Kleimineralen gesuspendeerd in zeewater binden sedimentaire organische koolstof aan hun minerale oppervlakken. Maar de hoeveelheid koolstof die wordt gebonden en de bron van die koolstof hangt sterk af van het kleimineraal in kwestie. Een onderzoeksteam van ETH Zürich en Tongji University hebben dit aangetoond door sedimenten in de Zuid-Chinese Zee te bestuderen.

Rivieren lozen een constante aanvoer van sediment in de oceanen van de wereld. Dit sediment bestaat grotendeels uit verschillende kleimineralen - de producten van gesteenteverwering - en organische verbindingen van plantaardige oorsprong die in de bodem zijn afgebroken. Deze twee componenten komen door erosie in rivieren terecht.

Op weg naar de oceanen, organisch materiaal in sedimenten bindt zich met kleimineralen om klei-humuscomplexen te vormen. Zodra ze de zee bereiken, deze complexen zinken naar de zeebodem, waar ze worden begraven door andere sedimenten. Dit vangt de koolstof in deze complexen op, het verwijderen over geologische tijdschalen uit de atmosfeer en uit de poelen van koolstof die in snelle uitwisseling met het aardoppervlak staan.

Dit is de reden waarom kleimineralen, ook bekend als phyllosilicaten, zijn uiterst belangrijk voor de wereldwijde koolstofcyclus:zo'n 90 procent van de organische koolstof die in de zeebodem rond de continenten wordt vastgelegd, is gerelateerd aan reacties tussen organisch materiaal en verschillende mineralen. Verschillende fyllosilicaten zijn verantwoordelijk voor een bijzonder groot aandeel, omdat ze door hun kleine formaat en hun geometrie een bijzonder hoog specifiek oppervlak hebben en grote hoeveelheden koolstof kunnen binden.

Het hangt allemaal af van de variëteit

Echter, niet alle kleimineralen vormen stabiele complexen met organische stoffen. In een recent artikel in het tijdschrift Wetenschap , een team van onderzoekers van ETH Zürich en Tongji University in Shanghai laat zien dat verschillende soorten kleimineralen in verschillende mate interactie hebben met organisch materiaal, in een proces dat de kringloop van organische koolstof bepaalt. Dit heeft ook invloed op de mate waarin elk kleimineraal fungeert als een middel voor koolstofvastlegging, omdat de binding van koolstof met een bepaald phyllosilicaten afhangt van zijn mineralogische structuur en kenmerken. Hoe groter het specifieke oppervlak en hoe sterker de reactiviteit, hoe groter de hoeveelheid organische stof die eraan kan binden en hoe groter de hoeveelheid koolstof die in het sediment wordt vastgelegd.

De onderzoekers bestudeerden deze processen in de Zuid-Chinese Zee, waar het kleimineraal smectiet uit Luzon (het hoofdeiland van de Filippijnen), kaoliniet van het Chinese vasteland, en mica en chloriet uit de bergen van Taiwan ontmoeten elkaar allemaal. Thomas Blatmann, een voormalige ETH-promovendus en hoofdauteur van de studie, zegt dat deze zee de beste omstandigheden ter wereld biedt om de interacties tussen fyllosilicaten en organisch materiaal te bestuderen. Andere oceanen hebben een "chaotisch mengsel" van fyllosilicaten waarin de processen waarin de onderzoekers geïnteresseerd zijn elkaar overlappen. “Dat maakt het moeilijker om de effecten van individuele soorten kleimineralen te bepalen. in de Zuid-Chinese Zee is het duidelijk uit welke landmassa elk kleimineraal afkomstig is - en dat is uniek."

Kleimineralen vangen koolstof op

Smectiet wordt gevormd wanneer vulkanisch gesteente chemisch wordt verweerd; in zoet water, het bindt zich met organisch materiaal uit vruchtbare, humusrijke bodems. Zodra deze complexen zout water bereiken, echter, de smectieten wisselen hun organische ladingen. Ze nemen koolstofverbindingen op die in het zeewater zijn opgelost en geven de organische stof die van het land afkomstig is af aan de oceaan. Wat er vervolgens met deze organische stof gebeurt, is onduidelijk. Blattmann acht het waarschijnlijk dat organische stoffen uit Luzon ofwel oxideren, worden geconsumeerd door micro-organismen, of blijven duizenden jaren vrij opgelost in zeewater. Fyllosilicaten uit de bergen van Taiwan gedragen zich anders. Ze binden zeer stevig met continentale koolstof uit Taiwan, de organische stof snel en efficiënt de zee in te voeren.

"Hoe koolstof afkomstig van landmassa's wordt overgebracht naar de oceanen van de wereld en daar wordt opgeslagen, hangt uiteindelijk af van het soort kleimineraal. Deze mineralen beïnvloeden de grootschalige overdracht van organische koolstof van continenten naar hun gootsteen op de oceaanbodem, ' legt Blattmann uit.

Nieuwe bevindingen roepen nieuwe vragen op

"Fyllosilicaten spelen een belangrijkere rol in de wereldwijde koolstofcyclus dan we eerder dachten, " zegt Tim Eglinton, een professor aan het Geologisch Instituut aan de ETH Zürich. Hoe groter hun specifieke oppervlakte, hoe groter de hoeveelheid organische stof die ze kunnen opnemen en, bijgevolg, hoe groter het koolstofvolume dat ze op de oceaanbodem kunnen vastleggen. "Echter, dit is niet iets dat we kunnen kwantificeren, omdat we het specifieke gedrag van deze verschillende kleimineralen nog maar net beginnen te begrijpen. Er zal veel aanvullend onderzoek nodig zijn om tot conclusies te komen over de uitgestrekte oceanen van de wereld."