Periodieke schommelingen van zuurstofconcentraties in het bodemwater kunnen benthische gemeenschappen en koolstofopslag tientallen jaren veranderen, onthult een nieuwe studie gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang . Dit is met name relevant omdat de zuurstofarme omstandigheden in de wereldzeeën toenemen.

De zeebodem speelt een sleutelrol in de wereldwijde elementaire cycli. De bewoners consumeren en recyclen organisch materiaal dat naar de bodem zinkt. Gebruikelijk, slechts een klein deel van dat materiaal wordt begraven in de zeebodem. Het leeuwendeel wordt geremineraliseerd door het leven op de zeebodem, d.w.z. afgebroken en teruggevoerd naar het ecosysteem voor de productie van nieuwe biomassa. Dus, het lot van dit materiaal op de zeebodem heeft een cruciale invloed op de wereldwijde koolstof- en nutriëntenkringloop en, als gevolg, mariene productiviteit en ons klimaat.

Tijdelijk tekort, lange termijn opslag

Dieren hebben zuurstof nodig om te ademen. Vandaar, afnemende zuurstoftoevoer in het bodemwater heeft een negatieve invloed op de gemeenschapssamenstelling en activiteit van mariene sedimenten. In welke mate het ook de remineralisatie bepaalt en dus bleef de koolstofbegraafgraad controversieel. Gerdhard Jessen van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen, Duitsland, en een internationaal team van onderzoekers onthullen in Science Advances dat afnemende zuurstofconcentraties in het bodemwater decennialang de koolstofopslag in de zeebodem aanzienlijk beïnvloeden. Dit effect treedt eerder op dan eerder werd gedacht en over grotere delen van de zeebodem. Als zuurstof tekort komt, substantieel minder organisch materiaal wordt geremineraliseerd en substantieel meer wordt begraven. En wat begraven wordt, blijft lang begraven. "De hoeveelheid organische stof die op de zeebodem terechtkomt, neemt met de helft toe als de zeebodem periodiek zuurstoftekort heeft", zegt Jessen. "Zelfs lekkere en makkelijk verkrijgbare stukjes, zoals vers afgezet algenmateriaal, worden niet geconsumeerd."

De Zwarte Zee als natuurlijk laboratorium

Het is moeilijk om zulke langdurige en complexe processen in het lab te simuleren. Daarom, Jessen en zijn collega's brachten onderzoeksschip Maria S. Merian naar de Zwarte Zee, het grootste natuurlijk zuurstofarme waterlichaam ter wereld, in het kader van het EU FP7-project HYPOX. Daar, stabiele stratificatie resulteert in een natuurlijke gradiënt van zuurstofconcentraties in het bodemwater op de buitenste plank, variërend van goed geoxygeneerde ondiepe wateren over variabele zuurstofcondities tot zuurstofarme diepere wateren onder ongeveer 160 meter waterdiepte. Dit zorgt voor bijna perfecte experimentele omstandigheden. "We gebruikten de zeebodem van de Zwarte Zee als een natuurlijk laboratorium. Het stelde ons in staat om te onderzoeken wat er zou kunnen gebeuren in veel van de oceanen van de wereld, ' zegt Jessen.

"Zuurstofarme gebieden in de oceanen nemen toe, voornamelijk als gevolg van antropogene nutriënteninput en klimaatverandering", legt Antje Boetius uit, senior auteur van de studie en groepsleider van de HGF-MPG Research Group for Deep Sea Ecology and Technology. "Dus, het is vooral belangrijk om te begrijpen en te meten wat zuurstofstress in de oceanen betekent voor hun bewoners en voor de wereldwijde biogeochemische cycli."

Het leven op de zeebodem veranderen

Hoe komt het dat de effecten zo ingrijpend zijn als de zeebodem periodiek buiten adem raakt? "Zuurstoftekort verandert de faunale gemeenschap van de zeebodem, Boetius gaat verder. Met name grotere dieren, zoals wormen en mosselen, kan niet zonder. Deze dieren scharrelen door het sediment op zoek naar voedsel en onderdak, vermenging van zuurstof en voedingsstoffen voor kleinere zeebodembewoners in het proces. "De grote organismen verdwijnen als zuurstof schaars is. Alleen sedimentbacteriën zijn dan verantwoordelijk voor de remineralisatie van de organische stof die op de zeebodem aankomt, maar ze bewegen langzaam en doen er erg lang over om complexe materialen af ​​te breken zonder de hulp van dieren." onder hypoxische omstandigheden wordt meer organisch materiaal begraven en zo uit het systeem verwijderd. Anaërobe micro-organismen, het verkrijgen van hun energie zonder zuurstof bijvoorbeeld door fermentatie of sulfaatreductie, het roer in handen nemen. Deze produceren ook giftig sulfide, verdere vertraging van de afbraak van materialen.

"De Zwarte Zee kan ons veel lessen leren", zegt Boëtius, "omdat het duidelijk de effecten van fluctuerende en zuurstofarme omstandigheden op het oceaanecosysteem onthult, veroorzaakt enorme veranderingen in de diensten van het ecosysteem voor ons mensen. Onderzoeken zoals de huidige zijn dus essentieel in het licht van wereldwijde veranderingen, om waarschuwingssignalen van de oceaan op tijd te detecteren."