Al het leven op aarde - van blauwe vinvissen tot microben - gebruikt koolstof in een of andere vorm. Maar niet alle koolstof is gelijk geschapen.

In de oceanen, sommige koolstofhoudende verbindingen, zoals suikers en eiwitten, worden snel opgeslokt door micro-organismen, terwijl andere, zoals de chitine in vissenschubben, veel moeilijker te consumeren zijn.

Wetenschappers hebben lang geloofd dat relatief weinig van de laatste, genaamd "vuurvaste koolstof, " wordt afgebroken in de oceaan. Veel ervan valt op de oceaanbodem en helpt bij het vormen van diepwatersediment, of zo is het denken geweest.

Diepzee ondergrondse watervoerende lagen veranderen het beeld

Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van ecologen Sunita Shah Walter van de Universiteit van Delaware en Peter Girguis van de Universiteit van Harvard aangetoond dat ondergrondse watervoerende lagen in de buurt van de onderzeese Mid-Atlantische Rug werken als natuurlijke biologische reactoren, koude trekken, zuurstofrijk zeewater, en waardoor microben meer - misschien veel meer - vuurvaste koolstof konden consumeren dan wetenschappers dachten.

"Dit werk laat zien dat de enorme gemeenschap van microben onder de zeebodem kan worden gevoed door zeewater dat door diepe oceaankorst circuleert, " zei Michael Sieracki, een programmadirecteur in de afdeling Ocean Sciences van de National Science Foundation, die het onderzoek financierde via haar Center for Dark Energy Biosphere Investigations. "Beurtelings, deze microben veranderen de samenstelling van het zeewater dat terug naar de oceaan circuleert." De resultaten worden deze week gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen .

"Dit heeft het vooruitzicht om de manier waarop we denken over koolstofcycli in de diepe oceaan te veranderen, " Zei Girguis. "We weten dat koolstof aan de oppervlakte wordt geproduceerd door fotosynthetische algen. We weten dat vissen er wat van eten. We weten dat een deel ervan zinkt. Daar kunnen we rekening mee houden, maar we hebben een aantal gigantische vragen gehad in ons 'koolstofbudget'."

Vragen in 'carbon budget' beantwoord

In het hart van het systeem, Girguis zei, is de mid-oceanische rug:onderzeese bergen die de wereld omcirkelen.

In de diepe oceaan, de rand werkt als een convectiecel - water sijpelt aan beide kanten in scheuren en kloven en wordt verwarmd naarmate het dichter bij het midden komt.

Als het verwarmde water stijgt, koud, zuurstofrijk water wordt in de rotsen getrokken, het creëren van een enorme onderzeese aquifer. Deze watervoerende laag is een zeldzame kans om de oceaan in zijn natuurlijke staat te bestuderen, volgens Girguis.

"Ons begrip van waar koolstof in de oceaan terechtkomt, is vrij rudimentair, " zei hij. "Dit onderzoek gaf ons de mogelijkheid om een ​​meting te doen op punt A en een meting op punt B en erachter te komen wat er tussen hen gebeurt."

Om die metingen te krijgen, Girguis en collega's richtten zich op een site op de Mid-Atlantische Rug die de 'Noordvijver' werd genoemd.

Het team van onderzoekers van Harvard, de Universiteit van Zuid-Californië, het Marien Biologisch Laboratorium, de Universiteit van Californië, Santa Cruz, en andere instellingen boorden een reeks putten en verzamelden watermonsters om te bepalen welke microben de watervoerende laag naar huis noemen en of ze in staat zijn om koolstof te consumeren.

"We wilden ongerepte water- en microbiële monsters verzamelen, "Zei Girguis. "Als je naar de mid-oceanische rug kijkt en denkt aan het water dat er doorheen circuleert, het lijkt alsof een groot deel van de oceaan door deze koude omgeving beweegt. We wilden weten wat daar aan de hand is met de microben en wat er gebeurt met de koolstof die ze krijgen."

Koolstofetende microben in de watervoerende lagen

Terwijl Girguis en collega's konden aantonen dat microben in de watervoerende lagen koolstof konden eten, het bleef onduidelijk hoe actief de microben waren.

"We hebben kunnen aantonen dat water binnenkomt met een bepaalde zuurstofconcentratie, en als het valt, de koolstof daalt in directe verhouding, " zei hij. "Dat geeft ons een hoge mate van vertrouwen dat microben het eten."

In feite, Girguis zei, het is mogelijk dat microben in een indrukwekkend tempo koolstof eten.

"De cijfers die we van deze ene site hebben berekend, suggereren dat iets meer dan 50 procent van de koolstof daar wordt verbruikt, " zei hij. "We zouden uiteindelijk kunnen ontdekken dat een meerderheid van de koolstof wordt afgebroken in deze watervoerende lagen, vooral omdat de hele oceaan er om de paar tienduizenden jaren doorheen circuleert. Dat is snel op oceaantijdschalen."

Volgende stappen:Hebben microben gesteentemineralen nodig?

Vooruit gaan, Girguis en collega's hopen beter te kwantificeren hoeveel koolstof wordt verbruikt als zeewater door de watervoerende lagen beweegt, en of de mineralen in het basaltgesteente van de mid-oceanische bergkam kunnen bijdragen aan het vermogen van de microben om zich tegoed te doen aan koolstof.

"Dit begon met de bedoeling om te zeggen:laten we uitzoeken wat microben doen in deze kou, zuurstofrijke watervoerende laag, en we kunnen die gegevens toevoegen aan ons begrip van de koolstofcyclus, " zei Girguis. "Maar we waren verbaasd over de resultaten.

"Alle wezens zijn afhankelijk van koolstof, en er is een cyclus waarin koolstof wordt geproduceerd en geconsumeerd. Neem zeewater en pomp het door een ondergrond, zuurstofrijke aquifer en je hebt ineens de kans om deze processen van dichtbij te bekijken."