Zonder opgeloste zuurstof om dieren of planten in stand te houden, anoxische zones in de oceaan zijn gebieden waar alleen microben kunnen leven die geschikt zijn voor de omgeving.

"Je krijgt geen grote vissen, "Zei UC Santa Barbara biogeochemicus Morgan Raven. "Je krijgt niet eens charismatisch zoöplankton." Maar hoewel zuurstofloze oceanen misschien vreemd lijken voor organismen zoals wij die zuurstof inademen, ze zijn vol leven, ze zei.

Deze vreemde ecosystemen breiden zich uit, dankzij klimaatverandering – een ontwikkeling die de visserij en iedereen die afhankelijk is van zuurstofrijke oceanen, zorgen baart. Maar wat Raven's interesse wekt, is de veranderende chemie van de oceanen - de grootste koolstofput van de aarde - en hoe het koolstof uit de atmosfeer zou kunnen verplaatsen naar langetermijnreservoirs zoals rotsen.

"Wat gebeurt er met onze koolstofcyclus als we deze grote delen van de oceaan zuurstofvrij krijgen?" ze zei. Deze vraag stond centraal in onderzoek uitgevoerd door Raven en collega's Rick Keil (University of Washington) en Samuel Webb (Stanford Linear Accelerator Laboratory) in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

'Een spinnewiel'

In zuurstofrijke oceanen, koolstof wordt grotendeels verplaatst door voedselwebprocessen die beginnen met koolstofdioxide-fixerend fytoplankton dat fotosynthetiseert aan het wateroppervlak.

"Meestal worden ze gewoon opgegeten door zoöplankton, ' zei Raaf. Maar als ze niet worden opgegeten door grotere dieren, ze gaan naar de diepten waar ze koolstofdioxide inademen en organische koolstof uitscheiden.

"Het is als een spinnewiel - CO ₂ gaat naar plankton, gaat naar CO ₂ , ' zei Raaf.

Bij afwezigheid van zoöplankton en vissen, echter, meer van de zinkende organische koolstof kan overleven en op diepte worden afgezet, ze zei. In feite, sedimenten onder deze anoxische zones hebben over het algemeen meer organische koolstofafzettingen dan hun zuurstofrijke tegenhangers. Maar, volgens de onderzoekers we missen een "volledig mechanisch begrip" van hoe dit gebeurt.

"Het was een beetje een mysterie, ' zei Raaf.

Het team had wel een idee in de vorm van een hypothese die ongeveer tien jaar geleden werd gevormd door de geoloog Don Canfield en collega's van de Universiteit van Zuid-Denemarken.

"Ze brachten het idee naar voren dat misschien binnen deze zones, microben eten nog steeds organische koolstof, maar sulfaat inademen, "Zei Raven. Genaamd "cryptische zwavelcyclus, " het idee was enigszins moeilijk te accepteren, grotendeels omdat de producten van deze microbiële sulfaatreductie (MSR) moeilijk te detecteren waren, en omdat andere verbindingen in het gebied, zoals nitraten, waren energetisch gunstiger om te metaboliseren.

Echter, volgens de studie, "Er is opkomend moleculair en geochemisch bewijs dat suggereert dat MSR kan voorkomen in (zuurstofarme zones) ondanks overvloedig opgelost nitraat."

De onderzoekers testten of dit raadselachtige proces zich in grote (> 1mm), snel zinkende organische deeltjes door deeltjes te verzamelen uit de oostelijke tropische Noord-Pacific zuurstofarme zone, ruwweg gelegen voor de noordwestkust van Mexico.

"Het is echt gewoon dit polymeer, kleverige dingen, "Raaf zei over de aggregaties van voornamelijk dood fytoplankton, ontlasting, andere kleine organismen en stukjes zand en klei die aan elkaar worden gelijmd in een "pluizige" matrix. Het verzamelen van deze deeltjes is op zich al een prestatie voor onderzoekers die de uitgestrekte oceanen uitkammen voor relatief kleine, diffuse deeltjes.

"Mijn collega's van de Universiteit van Washington hadden dit verzamelapparaat dat het echt mogelijk maakte om dit te doen, " zei ze. De verzamelde deeltjes werden voor analyse naar de Stanford Synchotron Radiation Lightsource gestuurd.

Gebeitst fytoplankton

Resultaten van de analyse, zoals bewijs van de productie van organische zwavel in de monsters, demonstreren wat Raven een "beitsen" van het dode fytoplankton noemt, terwijl ze door het anoxische gebied zinken.

"Fytoplankton groeit in de oceaan aan de oppervlakte, maar door de zwaartekracht zij zinken, "zei ze. Terwijl ze door het anoxische gebied vallen, deze organische aggregaten ondergaan sulfatering, wat tot gevolg heeft dat de koolstof in de kern wordt afgeschermd van enzymen of andere stoffen die ze anders zouden wegslijten.

"Zelfs als het bij het sediment komt, daar kunnen bacteriën deze organische deeltjes niet eten, " merkte Raven op. En net als de augurken die we kennen en waar we van houden, het conserveringsproces maakt het organische deeltje resistent tegen bacteriën, ze zei, wat zou kunnen verklaren waarom er meer organische koolstof wordt gevonden in de sedimenten onder anoxische oceaanzones.

Sulfurisatie van organische koolstofdeeltjes in anoxische oceaanzones, terwijl nieuw bevestigd in de hedendaagse oceanen, is eigenlijk een oud proces, Raaf uitgelegd.

"Het is hetzelfde proces dat ook aardolie kan maken, " ze zei, erop wijzend dat waar oliebedden worden gevonden, dus, te, is zwavel. Dit proces was mogelijk wijdverbreid tijdens het Krijt (145,5 tot 65,5 miljoen jaar geleden), toen de aarde constant tropisch was en de oceaan onderhevig was aan geologische en massale uitstervingsgebeurtenissen die resulteerden in het begraven van enorme hoeveelheden koolstof, en anoxische wateren in de Atlantische Oceaan.

"Wat we niet wisten, is of dit ook gebeurde in deze minder extreme moderne omgevingen, ' zei Raaf.

Wat nog moet worden gezien, is hoe deze groeiende zuurstofarme zones zullen reageren op klimaatverandering.

"Mogelijk als deze zones uitbreiden, er kan een negatieve feedback zijn - meer CO ₂ in de atmosfeer zorgt voor hogere temperaturen, waardoor deze zones groter worden, " zei Raven. "Deze grotere zones vangen dan meer CO . op ₂ en stop het in het sediment en de rotsen." Deze feedback kan de aarde helpen haar koolstofcyclus in de loop van de tijd in evenwicht te brengen, ze zei, "maar we moeten weten hoe dit verband houdt met al het andere."