Klimaatverandering riskeert op hol geslagen algengroei

Versnelde recycling van fosfaat leidt tot zuurstofloze oceaan

afbeelding van massale algengroei in de Oostzee zichtbaar vanuit de ruimte.
Massale algengroei in de Oostzee zichtbaar vanuit de ruimte. Foto: ESA / Copernicus

Nieuw onderzoek laat zien hoe algenbloei in de oceanen op hol kan slaan. Klimaat-wetenschappers aan de Universiteit Utrecht ontdekten dat tijdens perioden van grote klimaatverandering de voedingsstof fosfaat nauwelijks meer in de zeebodem werd begraven. Dit wakkerde een enorme algengroei in de oceaan aan waardoor grote delen van de oceaan zuurstofloos en onleefbaar werden. De wetenschappers benadrukken dat zoiets opnieuw kan gebeuren. Het artikel is gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Science Advances.

Miljoenen jaren geleden, toen er nog meer broeikasgassen in de atmosfeer zaten dan vandaag, waren de oceanen warmer en zuurder. Grote gebieden van de oceanen waren bovendien zuurstofloos: door een explosieve groei van algen, gevolgd door grootschalige rotting, verdween massaal zuurstof uit het zeewater. Deze delen van de oceaan werden hierdoor praktisch onleefbaar. Ook vandaag de dag zijn er gebieden in de oceaan waar het zuurstofgehalte van het water zo sterk daalt dat vissen en veel ander zeeleven er niet meer kunnen leven. Deze zogeheten ‘dode zones’ worden wereldwijd waargenomen, bijvoorbeeld in de Oostzee of in de Golf van Mexico.

Voedingsstoffen

Voedingstoffen, zoals stikstof en fosfaat, stimuleren de groei van planten op het land. In zeewater geven deze voedingstoffen een groeistoot aan algen. Spectaculaire, maar soms ook schadelijke, algengroei is vervolgens het resultaat wat kan leiden tot het vormen, of vergroten, van dode zones. Ook klimaatverandering en het opwarmen van de oceanen spelen hierin een rol. Onderzoekers aan de Universiteit Utrecht wilden daarom weten welke invloed klimaatverandering heeft op de vorming van dode zones. De wetenschappers bestudeerden verschillende chemische en biologische indicatoren uit miljoenen jaren oude zeebodems, afkomstig uit perioden toen de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer veel hoger was dan vandaag.

Apatietmineralen

De onderzoekers waren vooral nieuwsgierig om te ontdekken of de beschikbaarheid van fosfaat, een belangrijke voedingsstof voor algengroei, in deze warmere oceanen anders was. Ze keken daarom naar het hergebruik (recycling) van fosfaat, en hier vonden ze iets opvallends: fosfaat werd in warme oceanen veel efficiënter hergebruikt. Veel minder fosfaat dan verwacht belandde in de oceaanbodem. Fosfaat kon dus steeds weer terugkeren naar het oceaanwater om algengroei te bevorderen.

Nina Papadomanolaki, de hoofdauteur van het nieuwe onderzoek, legt uit: “Wanneer algenresten op de zeebodem worden afgebroken wordt veel fosfaat normaliter vastgelegd in een mineraal, apatiet, en vervolgens begraven in de bodem. Eenmaal begraven kan fosfaat niet meer bijdragen aan algengroei in de oceaan. Maar tijdens periodes waarin de oceaan niet alleen zuurstofloos maar ook warmer en zuurder was, vormden zich bijna geen apatietkristallen meer in de bodem. Het gevolg was dat de fosfaatmoleculen uit de dode algen sneller werden gerecycled.”

Deze zichzelf versterkende cyclus, waarbij fosfaat steeds opnieuw voor algengroei beschikbaar kwam, leidde tot meer zuurstofverlies in de oceanen en een toename van dode zones in de oceaan.

Negatieve gevolgen

Wat de bepalende factor was die de vorming van de apatietmineralen tot stilstand bracht is nog niet precies duidelijk. Desondanks hebben de bevindingen van de onderzoekers belangrijke implicaties voor de gevolgen van de huidige klimaatverandering. Papadomanolaki: “Dit onderzoek heeft belangrijke gevolgen voor onze kennis over de chemie en biologie van de oceaan, zowel in het verleden als in de toekomst. Er is een risico dat de huidige toename van CO2  concentraties in de atmosfeer het hergebruik van voedingsstoffen in de oceaan zal versnellen, met meer zuurstofverlies en andere negatieve gevolgen voor het leven in de oceaan tot gevolg.”

Artikel

Nina M. Papadomanolaki, Wytze K. Lenstra, Mariette Wolthers and Caroline P. Slomp. ' Enhanced phosphorus recycling during past oceanic anoxia amplified by low rates of apatite authigenesis'. Science Advances, 2022

Over het NESSC

Het onderzoek is uitgevoerd onder auspiciën van het Netherlands Earth System Science Centre (NESSC), een virtueel onderzoekscentrum met toponderzoekers verbonden aan vijf Nederlandse instituten: de Universiteit Utrecht, het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), de Radboud Universiteit Nijmegen, de Vrije Universiteit en Wageningen Universiteit. Vooraanstaande wetenschappers met achtergronden in natuurkunde, aardwetenschappen, biologie, ecologie en wiskunde bundelen binnen NESSC hun krachten voor een multidisciplinaire aanpak gericht op het ontwikkelen van nieuwe meetmethodes, het reconstrueren van het klimaat in het geologisch verleden en het doorgronden van de werking van klimaatmechanismen.