Kustomgevingen die zeegrassen ondersteunen, kwelders en mangroven zijn opslagplaatsen voor enorme reserves aan organische koolstof die bekend staat als blauwe koolstof. Deze reservoirs hebben honderden tot duizenden jaren organische koolstof onder het oppervlak gevangen in een zuurstofarme omgeving.

Helaas, kustgebieden veranderen door stijgende zeespiegels en menselijke aantasting. Door de combinatie van erosie en vernietiging van habitats kan de ingesloten blauwe koolstof zich vermengen met zeewater. Organismen in zeewater consumeren de organische koolstof en geven koolstofdioxide af aan de atmosfeer.

"Er is een groeiende interesse in blauwe koolstofhabitats, omdat ze een natuurlijke en waardevolle dienst leveren door CO2 vast te leggen, " zegt Thomas Bianchi, Jon en Beverly Thompson bijzonder leerstoel geologische wetenschappen aan de Universiteit van Florida. "Kustplanten gebruiken de CO2 om te groeien door middel van fotosynthese, maar ze slaan het ook voor lange tijd op in de bodem en sedimenten waarin ze leven. Dat is uniek, omdat andere plantenhabitats veel sneller CO2 uit hun bodem in de atmosfeer brengen."

Bianchi is een co-hoofdonderzoeker die de omzetting van blauwe koolstof in CO2 bestudeert als onderdeel van een voorstel voor het boekjaar 2017 Facilities Integrating Collaborations for User Science. Via FICUS, Bianchi en collega's zullen gebruik maken van de expertise en mogelijkheden van EMSL, het Environmental Molecular Sciences Laboratory, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit in Pacific Northwest National Laboratory, en het DOE Joint Genome Institute, ook een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit in het Lawrence Berkeley National Laboratory.

Het onderzoeksteam omvat co-PI's Andrew Ogram en Todd Osborne, postdoctoraal medewerker Ana Arellano, en afgestudeerde studenten Elise Morrison en Derrick Vaughn, allemaal met de Universiteit van Florida; Co-PI Nicholas Ward, een wetenschapper aan het Pacific Northwest National Laboratory; en Yina Liu, een EMSL postdoctoraal onderzoeker. Een zelf gefinancierde studie, ondersteuning komt van de Thompson schenking en de Universiteit van Florida.

"We zijn geïnteresseerd in het bestuderen van wat er gebeurt als je deze grote koolstofput in kustbodems en sedimenten neemt, en je begint eraan te snijden met zeespiegelstijging en golferosie, ", zegt Bianchi. "Wat bepaalt hoe snel die koolstof weer wordt omgezet in CO2?"

Priming ontleding

Priming is een van de factoren die van invloed zijn op de snelheid waarmee opgeslagen koolstof CO2 wordt. Bijvoorbeeld, microben hebben moeite met het afbreken van stro. Het mengen van stro met luzerne versnelt het afbraakproces. De microben eten de luzerne snel op, maar ze breken ook het stro af. De aanwezigheid van beter verteerbaar materiaal zorgt ervoor dat het stro wordt afgebroken.

Wetenschappers hebben het priming-effect in bodems bestudeerd, maar weinig studies hebben priming in kustsystemen onderzocht. In dit onderzoek, priming is het mengen van rottend hoger plantmateriaal (planten met wortelstelsel) met kustalgen zodat microben het sneller kunnen afbreken.

"We veronderstelden dat de afbraak van de opgeslagen blauwe koolstof veel sneller zou zijn in de aanwezigheid van algen dan in de afwezigheid ervan, ' zegt Bianchi.

Bianchi's team testte de hypothese met een reeks experimenten uitgevoerd aan het Whitney Laboratory for Marine Bioscience van de University of Florida met zeewater, een algenmengsel, en kustveen uit wetlands in Florida in vier behandelingen:(1) zeewatercontrole, (2) mengsel van zeewater en algen, (3) zeewater en turf, en (4) zeewater, algenmengsel en turf. Ze maten de hoeveelheid CO2 die in de loop van de tijd werd geproduceerd door de vier behandelingen. Het team gebruikte isotopen als chemische markers om de bron van de CO2-moleculen te volgen. Monsters van deze experimenten werden voorgelegd aan EMSL en de DOE JGI voor metingen met hoge resolutie van organische koolstofsamenstelling en microbiële genetische reacties.

"Onze voorlopige gegevens ondersteunen onze hypothese, " zegt Bianchi. "In aanwezigheid van algen krijg je meer blauwkoolveen omgezet in CO2."

Het priming-effect zou dramatischer kunnen zijn naarmate de oceanen groener worden met algen als gevolg van vervuiling door meststoffen en ander afvalwater van boerderijen.

Microben leren kennen

Het project gebruikt ook EMSL- en DOE JGI-mogelijkheden om microbiële gemeenschappen te bestuderen die turf omzetten in CO2. Ze willen weten hoe gemeenschappen veranderen in aanwezigheid en afwezigheid van algen. Ze zijn ook geïnteresseerd in hoe de microben turf afbreken, inclusief welke enzymen ze gebruiken. Het team gebruikt EMSL's massaspectrometrie en nucleaire magnetische resonantie-expertise en -capaciteiten voor dit deel van het onderzoek.

"Als FICUS-project hebben we een fantastische kans om gebruik te maken van twee van de beste onderzoeksfaciliteiten ter wereld, " zegt Bianchi. "Werken met EMSL en (DOE) JGI zal ons helpen begrijpen hoe priming werkt, omdat we er echt niet alle details van weten."

Bianchi zegt dat de bevindingen van het onderzoek de klimaatmodellen kunnen verbeteren naarmate de wereldwijde modellen kleiner worden. Geavanceerde klimaatmodellen beginnen rekening te houden met regionale effecten. De bevindingen kunnen worden toegevoegd aan een regionaal gebaseerd model dat een conversie van verloren land naar CO2 omvat met priming als versterkende factor.

"Er is een groter verhaal, "zegt Bianchi. "Een groenere kustoceaan en een gedestabiliseerd kustmilieu als gevolg van zeespiegelstijging en veranderingen in landgebruik zorgen voor een snelle omzet van opgeslagen koolstof die honderden en duizenden jaren oud is en gedeeltelijk wordt omgezet in CO2 door het priming-proces."