Fytoplankton heeft licht en voedingsstoffen nodig om te groeien. De microscopisch kleine algen vinden zelden beide tegelijk in voldoende hoeveelheden in de oceaan. In de bovenste waterlagen hebben ze meestal geen voedingsstoffen, en verder naar beneden hebben ze geen licht. Een nieuwe studie onder leiding van het Helmholtz Center Hereon zegt nu:Fytoplankton kan heen en weer migreren tussen diepere lagen en het wateroppervlak. Als dit zou worden bevestigd, zou dat enorme gevolgen hebben voor de berekeningen van de natuurlijke koolstofpomp en dus voor de huidige berekeningen van het koolstofbudget. De resultaten van het onderzoek zijn vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Climate Change .

Zeeën en de oceaan zijn een van onze grootste koolstofputten. Elk jaar absorberen ze ongeveer 30% van de CO₂ door de mens geproduceerd en daardoor uit de atmosfeer verwijderd. Dit is vooral te danken aan fytoplankton. Met behulp van licht en voedingsstoffen nemen deze microscopisch kleine plantjes de kooldioxide op en geven ze zuurstof af. Tot nu toe gaan onderzoekers ervan uit dat fytoplankton nauwelijks uit zichzelf beweegt, maar wordt voortgedreven door stroming. Een studie onder leiding van het Helmholtz-Zentrum Hereon presenteert nu argumenten die deze veronderstelling in twijfel trekken. Voor deze publicatie, waarbij ook GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel en het Earth SURFACE System Research Center betrokken zijn, heeft het team van auteurs talrijke empirische onderzoeksresultaten geanalyseerd. De conclusie:de gemeten gegevens kunnen niet verklaard worden door de passieve verplaatsing van fytoplankton. Op basis hiervan ontwikkelden de wetenschappers een nieuw model dat de verticale migratie van fytoplankton omvat en zo het actieve "oppompen" van voedingsstoffen kan berekenen.

"Eerdere modellen behandelen fytoplankton als passieve deeltjes, terwijl veel bewijs suggereert dat het actief migreert om koolstof in de bovenste lagen op te nemen via fotosynthese en om voedingsstoffen op te slaan in lagere lagen", zegt Kai Wirtz, hoofdauteur van de studie en ecosysteemmodeller bij het Hereon Instituut voor Kustsystemen, Analyse en Modellering.

De bovenste waterlagen van de zeeën en oceanen hebben bijna altijd een tekort aan voedingsstoffen. Naast licht zijn voedingsstoffen van vitaal belang voor fytoplankton. Maar ondanks aantoonbaar lagere nutriëntenconcentraties wordt daar hoge netto primaire productie gemeten. De netto primaire productie is de biomassa geproduceerd door fytoplankton, dat de basis vormt van het mariene voedselweb. Andere studies hebben stikstof kunnen detecteren uit diepere waterlagen in fytoplankton nabij het wateroppervlak. Eigenschappen van fytoplankton, die in de loop van miljoenen jaren zijn geëvolueerd, wijzen ook op actievere migraties:van ten minste twee derde van alle soorten is aangetoond dat ze zich actief kunnen verplaatsen. Waar is dit vermogen goed voor, als de micro-organismen slechts passief met stroming meedrijven? De nieuwe studie presenteert nu deze theorie:fytoplankton beweegt actief verticaal tussen de bovenste en diepere waterlagen. Zo krijgen ze zowel licht in de bovenste lagen als voedingsstoffen uit grotere waterdiepte.

Een constante op en neer

Het team rond Kai Wirtz legt uit dat hoewel fytoplankton vaak maar een paar meter per dag zwemt of zinkt, het in staat is een diepte van zo'n 10 tot 80 meter te overbruggen met de "energiereserve" van fotosynthese in het lichtrijke oppervlaktewater. In grotere waterdiepte kan het voldoende voedingsstoffen opnemen totdat het weer actief naar het wateroppervlak beweegt. Deze bewegingscyclus zou overeenkomen met een actieve koolpomp die veel efficiënter werkt dan eerder werd aangenomen.

"Op basis van onze modelberekeningen gaan we ervan uit dat de huidige schattingen van de opname van oceanische koolstof aanzienlijk naar boven moeten worden bijgesteld", zegt Wirtz.

Jan Taucher, co-auteur van de studie, zegt:"Er zijn in het verleden individuele casestudies geweest waaruit bleek dat sommige fytoplanktonsoorten actief verticaal kunnen migreren en dus ook voedingsstoffen en koolstof kunnen transporteren. De combinatie van waarnemingsgegevens die in het nieuwe ecologische model worden gebruikt want onze huidige studie toont aan dat dit fenomeen veel wijdverspreider is dan eerder werd gedacht. Onze resultaten suggereren dat eerdere berekeningen de mariene productiviteit en koolstofopname mogelijk hebben onderschat."

60 keer de CO2-uitstoot van Duitsland

Momenteel is er geen technologie die de theorie empirisch rechtstreeks op microscopisch niveau van organismen kan testen. Maar het kan de moeite waard zijn om verder onderzoek te starten. Als de verticale migratie van fytoplankton waar blijkt te zijn, zou dit betekenen dat de oceanen veel meer CO₂ opnemen dan nu wordt aangenomen, ook bij stijgende lucht- en watertemperaturen in de toekomst. Volgens de berekeningen van het team van auteurs, waaronder ook Moritz Mathis van het Helmholtz-Zentrum Hereon en Lan Smith van het Earth SURFACE System Research Center, tegen 2100 ongeveer 40 gigaton meer CO₂ per jaar zou worden geabsorbeerd dan de huidige klimaatmodellen voorspellen. Dit komt overeen met zestig keer de CO2-uitstoot van Duitsland en dus ongeveer 10% van ons CO2-budget. Dat zou de wereldklimaatrekening aanzienlijk naar boven bijstellen. Hiervoor is echter kennis nodig van essentiële processen, waaronder de gedragspatronen van micro-organismen. De verificatie van de theorie van de nieuwe studie zou hier een beslissende bijdrage aan kunnen leveren. + Verder verkennen

IJzerboost van wildvuurrook een pluspunt voor koolstofcyclus in de Zuidelijke Oceaan