Hoe mariene hittegolven de voedselwebben in de oceaan beïnvloeden en het transport van koolstof in de diepe zee vertragen

Nieuwe studie onthult impact van mariene hittegolven op oceaanvoedselwebben

Onderzoek toont aan dat mariene hittegolven oceaanvoedselwebben kunnen herstructureren, wat de transport van koolstof naar de diepzee kan vertragen en de capaciteit van de oceaan kan belemmeren om te functioneren als buffer tegen klimaatverandering.

De studie, gepubliceerd in Nature Communications, werd uitgevoerd door een interdisciplinair team van onderzoekers van MBARI, de Universiteit van Miami, het Hakai Instituut, de Xiamen Universiteit, de Universiteit van British Columbia, de Universiteit van Zuid-Denemarken, en Fisheries and Oceans Canada.

Om de effecten van mariene hittegolven op oceaanvoedselwebben en koolstofstromen te onderzoeken, heeft het onderzoeksteam meerdere datasets gecombineerd die biologische omstandigheden in de waterkolom in de Golf van Alaska gedurende meer dan tien jaar volgden. Deze regio heeft tijdens deze periode twee opeenvolgende mariene hittegolven ervaren, een van 2013 tot 2015, bekend als “The Blob”, en een andere van 2019 tot 2020.

Volgens de hoofdauteur, Mariana Bif, was het doel van deze studie om te achterhalen hoe mariene hittegolven de microscopische organismen beïnvloedden die de basis van het oceaanvoedselweb vormen, zoals bacteriën en plankton. “We wilden onderzoeken of deze effecten verband hielden met de hoeveelheid koolstof die werd geproduceerd en geëxporteerd naar de diepzee,” voegde ze toe.

Het onderzoeksteam gebruikte gegevens verzameld door het Global Ocean Biogeochemical (GO-BGC) Array, een samenwerkingsinitiatief dat gebruik maakt van robotische floats om de gezondheid van de oceaan te monitoren. Het GO-BGC-project heeft honderden autonome biogeochemische Argo (BGC-Argo) floats ingezet, die oceaancondities zoals temperatuur, zoutgehalte, nitraat, zuurstof, chlorofyl en organisch koolstofdeeltjes (POC) elke vijf tot tien dagen meten.

De studie vond dat mariene hittegolven inderdaad invloed hadden op de basis van het oceaanvoedselweb en dat deze invloeden verband hielden met veranderingen in de manier waarop koolstof in de waterkolom werd gecycled. Echter, de veranderingen die zich in het voedselweb voordeden, waren niet consistent tussen de twee hittegolven.

Onder typische omstandigheden zetten plantachtige fytoplankton kooldioxide om in organisch materiaal, wat de basis vormt van het oceaanvoedselweb. Wanneer ze worden gegeten door grotere dieren en als afval worden uitgescheiden, veranderen ze in organische koolstofdeeltjes die van het oppervlak naar de diepzee zinken. Dit proces slaat atmosferische koolstof duizenden jaren op in de oceaan.

Tijdens de hittegolf van 2013-2015 was de koolstofproductie aan het oppervlak door fotosynthetische plankton hoog in het tweede jaar, maar in plaats van snel naar de diepzee te zinken, stapelden kleine koolstofdeeltjes zich ongeveer 200 meter onder water op. Tijdens de hittegolf van 2019-2020 was er een recordopstapeling van koolstofdeeltjes aan het oppervlak in het eerste jaar, wat niet alleen kon worden toegeschreven aan de koolstofproductie door fytoplankton. Deze opstapeling was waarschijnlijk te wijten aan het recyclen van koolstof door mariene organismen en de ophoping van detritusafval.

De verschillen in koolstoftransport tussen de twee hittegolven werden toegeschreven aan veranderingen in de fytoplanktonpopulaties. Deze veranderingen hadden cascaderende effecten door het voedselweb, wat leidde tot een toename van kleine graasdieren die geen snel zinkend afval produceren. Hierdoor werd koolstof vastgehouden en gerecycled aan het oppervlak en in de bovenste twilight zone in plaats van naar diepere diepten te zinken.

Bif concludeerde dat de twee grote mariene hittegolven de planktoncommunities hebben veranderd en de biologische koolstofpomp van de oceaan hebben verstoord. “De transportband die koolstof van het oppervlak naar de diepzee vervoert, is vastgelopen, waardoor de kans toeneemt dat koolstof terugkeert naar de atmosfeer in plaats van diep in de oceaan te worden opgeslagen,” zei ze.

Dit onderzoek toonde aan dat niet alle mariene hittegolven hetzelfde zijn. Verschillende planktonafstammingen stijgen en dalen tijdens deze opwarmingsgebeurtenissen, wat de noodzaak onderstreept van langdurige, gecoördineerde monitoring van de biologische en chemische omstandigheden in de oceaan om de diverse en uitgebreide ecologische effecten van mariene hittegolven nauwkeurig te modelleren.

Volgens MBARI Senior Scientist Ken Johnson, de hoofdauteur van het GO-BGC-project, is het essentieel om observatiegegevens te verzamelen vóór, tijdens en na een hittegolf om te begrijpen hoe deze de mariene ecosystemen en oceaanprocessen beïnvloeden. “Dit onderzoek is een uitstekend voorbeeld van hoe samenwerking ons kan helpen belangrijke vragen over de gezondheid van de oceaan te beantwoorden,” merkte hij op.

Observaties en modellen suggereren dat mariene hittegolven in omvang zijn toegenomen en in intensiteit zijn versterkt in de afgelopen decennia. De oceaan absorbeert een kwart van de jaarlijks uitgezonden kooldioxide, dankzij de constante stroom van koolstofdeeltjes die van het oppervlak naar de diepzee zinken. Een warmere oceaan kan betekenen dat er minder koolstof wordt vastgehouden, wat op zijn beurt de klimaatverandering kan versnellen.

Bovendien hebben de veranderingen in het koolstoftransport en de verschuivingen in plankton aan de basis van het oceaanvoedselweb cascaderende effecten op het mariene leven en de menselijke industrie. “Klimaatverandering draagt bij aan frequentere en intensere mariene hittegolven, wat de noodzaak benadrukt van langdurige oceaanmonitoring om te begrijpen en te voorspellen hoe toekomstige mariene hittegolven ecosystemen, visserijen en het klimaat zullen beïnvloeden,” voegde Bif eraan toe.