Grondwater in het Arctisch gebied levert meer koolstof aan de oceaan dan eerder gedacht

Een relatief kleine hoeveelheid grondwater die door de toendra van Alaska sijpelt, geeft enorme hoeveelheden koolstof vrij aan de oceaan, wat kan bijdragen aan de klimaatverandering, volgens nieuw onderzoek van de Universiteit van Texas in Austin.

Onderzoekers hebben ontdekt dat, hoewel het grondwater slechts een fractie uitmaakt van het water dat naar de zee wordt afgevoerd, het naar schatting 230 ton organische koolstof per dag vrijgeeft langs de bijna 2.000 kilometer lange kustlijn van de Beaufortzee in de zomer. Deze hoeveelheid koolstof is vergelijkbaar met wat vrij stromende rivieren in het gebied in de zomermaanden uitstoten.

“Deze studie toont aan dat er enorme hoeveelheden organische koolstof en kooldioxide worden vrijgegeven via de afvoer van vers grondwater in de zomer,” zegt Cansu Demir, die het onderzoek leidde terwijl ze haar doctoraat aan de UT Jackson School of Geosciences voltooide. Ze is nu een postdoctoraal onderzoeker aan het Los Alamos National Laboratory.

Het onderzoek is gepubliceerd in Geophysical Research Letters. Terwijl de toendra blijft ontdooien en de stroom van onderwatergrondwater toeneemt, zei Demir dat de afvoer van koolstof van de kust naar de zee de oceaanoppervlaktewateren effectief tot een koolstofbron voor de atmosfeer kan maken. De CO2 die via grondwater wordt vrijgegeven, kan ook bijdragen aan de verzuring van de oceaan.

De studie is de eerste die directe waarnemingen gebruikt om aan te tonen dat er zoet water wordt afgevoerd naar de onderwateromgeving van de oceaan waar de kust de zee ontmoet. Voor dit onderzoek werd gedacht dat de aanwezigheid van verse onderwatergrondwaterafvoer in dit gebied van de Arctische regio zeer beperkt was, aldus Demir.

De studie is ook de eerste die zoet water – dat kan bestaan uit regenwater, smeltwater, ontdooid ondiep grondijs en mogelijk wat ontdooid permafrost – isoleert van de totale grondwaterafvoer. Eerdere studies van grondwaterafvoer in de Arctis omvatten gerecirculeerd zoutwater dat vanuit de kust in de grond sijpelde.

Met behulp van directe waarnemingen, numerieke modellering, thermische en hydraulische technieken, ontdekten onderzoekers dat tijdens de zomer het verse grondwater dat de Beaufortzee ten noorden van Alaska binnenkomt gelijk is aan 3–7% van de totale afvoer van drie belangrijke rivieren in dat gebied. Dit volume water is verrassend hoog, volgens Demir, die zegt dat het vergelijkbaar is met de afvoer van vers grondwater in de gematigde gebieden van lagere breedtegraden. Hoewel het volume grondwater relatief klein is ten opzichte van de totale rivierafvoer, bevat het een vergelijkbare hoeveelheid koolstof.

“In die kleine hoeveelheid water draagt dat grondwater bijna dezelfde hoeveelheid organische koolstof en stikstof mee als rivieren,” voegde ze eraan toe.

Grondwater beweegt zich onder de oppervlakte door bodems en sedimenten naar de kust, waarbij het organisch materiaal, anorganisch materiaal en voedingsstoffen verzamelt tijdens zijn reis. Wanneer het in contact komt met permafrost, kan het bijzonder grote hoeveelheden koolstof opnemen. Permafrost is te vergelijken met een ondergrondse estuarium – het houdt grote hoeveelheden water en organisch materiaal vast. Wanneer het ijs smelt en deel gaat uitmaken van de grondwaterstroom, kan het een enorme hoeveelheid koolstof meebrengen.

“De Arctische kust verandert voor onze ogen,” zegt Bayani Cardenas, een mede-auteur van deze studie en professor aan de afdeling Aarde- en Planeetwetenschappen van de Jackson School. “Naarmate permafrost ontdooit, verandert het in kust- en onderwateraquifers. Zelfs zonder deze ontdooiing zijn onze studies een van de eerste die het bestaan van dergelijke aquifers direct aantonen.”

Naast het bijdragen aan de wereldwijde klimaatverandering, kan deze enorme instroom van koolstof en stikstof grote gevolgen hebben voor de Arctische kustecologie, aldus Demir. Bijvoorbeeld, de verzuring van de oceaan kan leiden tot een verhoogde kwetsbaarheid van sommige organismen die op en onder de zeebodem leven, zoals schaaldieren, schelpen en slakken.

Als permafrost blijft ontdooien door de klimaatverandering, zal de hoeveelheid zoet water die ondergronds naar de zee stroomt mogelijk toenemen, waardoor er nog meer broeikasgassen in de kustwateren terechtkomen.