Een team van onderzoekers van de Universiteit van Massachusetts Amherst, gespecialiseerd in het verklaren van de uitstoot van kooldioxide door beken, rivieren en meren, heeft onlangs aangetoond dat het chemische proces dat bekend staat als 'carbonaatbuffering' verantwoordelijk kan zijn voor het merendeel van de uitstoot in sterk alkalische wateren. Bovendien verstoort carbonaatbuffering de meest gebruikte methode voor het volgen van de oorsprong van CO₂ in stromen.

Het onderzoek, gepubliceerd in Global Biogeochemical Cycles , stelt een betere methode voor om de oorsprong van CO₂ in de rivieren te volgen uitstoot.

Binnenwateren, inclusief beken, rivieren en meren, zijn verantwoordelijk voor ongeveer 5,5 gigaton CO₂ uitstoot per jaar – ongeveer 15% van wat mensen uitstoten. Maar de huidige klimaatmodellen hebben moeite om deze koolstof te verklaren, zegt Matthew Winnick, assistent-professor Aard-, Geografische en Klimaatwetenschappen aan UMass Amherst en hoofdauteur van het artikel, deels omdat een groot deel van deze koolstof op cryptische wijze lijkt te worden geproduceerd door middel van carbonaatbuffering.

"Het proces is een beetje raar", zegt Winnick. "Het fungeert als een soort verborgen reservepool van CO₂ , het aanvullen van koolstof die verloren gaat in de atmosfeer, en uiteindelijk het verhogen van de hoeveelheid CO₂ beschikbaar voor ontgassing."

Om te laten zien hoe deze verborgen poel werkt, keken Winnick en zijn co-auteur, de toenmalige UMass-student Brian Saccardi, naar onderzoeken die zich richtten op het koolstofgehalte van de oceanen. ‘Koolzuurbuffering is een heel bekend fenomeen in de oceaan’, zegt Winnick, ‘en hoewel oceanen anders werken dan binnenwateren, konden we de geochemische vergelijkingen lenen om een ​​reeks modellen te bouwen die een breed scala aan gegevens zouden kunnen verklaren. van de toestand van rivieren en beken."

Dus wat is carbonaatbuffering? Het begint met CO₂ – die overal aanwezig is:in de lucht, in de bodem en in het water. Wanneer CO₂ oplost in water, kan het reageren om koolzuur te vormen, dat door verdere reacties vervolgens bicarbonaat en carbonaat kan worden. Deze reactie kan ook omgekeerd verlopen, wat betekent dat hoge niveaus van bicarbonaat en carbonaat kunnen fungeren als reservepools van CO₂ , emissies veroorzaken. Dit hele saldo van CO₂ , water en carbonaat wordt 'carbonaatbuffering' genoemd, en de carbonaatreserves kunnen als broeikasgas door stroomsystemen worden uitgestoten.

Winnick en Saccardi ontdekten zelfs dat deze verborgen poel verantwoordelijk kan zijn voor meer dan 60% van de CO₂ emissies onder alkalische omstandigheden.

Er is nog een andere truc die carbonaatbuffering in petto heeft. In het tijdperk van de opwarming van de aarde is het van cruciaal belang om te weten hoeveel koolstof er in totaal wordt uitgestoten en waar deze koolstof vandaan komt. “Hoewel we niet denken dat stroomemissies bijdragen aan de opwarming van de aarde, bestaat er een grote vraag of deze emissies zullen veranderen naarmate het klimaat warmer wordt, wat de opwarming in de toekomst zou kunnen versterken. Om veranderingen te voorspellen, moeten we weten waar de CO₂ vandaan komt", zegt Winnick.

Maar uitzoeken welk molecuul CO₂ uit welke bron kwam, is geen eenvoudige taak. Om koolstof te traceren, vooral koolstof die wordt uitgestoten door watermassa's, gebruiken wetenschappers vaak koolstofisotopen, of versies van koolstof met verschillende massa's, die fungeren als een soort forensische handtekening die de oorsprong van de koolstof kan aangeven.

Winnick en Saccardi ontdekten echter dat isotoopsignalen in stromen zeer gevoelig zijn voor carbonaatbufferreacties. "De belangrijkste manier waarop we isotopen gebruiken om bronnen te traceren is via hun relatie met CO₂ concentraties, maar carbonaatbuffering zorgt ervoor dat deze relaties kapot gaan", zegt Winnick. Deze afbraak kan wijzen op de verkeerde koolstofveroorzaker als er niet goed rekening mee wordt gehouden.

Eén manier om rekening te houden met carbonaatbuffering is het meten van meerdere isotopen van koolstof, suggereert de nieuwe studie. Wetenschappers concentreren zich doorgaans alleen op één van de twee tracerisotopen, vanwege de hoge kosten van het analyseren van beide, maar het team heeft ontdekt dat het volgen van de oorsprong van beide isotopen kan helpen de verborgen bronnen van CO₂ te ontmaskeren. .

Meer informatie: Matthew J. Winnick et al., Impact van carbonaatbuffering op het atmosferische evenwicht van CO2, δ13CDIC en Δ14CDIC in rivieren en beken, Global Biogeochemical Cycles (2024). DOI:10.1029/2023GB007860

Aangeboden door Universiteit van Massachusetts Amherst