Oceaansedimenten zijn een enorme opslagplaats voor het krachtige broeikasgas methaan.

Gevangen in oceaansedimenten in de buurt van continenten liggen oude reservoirs van methaan, methaanhydraten genaamd. Deze ijsachtige water- en methaanstructuren bevatten zoveel methaan dat veel onderzoekers ze beschouwen als zowel een potentiële energiebron als een middel voor milieuverandering. Als reactie op het opwarmende oceaanwater, hydraten kunnen afbreken, het methaangas vrijgeven. Wetenschappers hebben gewaarschuwd dat het vrijgeven van zelfs een deel van het gigantische reservoir de voortdurende klimaatverandering aanzienlijk zou kunnen verergeren.

Echter, methaan fungeert alleen als een broeikasgas als en wanneer het de atmosfeer bereikt - een scenario dat zich alleen zou voordoen als het vrijgekomen methaan van het punt van lozing op de zeebodem naar het oppervlaktewater en de atmosfeer zou reizen.

Met dat in gedachten, milieuwetenschapper Katy Sparrow '17 (PhD) ging op zoek naar de oorsprong van methaan in de Noordelijke IJszee.

"Terwijl een logische verdachte voor arctische methaanemissies de afbraak van hydraten is, er zijn verschillende andere potentiële methaanbronnen. Ons doel was om vingerafdrukken te nemen van de bron van methaan in de Noordelijke IJszee om te bepalen of oud methaan werd bevrijd van de zeebodem en of het overleeft om in de atmosfeer te worden uitgestoten. " zegt mus, wie het onderzoek heeft uitgevoerd, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , als onderdeel van haar promotieonderzoek aan de Universiteit van Rochester.

Mus; haar adviseur, John Kessler, een universitair hoofddocent aard- en milieuwetenschappen; en een team van wetenschappers van de universiteiten van Rochester, Californië Irvine, Minnesota Duluth, en Colorado Boulder, evenals de US Geological Survey en de National Oceanic and Atmospheric Administration, veldwerk uitgevoerd net voor de kust van de North Slope van Alaska, in de buurt van Prudhoe-baai. Sparrow noemt de plek "ground zero" voor oceanische methaanemissies als gevolg van de opwarming van de oceaan. In sommige delen van de Noordelijke IJszee, de ondiepe gebieden in de buurt van continenten kunnen een van de plaatsen zijn waar methaanhydraten nu worden afgebroken als gevolg van opwarmingsprocessen in de afgelopen 15, 000 jaar. Naast methaanhydraten, koolstofrijke permafrost die tienduizenden jaren oud is - en die overal in het noordpoolgebied op het land en in zeebodemsedimenten wordt aangetroffen - kan methaan produceren zodra dit materiaal ontdooit als reactie op opwarming. Met de combinatie van de agressieve opwarming in het noordpoolgebied en de ondiepe waterdiepten, elk vrijgekomen methaan heeft een korte reis van emissie op de zeebodem tot vrijkomen in de atmosfeer.

De onderzoekers gebruikten radiokoolstofdatering om de oorsprong van methaan uit hun monsters te vingerafdrukken. Door gebruik te maken van een techniek die ze hebben ontwikkeld waarbij methaan wordt verzameld uit ongeveer tienduizend gallons zeewater per monster, ze deden een verrassende ontdekking:methaan uit de oudheid komt inderdaad in de oceaan terecht; maar heel weinig overleeft om te worden uitgestoten naar de atmosfeer, zelfs op verrassend ondiepe diepten.

"We zien wel dat oud methaan wordt uitgestoten van de zeebodem naar het bovenliggende zeewater, bevestiging van vermoedens uit het verleden, " zegt Kessler. "Maar, we ontdekten dat dit oude methaansignaal grotendeels verdwijnt en wordt vervangen door een andere methaanbron naarmate je dichter bij het oppervlaktewater komt." Het methaan aan de oppervlakte is in plaats daarvan afkomstig van recent geproduceerd organisch materiaal of uit de atmosfeer.

Hoewel de onderzoekers in dit onderzoek niet hebben onderzocht wat verhindert dat methaan dat vrijkomt uit de zeebodem de atmosfeer bereikt, ze vermoeden dat het biologisch wordt afgebroken door micro-organismen in de oceaan voordat het in het oppervlaktewater terechtkomt. Mihai Leonte, een promovendus in de onderzoeksgroep van Kessler, observeerde dit proces - waarbij microben methaan agressief biologisch afbreken naarmate de methaanemissies toenemen - in een paper dat vorig jaar werd gepubliceerd.

"We ontdekten dat heel weinig methaan uit de oudheid het oppervlaktewater bereikt, zelfs in de relatief ondiepe diepten van 30 voet. Exponentieel minder methaan zou de atmosfeer kunnen bereiken in wateren die duizenden voet diep zijn aan de rand van de ondiepe zeeën in de buurt van continenten, dat is het gebied van de oceaan waar het grootste deel van de methaanhydraten zich bevindt, " Zegt Sparrow. "Onze gegevens suggereren dat zelfs als er toenemende hoeveelheden methaan vrijkomen uit afbrekende hydraten naarmate de klimaatverandering voortschrijdt, catastrofale emissie naar de atmosfeer is geen inherent resultaat."

De resultaten van Sparrow en Kessler over de rol van oude methaanbronnen komen overeen met de bevindingen van hun Rochester-collega Vasilii Petrenko, een universitair hoofddocent aard- en milieuwetenschappen, die ook methaan met radiokoolstof dateerde. Echter, terwijl Sparrow en Kessler dateerden met methaan gevonden in het hedendaagse zeewater, Petrenko-radiokoolstof dateerde methaan uit de oude atmosfeer die werd bewaard in het ijs van Arctische gletsjers.

"Petrenko en zijn co-auteurs bestudeerden een snelle opwarming uit het verleden die dient als een moderne analoog, " Zegt Sparrow. "Ze ontdekten dat de uitstoot van methaan uit oude methaanbronnen tijdens deze opwarming minimaal was in vergelijking met hedendaagse bronnen zoals wetlands."

Kessler voegt toe, "Onze resultaten komen overeen met deze conclusie, waaruit blijkt dat oude methaanemissies naar de atmosfeer in een gebied dat tegenwoordig een van de grootste opwarmingen ervaart, is eigenlijk vrij klein, vooral in vergelijking met meer directe emissies door menselijke activiteiten."