Etherisch, wuivende pilaren van bruine kelp langs de kusten van Californië groeien op door de waterkolom, culminerend in een dicht bladerdak van dikke bladeren dat huizen en toevluchtsoorden biedt aan tal van zeedieren. Er wordt gespeculeerd dat deze gigantische algen kustecosystemen kunnen beschermen door de verzuring te helpen verminderen die wordt veroorzaakt door te veel atmosferische koolstof die door de zeeën wordt geabsorbeerd.

Een nieuwe ter plaatse interdisciplinaire analyse van gigantische kelp in Monterey Bay voor de kust van Californië probeerde het verzuringsmitigatiepotentieel van kelp verder te onderzoeken. "We praten over kelpbossen die het kustmilieu beschermen tegen verzuring van de oceaan, maar onder welke omstandigheden is dat waar en in welke mate?", zei Heidi Hirsh, lid van het onderzoeksteam, een doctoraat student aan Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth). "Dit soort vragen is belangrijk om te onderzoeken voordat we dit proberen te implementeren als een strategie voor het verminderen van de verzuring van de oceaan."

De bevindingen van het team, gepubliceerd op 22 oktober in het tijdschrift JGR Oceanen , laat zien dat nabij het oppervlak van de oceaan, de pH van het water was iets hoger, of minder zuur, wat suggereert dat de kelp-luifel de zuurgraad vermindert. Echter, die effecten strekten zich niet uit tot de oceaanbodem, waar gevoelige koudwaterkoralen, egels en schelpdieren wonen en de meeste verzuring heeft plaatsgevonden.

"Een van de belangrijkste punten voor mij is de beperking van de potentiële voordelen van kelpproductiviteit, " zei Hirs, de hoofdauteur van het onderzoek.

Waarom kelp?

Kelp is een ecologisch en economisch belangrijke basissoort in Californië, waar bossen voedselrijk zijn, rotsachtige bodem kusten. Een van de nadelige effecten van verhoogde koolstof in de atmosfeer is de daaropvolgende absorptie door de oceanen van de planeet, die verzuring veroorzaakt - een chemische onbalans die een negatieve invloed kan hebben op de algehele gezondheid van mariene ecosystemen, inclusief dieren waarvan mensen afhankelijk zijn voor voedsel.

Kelp is het doelwit geweest als een potentieel verbeterende soort, deels vanwege zijn snelle groei - tot 5 inch per dag - waarbij het een grote hoeveelheid fotosynthese ondergaat die zuurstof produceert en koolstofdioxide uit het water verwijdert. In de baai van Monterey, de effecten van reuzenkelp worden ook beïnvloed door seizoensgebonden opwelling, wanneer diep, voedselrijk, zeer zuur water uit de Stille Oceaan wordt naar het oppervlak van de baai getrokken.

"Het is dit zeer gecompliceerde verhaal van ontwarren waar het voordeel vandaan komt - als er een voordeel is - en het per site beoordelen, omdat de omstandigheden die we waarnemen in het zuiden van Monterey Bay mogelijk niet van toepassing zijn op andere kelpbossen, ' zei Hirs.

De onderzoekers zetten hun operaties op in het Hopkins Marine Station van Stanford, een marien laboratorium in Pacific Grove, Californië, en verzamelde gegevens offshore van de faciliteit in een 300 voet breed kelpbos. Co-auteur Yuichiro Takeshita van het Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) leverde pH-sensoren die over het hele gebied werden verspreid om chemische en fysieke veranderingen in combinatie met watermonsters te begrijpen.

"We gaan verder dan alleen het verzamelen van meer scheikundegegevens en krijgen daadwerkelijk te zien wat er achter de patronen in die gegevens zit, " zei co-hoofdonderzoeker Kerry Nickols, een assistent-professor aan de California State University, Noordwest. "Als we niet naar de watereigenschappen keken in termen van hoe ze veranderen en de verschillen tussen de bovenkant en de onderkant van de kelpbossen, we zouden echt niet begrijpen wat er aan de hand is."

Met de nieuwe hoge resolutie verticale metingen van pH, opgeloste zuurstof, zoutgehalte en temperatuur, de onderzoekers konden patronen in de zeewaterchemie rond het kelpbos onderscheiden. 's Nachts, toen ze verwachtten zuurder water te zien, het water was eigenlijk minder zuur in vergelijking met metingen overdag - een resultaat waarvan ze veronderstellen dat het werd veroorzaakt door het opwellen van zuur, zuurstofarm water gedurende de dag.

"Het was wild om de pH 's nachts te zien stijgen toen we een verhoogde zuurgraad verwachtten als een functie van kelpademhaling, " Zei Hirsh. "Dat was een vroege indicator van hoe belangrijk de fysieke omgeving was voor het aansturen van het lokale biogeochemische signaal."

Een op de natuur gebaseerde oplossing ontwerpen

Terwijl dit project keek naar het potentieel van kelp om de lokale omgeving op korte termijn te veranderen, het opent ook de deuren naar het begrijpen van langetermijneffecten, zoals het vermogen om 'blauwe koolstof' te cultiveren, ' de onderwatervastlegging van kooldioxide.

"Een van de redenen om dit te doen, is om het ontwerp van kelpbossen mogelijk te maken die als een blauwe koolstofoptie kunnen worden beschouwd, " zei co-auteur Stephen Monismith, de Obayashi-hoogleraar aan de School of Engineering. "Het is echt belangrijk om te begrijpen hoe kelp mechanistisch en kwantitatief werkt."

Hoewel het mitigatiepotentieel van de kelpbossen in het bladerdak de gevoelige organismen op de zeebodem niet bereikte, de onderzoekers vonden wel een over het algemeen minder zure omgeving in het kelpbos in vergelijking met daarbuiten. De organismen die in het bladerdak leven of erin zouden kunnen komen, hebben het meest waarschijnlijk baat bij de lokale verzuring van kelp, zij schrijven.

Een model voor toekomstige studie

Het onderzoek dient ook als model voor toekomstig onderzoek naar de oceaan als een driedimensionaal, vloeibare habitat, volgens de co-auteurs.

"De huidige kennisset is behoorlijk groot, maar het heeft de neiging om disciplinair te zijn - het is vrij zeldzaam om al deze elementen samen te brengen om een ​​complex kustsysteem te bestuderen, " zei co-PI Rob Dunbar, de WM Keck Professor aan Stanford Earth. "Op een manier, ons project was een soort model voor hoe een synthetisch onderzoek dat veel verschillende velden samenbrengt, kan worden gedaan."