De wisselwerking tussen kwik en mangaan in het Arctische zeewater kan een verrassende daling verklaren die onderzoekers in de winter in de Barentszzee hebben gevonden in het kwikgehalte.

In de afgelopen tien jaar hebben onderzoekers veel geleerd over de poolnacht - ze hebben alles ontdekt, van hoe kleine mariene beestjes op en neer migreren in de zee als reactie op het zwakke licht van de maan, tot zeevogels die in de pikzwarte oceaan duiken om smullen van lichtgevend plankton en krill.

Maar wat minder bekend is, is hoe de chemie van het water van de Noordelijke IJszee verandert tijdens deze periode, wanneer de zon een volledige dag van 24 uur volledig onder de horizon blijft.

Nu, in een artikel gepubliceerd in Nature Geoscience , rapporteren onderzoekers van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU) over een verrassende trend die ze tijdens de poolnacht hebben ontdekt in het kwikgehalte in de oceaan.

"We ontdekten dat de totale kwikconcentraties in de Barentszzee van zomer tot winter met ongeveer 33% daalden", zegt Stephen G. Kohler, een Ph.D. kandidaat bij NTNU's Marine Chemistry and Biogeochemistry-groep in de afdeling Chemie en eerste auteur van het artikel.

Eerste wintermetingen ooit

Deze metingen zijn de allereerste winterrapporten over dit element in de wateren van de Noordelijke IJszee.

Ze werden uitgevoerd als onderdeel van het Nansen Legacy Project, een 7 jaar durende samenwerking tussen 10 Noorse onderzoeksinstellingen waarbij de fysieke en biologische aspecten van de Barentszzee gedurende alle vier de seizoenen worden bestudeerd.

"Alles wat we tot nu toe over het noordpoolgebied hebben gedaan en weten, is volledig gebaseerd op wanneer we daarheen mochten, wat meestal in de zomer was", zei Kohler. "En het feit dat we nu een momentopname hebben van wat er tijdens de donkere periode gebeurt, geeft ons meer inzicht in de hele kwikcyclus."

Het probleem met kwik

Wat er gebeurt met kwikniveaus in het noordpoolgebied is van belang omdat een specifieke giftige vorm van kwik, methylkwik genaamd, zijn weg kan vinden naar het voedselweb.

Dit brengt risico's met zich mee voor de gezondheid van dieren aan de top van de voedselketen, zoals ijsberen, en voor inheemse volkeren in het noorden die besmette vis en zeehonden als vast onderdeel van hun dieet consumeren.

Maar waar Kohler en zijn collega's in geïnteresseerd zijn, is veel fundamenteler dan dit:ze willen de basismechanismen kennen waarmee kwik zich in de Arctische wateren beweegt.

Door de mens gemaakte kwikbronnen worden via de lucht of in het water naar het noordpoolgebied getransporteerd. Een grote door de mens veroorzaakte bron van atmosferisch kwik is de verbranding van steenkool. Dit kwik in de atmosfeer kan neerslaan op het Arctische oppervlak als gevolg van chemische reacties veroorzaakt door zonlicht. Daarnaast omvatten natuurlijke bronnen van kwik naar de Noordelijke IJszee lozingen door smeltende permafrost in rivierwater en landerosie.

Naarmate de planeet de komende decennia opwarmt, zal steeds meer permafrost smelten, waardoor er meer kwik vrijkomt in de Arctische wateren. Dat maakt het belangrijk om te begrijpen hoe het element zich gedraagt, in al zijn verschillende vormen, en het hele jaar door, zei Kohler.

Toename zomer, afname winter

Kohler en zijn collega's hebben in de zomer hogere kwikniveaus in het oppervlaktewater waargenomen omdat de zon op is en alles is ontdooid, van zee-ijs tot rivieren, die allemaal kwik aan de oceaan kunnen leveren.

"Het is warmer in de zomer, dus er komt meer rivierwater binnen, licht in de atmosfeer en daarom komt er meer kwik binnen", zei Kohler.

Je zou dus kunnen verwachten dat in de winter, wanneer het noordpoolgebied donker en bevroren is, de kwikwaarden hetzelfde blijven, aangezien alle inputs zijn gestopt. Maar wat Kohler en zijn collega's zagen, een daling van 33% van de totale hoeveelheid kwik in vergelijking met de zomerwaarden, deed hen op zoek gaan naar een verklaring.

Deeltjes wegvangen

Kohler en zijn collega's, waaronder postdoc Nicolas Sanchez, maten ook de niveaus van andere metalen in oceaanwater, waaronder ijzer en mangaan.

En wat ze ontdekten was dat het mangaangehalte ook daalde in de winter. In zeewater kan mangaan kleine deeltjes vormen die vervolgens het kwik aantrekken dat in het zeewater zit, in een proces dat scavenging wordt genoemd.

Deze deeltjes kunnen zwaar genoeg worden om naar de zeebodem te zinken. De onderzoekers suggereerden dat deze deeltjes verantwoordelijk zijn voor het brengen van het kwik naar diepere wateren en sedimenten.

"Acavenging is wanneer de deeltjes in wezen gewoon kwik uit het water pakken en meenemen voor de rit," zei Kohler.

Hoewel deze opruiming kwik van oppervlaktelagen verwijdert, betekent dit een toename van kwik in sedimenten, waar het wordt aangevoerd door de mangaandeeltjes.

In de toekomst meer giftig kwik

Dat is niet per se goed nieuws, ook al lijkt het misschien wel.

Zodra kwik oceaansedimenten bereikt, kan het worden beïnvloed door bacteriën die in de sedimenten leven. Deze bacteriën kunnen kwik omzetten in zijn giftige vorm, methylkwik.

Dit alles betekent dat meer giftig kwik zijn weg zou kunnen vinden naar Arctische voedselwebben, zei Kohler.

"In de toekomst zullen stijgende temperaturen als gevolg van klimaatverandering het mogelijk maken dat er in de zomer meer kwik vrijkomt uit de kwikrijke permafrost rond de poolcirkel", zei hij. "Dit kwik wordt via rivieren aan de Noordelijke IJszee geleverd. Als resultaat, toenemende hoeveelheden kwik in oppervlaktewateren duiden op toenemende hoeveelheden kwik die in de winter naar de diepte dalen, wat mogelijk kan resulteren in meer giftige methylkwikvorming in de toekomstige Noordelijke IJszee." + Verder verkennen

Het voorspellen van de kans dat een regio vissen heeft met giftige niveaus van methylkwik