Nieuwe studie laat belangrijke rol zien van de biologische recycling van kalkmineralen in oceanen

Ecosysteem oceaan speelt sleutelrol in verwijderen CO2

Overal in de oceaan is een klein, maar belangrijk mineraal te vinden: calciumcarbonaat. Het mineraal vormt de belangrijkste bouwsteen voor schelpen, koralen en plankton. Wanneer calciumcarbonaat in oceaanwater oplost is het effect te vergelijken met dat van een maagzuurremmer: het verwijdert koolstofdioxidegas (CO2) uit het water, wat ook de impact van de CO2-uitstoot door menselijke activiteiten verkleint. In een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Geoscience laten onderzoekers Olivier Sulpis en Jack Middelburg zien dat calciumcarbonaat vooral in twee gebieden in de oceaan oplost: in de bovenste laag van de oceaan als gevolg van biologische recycling – of op de oceaanbodem, nadat de mineralen vele kilometers naar beneden zijn gezonken. De wetenschappers onderstrepen in hun artikel dat deze belangrijke en kwetsbare rol van het ecosysteem van de oceaan door menselijke activiteiten en klimaatverandering verstoord kan worden.

Olivier Sulpis, hoofdauteur van het artikel en verbonden aan klimaatonderzoeksprogramma NESSC, benadrukt de belangrijke rol van calciumcarbonaat mineralen in de oceaan. “Je vindt deze mineralen in allerlei organismen die in de oceaan leven: in schelpen op het strand, in microscopisch klein plankton, en ze worden zelfs in vismagen geproduceerd. Maar nadat deze organismen sterven, zinken de mineralen naar de oceaanbodem. Er kunnen dan twee dingen gebeuren: de mineralen lossen op in het water tijdens het zinken – of, als ze de bodem bereiken, maken ze deel uit van de oceaanbodem. Ook dan zijn ze voor ons nuttig, omdat we kalkstenen winnen uit oude zeebodems waarmee we mooie kastelen en huizen kunnen bouwen.”

Ecosysteem

Voor hun onderzoek richtten de wetenschappers, samen met collega’s van NORCE en het Bjerknes Centre for Climate Research in Bergen (Noorwegen) en de Universiteit van Bern (Zwitserland), zich op twee vragen; hoeveel calciumcarbonaat bevindt zich er nou grofweg in de oceaan, en waar in de oceaan lost het mineraal op? Sulpis: “De oceaan is enorm groot en kilometers diep. Ons onderzoek laat zien dat calciumcarbonaat vooral in de bovenste laag van de oceaan oplost, met name in de eerste kilometer van de waterkolom. Dit is geen chemische reactie, maar wordt veroorzaakt door vele biologische processen van allerlei verschillende organismen. Zo eten microben bijvoorbeeld organisch materiaal en produceren daarbij CO2 dat direct weer wordt gebruikt om calciumcarbonaatmineralen op te lossen. Het is deel van een natuurlijke kringloop op microscopische schaal. Alleen: meer CO2 in de atmosfeer zal deze processen waarschijnlijk gaan beïnvloeden.”

Overview figure of calcium carbonate flux from the surface ocean, the calcium carbonate flux reaching the seafloor and the calcium carbonate buried in sediments.
Overzichtsfiguur van de geschatte hoeveelheid van calciumcarbonaat in de bovenste regio van de oceaan, de hoeveelheid die de oceaanbodem bereikt, en de hoeveelheid die uiteindelijk in de bodem wordt begraven. Bron: Sulpis et al. 2021

Verder zagen de wetenschappers dat er vooral veel calciumcarbonaat oplost in bepaalde gebieden van de oceaan: in de subtropische gyres, enorme ringvormige zeestromingen in de oceanen. “In deze gebieden tref je veel eencellige algen, zogenaamde coccolithoforen, die plaatjes van calciumcarbonaat bouwen als op elkaar gestapelde schilden. Deze organismen zijn klein en heel licht; na hun overlijden kan het weken, zelfs maanden, duren voordat ze de bodem van de oceaan bereiken. Dat betekent dat er een grote kans is dat hun mineralen oplossen tijdens de tocht naar de bodem,” legt Sulpis uit.

Gevolgen voorspellen

Omdat het oplossen van calciumcarbonaat als een maagzuurremmer werkt voor oceaanecosystemen, is het van belang te weten of toenemende CO2-concentraties en warmer wordend zeewater invloed op dit proces kunnen gaan hebben. Mariene ecosystemen ondervinden nu al gevolgen van menselijke activiteiten zoals vervuiling en overbevissing. “Het is nooit gemakkelijk om voorspellingen te maken wanneer levende organismen een rol spelen,” voegt Sulpis toe. Wel is bekend dat kalkschelpen moelijker vormen bij meer CO2 in het zeewater, en juist gemakkelijker weer oplossen. “Het kan tientallen jaren duren voordat we deze processen zien veranderen, en we hebben de oceanen gewoon nog niet zo lang op dit gedetailleerde onderwerp bestudeerd. Maar, algemeen gesproken, het is nooit een goed idee om een natuurlijk ecosysteem te veranderen al je van te voren niet weet hoe het zal gaan reageren.”

Publicatie

Sulpis, O., Jeansson, E., Dinauer, A., Lauvset, S. K., Middelburg, J. J., 2021. Calcium carbonate dissolution patterns in the ocean. Nature Geoscience, https://doi.org/10.1038/s41561-021-00743-y