Wetenschap
Drijvende robots laten zien hoeveel stof in de lucht de Zuidelijke Oceaan bevrucht – een belangrijke klimaatschokdemper
De Zuidelijke Oceaan, een regio die cruciaal is voor het klimaat op aarde, herbergt enorme bloei van microscopisch kleine oceaanplanten die bekend staan als fytoplankton. Ze vormen de basis van het Antarctische voedselweb.
Met behulp van een vloot robotachtige drijvers publiceerde ons onderzoek in Nature onthult dat door de wind meegevoerd stof voldoende ijzer levert om een derde van de fytoplanktongroei in de Zuidelijke Oceaan te ondersteunen. Als we dit weten, kunnen we beter begrijpen hoe de opwarming van de aarde de belangrijkste klimaatprocessen zal beïnvloeden waarbij fytoplankton betrokken is.
De Zuidelijke Oceaan fungeert als klimaatschokdemper. Het koude water en het uitgestrekte gebied vangen jaarlijks tot 40% van de door de mens gegenereerde koolstofdioxide (CO₂) op die door de oceanen van de planeet wordt geabsorbeerd.
Door de mens gegenereerde CO₂ komt voornamelijk in de oceaan terecht terwijl het aan de oppervlakte oplost. Biologische processen die grote hoeveelheden CO₂ van het oppervlak naar de diepe oceaan overbrengen, spelen echter een cruciale rol in de natuurlijke koolstofcyclus van de oceaan.
Zelfs kleine veranderingen in deze processen in de Zuidelijke Oceaan kunnen de klimaatschokdemper verzwakken of versterken. Dit is waar fytoplankton een sleutelrol speelt.
Fytoplankton:klein maar krachtig
Net als planten op het land zet fytoplankton CO₂ door fotosynthese om in biomassa. Wanneer fytoplankton sterft, zinkt het in de diepe oceaan. Hierdoor wordt de koolstof tientallen jaren of zelfs honderden jaren effectief vastgehouden. Dit staat bekend als de biologische koolstofpomp en helpt het klimaat op aarde te reguleren.
Fytoplankton heeft voedingsstoffen en licht nodig om te kunnen gedijen. Stikstof, in de vorm van nitraat, is een van deze essentiële voedingsstoffen en is overvloedig aanwezig in de Zuidelijke Oceaan. Tijdens de bloeiperiode in de lente en de zomer consumeert fytoplankton nitraat.
Dit biedt wetenschappers een unieke kans:door te meten hoeveel nitraat per seizoen verdwijnt, kunnen ze de groei van fytoplankton en de koolstof die in hun biomassa wordt vastgelegd, berekenen.
Maar er is een wending. IJzer, een andere essentiële voedingsstof, is schaars in de Zuidelijke Oceaan. Dit tekort belemmert de groei van fytoplankton, waardoor de efficiëntie van de biologische koolstofpomp afneemt.
Stof stimuleert het leven in de Zuidelijke Oceaan
IJzer wordt vaak aangetroffen in de bodem. Winden dragen ijzerrijk stof van de continenten naar de oceanen. Deze aanvoer van uit stof afkomstig ijzer kan de bloei van fytoplankton teweegbrengen, delen van de oceaan groener maken en de koolstofpomp versterken.
Historisch gezien moesten wetenschappers om de effecten van ijzerbemesting op fytoplankton te bestuderen (of het ijzer nu uit stof of andere natuurlijke bronnen kwam of opzettelijk werd toegevoegd) dure onderzoeksreizen maken naar de afgelegen Zuidelijke Oceaan.
De inzichten uit dergelijke experimenten bleven echter beperkt tot kleine regio's en korte perioden tijdens bepaalde seizoenen. Er was weinig bekend over de impact van stof op fytoplankton het hele jaar door in de hele Zuidelijke Oceaan.
Om deze kloof te dichten, hebben we ons tot robots gewend.
Oceaanrobots volgen het spoor van stof
De afgelopen tien jaar hebben onderzoeksorganisaties wereldwijd een vloot van robotachtige oceaandrijvers ingezet. Deze robots volgen onvermoeibaar de eigenschappen van de oceaan, inclusief de nitraatconcentratie.
In ons onderzoek analyseerden we nitraatmetingen op 13.600 locaties in de Zuidelijke Oceaan. We berekenden de groei van fytoplankton op basis van de verdwijning van nitraat en combineerden deze groeischattingen met computermodellen van stofafzetting.
Met deze nieuwe aanpak hebben we een direct verband blootgelegd tussen het aanbod van uit stof gewonnen ijzer en de groei van fytoplankton. Belangrijk is dat we ook ontdekten dat het stof niet alleen samenvalt met de groei van fytoplankton, maar het ook voedt door ijzer aan te leveren.
We hebben deze relatie gebruikt om productiviteitskaarten van de Zuidelijke Oceaan te maken:verleden, heden of toekomst. Deze kaarten suggereren dat stof momenteel ongeveer een derde van de fytoplanktongroei in de Zuidelijke Oceaan ondersteunt.
Tijdens ijstijden zorgde een combinatie van drogere omstandigheden, lagere zeespiegels en sterkere wind ervoor dat de stofafzetting op de Zuidelijke Oceaan tot 40 keer groter was dan vandaag.
Wanneer we stofsimulaties van de laatste ijstijd toepassen op onze nieuwe relatie, schatten we dat de groei van fytoplankton in deze stoffige tijden twee keer zo hoog was als nu.
Dus door de groei van fytoplankton te stimuleren, speelde stof waarschijnlijk een belangrijke rol bij het laag houden van de CO₂-concentraties in de atmosfeer tijdens ijstijden.
Waarom doet het ertoe?
De opwarming van de aarde en veranderingen in landgebruik kunnen in de toekomst de stofafgifte aan de oceaan snel veranderen.
Deze verschuivingen zouden belangrijke gevolgen hebben voor de ecosystemen en de visserij in de oceanen, en ons onderzoek biedt de instrumenten om deze veranderingen te helpen voorspellen.
Om de opwarming van de aarde onder de 1,5˚C te houden, is het absoluut noodzakelijk dat we veilige en effectieve methoden vinden om CO₂ actief uit de atmosfeer te verwijderen. Eén voorgestelde en controversiële strategie is het bemesten van de Zuidelijke Oceaan met ijzer, waarmee de natuurlijke processen worden nagebootst die de CO₂-uitstoot tijdens ijstijden hebben verlaagd.
Onze resultaten suggereren dat een dergelijke strategie de productiviteit in de minst stoffige delen van de Zuidelijke Oceaan zou kunnen verhogen, maar er blijven onzekerheden bestaan over de ecologische gevolgen van deze interventie en de effectiviteit ervan op de lange termijn bij het vastleggen van koolstof.
Door te bestuderen hoe de natuur dit in het verleden heeft gedaan, kunnen we meer te weten komen over de mogelijke resultaten en de praktische haalbaarheid van het bemesten van de oceaan om de klimaatverandering te verzachten.