Stijgende Temperaturen Leiden Tot Hogere Methaanemissies Van Wetlands Door Microben

Het SMARTX-experiment, waarin wetenschappers de temperaturen in een moeras verhogen om een warmer klimaat na te bootsen, tijdens een overstroming.

Stijgende temperaturen kunnen de balans verstoren in een ondergrondse strijd die al millennia woedt. In de bodems van de wetlands op aarde strijden microben om zowel de krachtige broeikasgas methaan te produceren als te consumeren. Maar als de aarde te heet wordt, kan een cruciale manier waarop wetlands methaan onder controle houden, in gevaar komen, volgens een studie van het Smithsonian, gepubliceerd in Science Advances.

Methaan is verantwoordelijk voor ongeveer 19% van de wereldwijde opwarming, aldus de National Oceanographic and Atmospheric Administration. Terwijl wetlands uitstekende verwijderaars zijn van kooldioxide (CO2)—het meer voorkomende broeikasgas—zijn ze ook de grootste natuurlijke bron van methaan ter wereld. Nu landen doelen stellen om de methaanemissies van menselijke activiteiten te verlagen, is het essentieel om te begrijpen hoeveel methaan wetlands van nature uitstoten en hoeveel meer ze in de toekomst zouden kunnen uitstoten.

“Als er een grote hoeveelheid methaanemissies uit wetlands komt en we weten daar niets van, dan zal ons koolstofreductiedoel voor het verminderen van klimaatverandering in de toekomst niet haalbaar zijn,” zei hoofdauteur Jaehyun Lee. Lee, die nu werkt bij het Korea Institute of Science and Technology, voerde de studie uit terwijl hij postdoctoraal onderzoeker was aan het Smithsonian Environmental Research Center.

Microbiële strijd

In de bodems van wetlands zijn twee soorten microben in competitie verwikkeld. Sommige microben produceren methaan, een broeikasgas dat tot 45 keer sterker is dan CO2. Andere microben consumeren dat methaan en gebruiken zuurstof om het om te zetten in minder schadelijke CO2. Die eenvoudige transformatie is een van de krachtigste manieren van de natuur om de uitstoot van broeikasgassen in toom te houden.

De nieuwe studie richtte zich op een klasse microben die bekend staat als anaëroob. Anaërobe microben leven in gebieden zonder vrije zuurstof—zones die vrij gebruikelijk zijn in overstroomde wetlands. Lange tijd werden ze als de underdogs in de methaanoorlogen beschouwd. Zonder vrije zuurstof dachten wetenschappers dat deze microben niet in staat waren om methaan te consumeren. Toen wetenschappers eindelijk ontdekten dat ze dat wel konden (door zuurstof uit nabijgelegen sulfaatmoleculen te trekken), dachten ze nog steeds dat het een kleine, achtergrondeffect was vergeleken met de microben in zuurstofrijke delen van de wetlands.

“Men dacht dat het anaërobe methaanconsumptieproces te traag zou zijn om een significante hoeveelheid methaan te verwijderen,” zei Lee.

Maar zoals Lee opmerkte, vindt de meeste methaanproductie plaats in deze zuurstofarme omgevingen. Dit betekent in wezen dat anaërobe microben aan de frontlinie staan. En ze doen hun best. In het Smithsonian-moeras waar Lee werkte, kunnen anaërobe microben tot 12% van het methaan verwijderen—veel minder dan hun zuurstofminnende tegenhangers, maar meer dan wetenschappers eerder hadden vermoed. En in zoutere, sulfaatrijke gebieden kunnen anaërobe microben tot 70% van het methaan verwijderen dat in zuurstofarme bodems wordt geproduceerd.

De situatie veranderde echter toen wetenschappers de temperatuur verhoogden.

Een versnelde klimaatexperiment

In de nieuwe studie simuleerde het team een warmer toekomstscenario met behulp van een experiment op een moeras bij het Smithsonian Environmental Research Center (SERC) in Maryland. Het experiment staat bekend als “SMARTX” (afkorting voor “Salt Marsh Accretion Response to Temperature eXperiment”). Wetenschappers verhoogden de temperatuur met 5,1 graden Celsius in bepaalde delen van het moeras door rijen infraroodlampen en ondergrondse kabels te activeren. In sommige percelen verhoogde het team ook de CO2 om een realistischere toekomst te creëren.

“Je zult nooit een warmer klimaat krijgen zonder ook hogere CO2-niveaus in de atmosfeer… Wat SMARTX doet, is proberen dat warmere klimaat na te bootsen, met zowel bovengrondse als ondergrondse verwarming,” zei Genevieve Noyce, een co-auteur en senior wetenschapper bij SERC. “Omdat dat niet onafhankelijk van CO2 zal gebeuren, combineren we het ook met CO2, zodat we een echte toekomst hebben die beide bevat.”

Methaanemissies stegen alleen al onder hogere temperaturen. Dit was niet omdat de nuttige microben weaker werden. Warme bodems stimuleerden hen om nog meer methaan te verwijderen dan voorheen. Hun concurrenten—de microben die methaan produceren—werden echter ook actiever. En in een warmer klimaat konden de methaanverwijderende microben niet gelijke tred houden.

Hoeveel methaanemissies stegen, hing af van de planten. In gebieden die gedomineerd werden door dikke zegge, stegen de methaanemissies bijna vier keer zo hoog. Maar waar kleinere grassen de overhand hadden, nam de methaanemissie slechts 1,5 keer toe.

Ironisch genoeg verminderde hogere CO2 de impact—maar niet genoeg om deze te compenseren. Methaanemissies in de zeggepercelen stegen tot slechts het dubbele van de normale niveaus, in plaats van bijna vier keer, toen wetenschappers hogere temperaturen en hogere CO2 samen testten.

De onderzoekers vermoeden dat dit komt omdat CO2 planten aanzet tot het ontwikkelen van grotere wortels. Wortels injecteren meer zuurstof in de bodem, waardoor er nog meer zuurstofrijke sulfaatverbindingen ontstaan voor de microben om te gebruiken.

“Verwarming zal een zeer grote invloed hebben op het verhogen van de methaanemissies,” zei Noyce. “Maar wanneer je verhoogde CO2 toevoegt, helpt dat om het weer iets omlaag te brengen.”

Dit patroon geldt voor microben in het hele moeras. In 2021 ontdekte het team dat microben in zuurstofrijke bodems zich hetzelfde gedragen als de zuurstofarme microben in deze studie. Wanneer de omgeving opwarmt, blijven de microben die methaan verwijderen verder achter bij hun methaanproducerende neven.

Het behoud van wetlands blijft een cruciaal onderdeel van de bescherming van de wereld tegen klimaatverandering, aldus de auteurs. Ze zijn levensreddende buffers tegen orkanen en extreme weersomstandigheden. En ondanks het methaanprobleem zijn wetlands uitstekend in het opslaan van opwarmend koolstof in andere vormen. Een hectare kustmoeras kan meer koolstof opslaan dan een hectare tropisch regenwoud.

“Er is grote waarde in het beschermen en herstellen van kustwetlands ten behoeve van het klimaat, vooral als we de vele ecosysteemdiensten overwegen die ze aan mensen bieden,” zei Pat Megonigal, de hoofdauteur en adjunct-directeur van onderzoek bij SERC.

Maar om voor de toekomst te plannen, moeten beleidsmakers weten hoeveel methaan wetlands in de komende decennia zullen uitstoten. Aan het eind van de dag, zei Lee, gaat klimaatverandering niet alleen over hogere temperaturen. Het gaat ook over de onzichtbare activiteiten die de balans van broeikasgassen kunnen beïnvloeden.

“We moeten ook overwegen hoe klimaatverandering deze delicate microbiële processen, zoals methaanoxidatie en methaanproductie, zal beïnvloeden,” zei hij.