobre os potenciais benefícios e riscos associados ao aumento da alcalinidade em ambientes intermareais, considerando futuros cenários de implementação para descarbonização em larga escala, contribuindo para definir medidas de mitigação das alterações climáticas. Isso será alcançado através da realização de uma experiência in situ, monitorizada continuamente durante 2 anos, na Laguna Costeira da Ria Formosa (LCRF), no sul de Portugal. A LCRF é um sistema altamente dinâmico, com múltiplas barras de maré que comunicam com o oceano, garantindo a renovação diária de água e nutrientes. A laguna é composta por uma sucessão de sapais com diferentes tipos de vegetação e comunidades faunísticas. A experiência será instalada numa zona de sapal estável e intacta, colonizada por Spartina maritima. A configuração inclui três replicados, cada um com cinco tratamentos: minerais grosseiros ricos em olivina, minerais finos ricos em olivina, basalto grosseiro, basalto fino e controle. Mensalmente, as amostras de água (sobrenadante e intersticial) obtidas em cada tratamento e na coluna de água serão analisadas para: temperatura, salinidade, oxigénio, pH, alcalinidade total, metais traço (Ni, Cu, Cr) e nutrientes (NO3, NH4, PO4 e SiO4). Amostras trimestrais de sedimentos superficiais, obtidas em cada tratamento, serão analisadas quanto à sua biodiversidade, incluindo macrofauna, meiofauna, microfauna (foraminíferos bentónicos), diatomáceas e bactérias. A integração dos dados obtidos e o seu tratamento estatístico permitirão: 1) restringir os efeitos e impactes ambientais de cada tratamento durante dois ciclos sazonais; 2) identificar as mudanças entre os tratamentos e o ambiente natural e revelar a resposta da comunidade biológica; 3) avaliar o aumento da alcalinidade, a toxicidade e a liberação de nutrientes em cada tratamento; 4) identificar a covariação entre as taxas de meteorização e as condições climatéricas; 5) avaliar os feedbacks positivos e negativos, em particular, o padrão de resposta de cada grupo de organismos; e 6) identificar o tratamento com maior eficiência e estimar o potencial sequestro de CO2 atmosférico para toda a área de sapal da LCRF. As principais conclusões serão disseminadas pela comunidade científica, estudantes, stakeholders, políticos, agências ambientais e o público em geral. Serão organizadas ações direcionadas à sociedade, para perceção sobre as medidas de RDC. A formação multidisciplinar e a vasta experiência da equipa do projeto RECAP vão garantir a sua liderança e todos os requisitos para atingir os principais objetivos científicos do projeto. Durante as últimas décadas, o principal foco da equipa de investigação tem sido a investigação dos processos ecológicos, geoquímicos, oceanográficos, sedimentares e hidrodinâmicos, com particular enfase na LCRF, tendo contribuído para o conhecimento pormenorizado deste sistema.
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