Biogenic calcite–phosphorus precipitation as a negative feedback to lake eutrophication

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Abstract:

Lakes in carbonate-rich watersheds commonly precipitate calcium carbonate as calcite, and this is accelerated by photosynthetic uptake of carbon dioxide. Co-precipitation of phosphate with calcite is one reason that algal growth in such lakes tends to be strongly phosphorus (P) limited. The extent to which calcite precipitation can be a sink for added P, and thus act as a potential negative feedback to eutrophication, was demonstrated using large enclosures within a Michigan lake. Nitrogen and P were added over 45days in the summer to produce mesotrophic and eutrophic conditions. Algal biomass and production increased markedly with the nutrient additions, elevating the pH (9–10) and greatly increasing calcite precipitation, reducing concentrations of calcium and alkalinity by up to 60%. Sediment traps indicated that calcite sedimentation was a major sink for added P. By the end of the experiment, only about half of the added P remained in the water column. Major ion concentrations in a larger set of Michigan lakes showed calcite precipitation to be widespread, reflecting the abundant carbonate minerals in this glacial region.

Dans les lacs situés dans des bassins versants riches en carbonates, il se fait ordinairement une précipitation de carbonate de calcium sous forme de calcite, un phénomène accéléré par l’incorporation de dioxyde de carbone par la photosynthèse. La précipitation de phosphate conjointe à celle de la calcite est une raison qui explique pourquoi la croissance des algues dans de tels lacs a tendance à être fortement limitée par le phosphore (P). Nous avons démontré l’importance de la précipitation de calcite comme piège pour le P ajouté, et ainsi comme rétroaction négative potentielle à l’eutrophisation, à l’aide de grands enclos érigés dans un lac du Michigan. Nous avons fait des additions de N et de P sur une période de 45 jours en été pour produire des conditions de mésotrophie et d’eutrophie. La biomasse et la production d’algues ont augmenté de façon marquée après l’addition des nutriments, ce qui a fait monter le pH (9–10) et a accru fortement la précipitation de calcite, réduisant ainsi les concentrations de calcium et l’alcalinité de jusqu’à 60 %. Des trappes à sédiments montrent que la sédimentation de calcite sert d’important piège pour le P ajouté. À la fin de l’expérience, il ne demeurait qu’à peu près la moitié du P ajouté dans la colonne d’eau. Les concentrations d’ions majeurs dans un ensemble plus étendu de lacs du Michigan indiquent que la précipitation de calcite est répandue, ce qui est un reflet de l’abondance des minéraux carbonatés dans cette région glaciaire.

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2009

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