Een onderzoek onder leiding van Oldenburgse onderzoekers vindt een nieuwe verklaring voor de accumulatie van organische verbindingen in zuurstofarme zeegebieden. Het effect zou een negatieve feedback kunnen geven op het klimaat op geologische tijdschalen.

De Zwarte Zee is een ongewone watermassa:onder een diepte van 150 meter zakt de concentratie opgeloste zuurstof naar ongeveer nul, wat betekent dat hogere levensvormen zoals planten en dieren in deze gebieden niet kunnen bestaan. Tegelijkertijd, deze semi-ingesloten zee slaat relatief grote hoeveelheden organische koolstof op. Een team van onderzoekers onder leiding van Dr. Gonzalo V. Gomez-Saez en Dr. Jutta Niggemann van het Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) van de Universiteit van Oldenburg heeft nu een nieuwe hypothese gepresenteerd over waarom organische verbindingen zich ophopen in de diepten van de Zwarte Zee - en andere zuurstofarme (zuurstofarme) wateren in het wetenschappelijke tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

De onderzoekers stellen dat reacties met waterstofsulfide een belangrijke rol spelen bij het stabiliseren van koolstofverbindingen. "Dit mechanisme draagt ​​er blijkbaar aan bij dat er meer dan twee keer zoveel organische koolstof is in de wateren van de Zwarte Zee als in zuurstofrijke mariene gebieden, ", zegt Niggemann. "Dit zorgt voor een negatieve feedback in het klimaatsysteem die de opwarming van de aarde over geologische perioden zou kunnen tegengaan."

In de Zwarte Zee, die een gebied beslaat dat bijna twee keer zo groot is als Frankrijk, omstandigheden die zelden in andere mariene regio's worden aangetroffen, hebben ongeveer 7, 000 jaar:stabiele gelaagdheid verhindert grotendeels de vermenging van oppervlakte- en diep water. Het water in de bovenste 150 meter is zoutarm en zuurstofrijk, en komt voornamelijk uit rivieren zoals de Donau. Daaronder, er is een laag zout water met een hogere dichtheid die vanuit de Middellandse Zee via de Bosporus in de Zwarte Zee stroomt. "Als je een watermonster uit de diepere delen van de Zwarte Zee opent, de geur van rotte eieren maakt je bijna omver, " zegt Niggemann. Aan de oppervlakte, echter, er zijn geen aanwijzingen dat de Zwarte Zee een stilstaand water is waarin, door het gebrek aan zuurstof, bacteriën produceren stinkende waterstofsulfide.

Waterstofsulfide reageert met opgeloste organische stof

Zoals de nieuwe studie laat zien, dit zeer reactieve molecuul bindt zich met stoffen uit een diverse groep koolstofhoudende materialen die in elke liter zeewater aanwezig zijn. Deze stoffen staan ​​bekend als opgeloste organische stof (DOM) - een complex mengsel van talloze verschillende moleculen die het product zijn van afgebroken organisch materiaal of bacteriële stofwisselingsprocessen. "We hebben heel duidelijk kunnen aantonen dat waterstofsulfide direct in het water reageert met de extreem verdunde organische stof, " legt Niggemann uit. De producten van de reactie zijn potentieel duurzamer dan de uitgangsmaterialen en hopen zich daarom op in het water.

Het team vergeleek watermonsters van verschillende locaties in de Zwarte Zee en andere zeeën en rivieren. Met behulp van verschillende analytische methoden, waaronder de ultrahoge resolutie massaspectrometer van de onderzoeksgroep Marine Geochemistry aan de Universiteit van Oldenburg, de onderzoekers konden de opgeloste organische stof tot in detail karakteriseren. Ze ontdekten dat bijna een vijfde van de organische moleculen in de zuurstofloze gebieden van de Zwarte Zee zwavel bevatte - aanzienlijk meer dan in andere zeeën. In aanvulling, het team kon vaststellen dat een groot deel van deze verbindingen alleen in deze gebieden wordt aangetroffen, waardoor de onderzoekers concludeerden dat de zwavelverbindingen zich daar vormen door chemische reacties in het sulfidische water.

Negatieve feedback relevant op geologische tijdschalen

Aangezien enorme hoeveelheden koolstof worden opgeslagen in opgeloste organische stof, bevatten de oceanen van de wereld ongeveer evenveel opgeloste organische koolstof als er CO ₂ in de atmosfeer van de aarde - de resultaten van deze nieuwe studie zijn ook relevant voor het klimaat. "Het volume aan zuurstofarm oceaanwater is tussen 1960 en 2010 verviervoudigd. dit op zwavel gebaseerde mechanisme van koolstofopslag zou in de toekomst de chemie van de oceanen kunnen beïnvloeden, " zegt Gomez-Saez, de hoofdauteur van de studie. Maar deze negatieve feedback is te zwak om onder de huidige omstandigheden een merkbare impact te hebben op de klimaatverandering, hij voegt toe. In de geologische geschiedenis, echter, er zijn verschillende perioden geweest waarin grote delen van de oceanen zuurstofarm waren. Tijdens deze perioden zou dit effect kunnen hebben bijgedragen aan de verwijdering van koolstofdioxide op lange termijn uit de atmosfeer.

De watermonsters uit de Zwarte Zee zijn genomen tijdens een expeditie met het onderzoeksschip Maria S. Merian. Naast het team van de ICBM, onderzoekers van het Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Centrum voor Polair en Marien Onderzoek (AWI) in Bremerhaven, het MARUM-Centrum voor Mariene Milieuwetenschappen van de Universiteit van Bremen, en het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen namen deel aan het onderzoek.