Oceanen spelen een sleutelrol in de wereldwijde koolstofdioxidebalans. Dit komt omdat er miljarden minuscule algen leven, door fotosynthese koolstofdioxide te absorberen en in hun biomassa op te nemen. Wanneer deze algen sterven, ze druppelen naar beneden - samen met de uitscheidingen van microscopisch kleine wezens die zich eraan voeden - als "zeesneeuw" naar diepere zones. Ongeveer één procent van hun koolstofdioxide ligt dan duizenden jaren begraven in de zeebodem.

Een rustig straaltje sneeuw

Omdat deze constante regen van zeesneeuwvlokken koolstof naar de diepten van de oceaan transporteert, experts noemen het een biologische pomp. Het wordt aangedreven door twee tegengestelde processen:het zinken van de organische vlokken en hun afbraak door bacteriën. Zinkende vlokken verhogen de flux van koolstof naar de diepte, terwijl bacteriën deze flux verminderen door koolstof uit de deeltjes te verwijderen. De huidige oceaanmodellen gaan ervan uit dat de snelheid van zinken en de snelheid van degradatie onafhankelijk van elkaar zijn. "Maar we hebben nu aangetoond dat de afbraakprocessen worden versterkt door zinken, ", zegt Uria Alcolombri van het Institute of Environmental Engineering aan de ETH Zürich.

Alcolombri is de eerste auteur van een studie van de onderzoeksgroep van Roman Stocker die zojuist is gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen . Voor hun onderzoeken gebruikten de onderzoekers een slimme methode:in plaats van zinkende deeltjes in de zee te volgen, ze stopten individuele alginaatdeeltjes van millimeters in een microfluïdische kamer en pompten er vervolgens kunstmatig zeewater doorheen. "Bij onze experimenten de zeesneeuw bewoog niet door de zee; eerder spoelde de zee rond de zeesneeuw. Maar de relatieve snelheid is hetzelfde, ' zegt Alcolombri.

De bijproducten wegwassen

De onderzoekers koloniseerden de alginaatdeeltjes met genetisch gemodificeerde, groen gloeiende bacteriën. Deze breken de deeltjes veel sneller af als er water door de kamer stroomt; de afbraak duurt ongeveer tien keer langer in stilstaand water. Dit komt doordat het stromende water de afbraakproducten wegspoelt, de enzymen van de bacteriën achterlatend om direct op de deeltjes te gaan werken, zonder tijd te hoeven besteden aan het afbreken van moleculen die al zijn afgesplitst.

Op basis van deze observaties, Alcolombri en zijn collega François Peaudecerf hebben een nieuw model van de biologische koolstofpomp ontworpen die nagaat hoe het zinken de afbraak van de mariene sneeuwvlokken beïnvloedt. De modelberekeningen suggereren twee dingen:dat de verbetering van de afbraak van deeltjes als gevolg van zinken de theoretische transportefficiëntie van de koolstofpomp tweevoudig vermindert. En ten tweede, dat veel van de dode algen worden afgebroken in de bovenste lagen van de oceaan - wat consistent is met metingen van echte koolstofflux in de zee.

kleine dingen, enorme impact

Het onderzoek van het team was niet gericht op het verbeteren van de prestaties van de biologische koolstofpomp:"We zijn geïnteresseerd in het verkrijgen van een fundamenteel begrip van natuurlijke processen; we wilden weten hoe de biologische pomp werkt, ", zegt Alcolombri. "Want dit is essentieel als we nauwkeuriger willen voorspellen hoe onze oceanen zullen reageren op klimaatverandering".

Het bleek dat de afbraaksnelheid van zeesneeuw - en indirect, het wereldwijde koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer wordt bepaald door microscopische transportdynamiek. Welke shows, alweer, hoe zelfs de kleinste dingen in de omgeving het grote geheel beïnvloeden.