Kleine gipskristallen kunnen fytoplankton zo zwaar maken dat het snel zinkt, het transporteren van grote hoeveelheden koolstof naar de diepten van de oceaan. Experts van het Alfred Wegener Instituut hebben dit fenomeen onlangs voor het eerst waargenomen in het noordpoolgebied. Als gevolg van dit massale algentransport, in de toekomst, uit het oppervlaktewater kunnen grote hoeveelheden nutriënten verloren gaan.

Wanneer zeealgen sterven, ze drijven meestal in slow motion naar de diepten van de oceaan. Echter, tijdens een expeditie met de onderzoeksijsbreker Polarstern naar het Noordpoolgebied in het voorjaar van 2015 wetenschappers van het Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) ontdekte een fenomeen dat dit transport aanzienlijk versnelt:minuscule gipskristallen, die zich vormen tijdens het bevriezen van zout in de poreuze ruimten van Arctisch zee-ijs, het fytoplankton verzwaren als zware ballast, ze binnen een paar uur naar de bodem trekken.

Het effect is als een expreslift voor de koolstof die ze bevatten. "Dit mechanisme was voorheen volledig onbekend, " zegt mariene bio-geoloog Dr. Jutta Wollenburg, die de met gipskristallen verzwaarde fytoplanktonbrokken op de zeebodem ontdekte tijdens de zogenaamde TRANSSIZ-expeditie. Nutsvoorzieningen, samen met een internationaal team van onderzoekers, ze heeft een artikel in het tijdschrift gepubliceerd Wetenschappelijke rapporten op dit proces. "De snelle export van fytoplankton zou een aantal effecten kunnen hebben op de koolstofcyclus in en de productiviteit van het noordpoolgebied, op schalen die we nog niet nauwkeurig kunnen voorspellen."

Net als planten op het land, tijdens fotosynthese, fytoplankton neemt koolstofdioxide op, die ze gebruiken om hoogenergetische glucoseverbindingen te produceren. Op deze manier, ze absorberen koolstofdioxide uit de atmosfeer. Zodra het fytoplankton sterft, het begint te zinken. Toch bereikt slechts een klein deel daadwerkelijk de zeebodem. Het overgrote deel van het fytoplankton blijft in de bovenste waterlagen waar het wordt afgebroken door bacteriën, hun voedingsstoffen en koolstofdioxide vrijgeven. Daarentegen ingebouwde gipskristallen slepen de fytoplanktonbrokken blijkbaar zo snel naar beneden dat er geen tijd is om ze af te breken, waardoor meer fytoplanktonmassa de zeebodem bereikt. Als deze kristallen fytoplankton naar beneden slepen voordat de bacteriën ze kunnen afbreken, de bovenste waterlagen kunnen voedingsstoffen zoals nitraat verliezen. Dit zou kunnen, beurtelings, invloed op het mariene voedselweb. voedingsstoffen, die belangrijk zijn voor de groei van fytoplankton, zijn schaars; beurtelings, fytoplankton is de voedselbron voor kleine schaaldieren, die zelf een hoofdbestanddeel van vissen zijn. "Echter, door het gipstransport, meer voedsel vindt zijn weg naar de doorgaans voedselarme oceaanbodems, ", zegt Jutta Wollenburg. "We hebben al gezien hoe de veranderde voedselstroom de biologische diepzeegemeenschappen in het Noordpoolgebied heeft beïnvloed."

Als zodanig, dit nieuw waargenomen fenomeen roept een aantal nieuwe vragen op. Jutta Wollenburg merkte het voor het eerst op tijdens het inzetten van een multicorer (MUC) - een apparaat uitgerust met een videocamera en gebruikt om sedimentmonsters van de oceaanbodem te verzamelen - aan boord van het onderzoeksschip Polarstern. "Toen de multicorer zijn afdaling maakte, we bleven dichte brokken fytoplankton zien die snel zinken, en later vonden we er nog veel meer verspreid over de zeebodem."

Wollenburg was verrast dat geen enkele andere onderzoeker ooit zo'n dichte concentratie van fytoplankton had gerapporteerd onder een stevige ijslaag op alle waterdiepten tot aan de oceaanbodem. Met behulp van de multicorer, ze bracht een aantal van de brokken aan boord. Onder de microscoop, ze zag dat tussen de algen, er waren talloze centimeter lange kristallen naalden. Na haar terugkeer naar Bremerhaven, haar collega's namen de stof onder de loep, die ze identificeerden als gips. Gips bestaat uit calcium- en sulfaat-mineralen die tijdens het bevriezingsproces de poreuze ruimten van zee-ijs verrijken.

"We weten nu dat deze kristallen zich bij lage temperaturen in zee-ijs vormen, ", zegt AWI-zee-ijsfysicus Dr. Christian Katlein. "In het voorjaar als het ijs langzaam begint te smelten, grote hoeveelheden van deze gipskristallen komen vrij." In dit specifieke geval dit gebeurde toen het eerste lentelicht door het dunner wordende ijs drong, waardoor de schuimalg Phaeocystis zich snel voortplant en een zogenaamde voorjaarsbloei geeft. Dankzij het kleverige oppervlak van het fytoplankton, de gipskristallen kunnen eraan hechten - totdat de brokken zo zwaar worden dat ze snel zinken.

Dit is opmerkelijk, volgens Wolenburg, omdat klimaatverandering betekent dat zee-ijs, dat nu voornamelijk eerstejaars ijs is, smelt in het voorjaar steeds meer. Overeenkomstig, in de toekomst, er zullen waarschijnlijk nog meer gipskristallen vrijkomen tijdens de lentebloei. Verder, het zee-ijs wordt steeds kwetsbaarder en daardoor transparanter. Dit leidt tot langdurige onder-ijs algenbloei. Phaeocystis kan gedijen met relatief weinig licht. "Als resultaat, de twee verschijnselen - de bloei en het vrijkomen van gipskristallen - kunnen in de toekomst vaker samenvallen, " zegt AWI zee-ijs-ecoloog dr. Ilka Peeken. "Als ze dat doen, aanzienlijke hoeveelheden fytoplanktonmassa zouden naar de bodem van de zeebodem kunnen zinken." Dit zou gevolgen kunnen hebben voor het leven in de wateren van de Noordpool:"We zien mogelijk een blijvende afname van de nutriëntenconcentratie in de bovenste waterlagen, die uiteindelijk het aantal vissen kunnen beïnvloeden, en daarmee de visserij in de regio, ', zegt Jutta Wollenburg.

Een andere vraag is of het fenomeen van versneld transport van algenbiomassa misschien niet echt meer koolstof naar de oceaanbodem brengt, waar het enkele honderden jaren zal worden bewaard. Experts noemen dit mechanisme ook wel de 'biologische koolstofpomp'.

"Het is een duidelijke mogelijkheid dat, op dezelfde manier, meer koolstof vindt zijn weg naar de diepten van de Antarctische Oceaan dan tot nu toe werd aangenomen, " zegt Wollenburg. Dienovereenkomstig, zij en haar collega's zijn nu van plan om dit proces in de poolgebieden nader te analyseren.