Hoe zwavel de koolstofcyclus van subtropische zeegrasweiden beïnvloedt: Nieuwe ontdekkingen uit Florida Bay

Seagrass Meadows Cruciaal voor Klimaatbescherming

Zeewierbedden spelen een belangrijke rol in de bescherming van het klimaat dankzij hun potentieel voor langdurige koolstofopslag. Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van het Leibniz Instituut voor Oostze onderzoek Warnemünde (IOW) heeft nu aangetoond dat zeewierbedden een grotere invloed hebben op de koolstof- en zwavelcyclus in subtropische kustgebieden dan eerder werd gedacht.

Een bijzonder interessant aspect is de belangrijke rol van zwavel, dat organische koolstof stabiliseert, ongeacht of deze is opgeslagen in de kalkhoudende sedimenten van subtropische zeewierbedden of in opgeloste vorm blijft. De resultaten van de studie zijn onlangs gepubliceerd in Communications Earth & Environment.

Zeewierecosystemen zijn bijzonder waardevol omdat ze onderdak en voedsel bieden voor een brede diversiteit aan mariene soorten en fungeren als natuurlijke golfbrekers die de kustafslag verminderen. Bovendien slaan ze zogenaamde “blauwe koolstof” op—koolstof die langdurig in de oceaan en in kustecosystemen gevangen blijft en daardoor geen klimaatveranderende effecten heeft zoals koolstofdioxide (CO2). Zeewier slaat niet alleen koolstof op via fotosynthese in zijn plantcomponenten, maar begraaft ook het organische materiaal van andere organismen die zich ophopen in de dichte plantbedekking in zijn wortelsedimenten.

Hoe Werken Subtropische Zeewierbedden?

“Het is al enige tijd bekend dat niet alle zeewierbedden op dezelfde manier functioneren als het gaat om koolstofopslag. Vooral tropische en subtropische zeewierbedden kunnen soms meer koolstof vrijgeven dan ze opslaan,” zegt Mary Zeller, mariene chemicus en hoofdauteur van de nieuwe studie over de koolstofcyclus van zeewier. “Aangezien zeewierbedden vooral wijdverspreid zijn in warme oceaangebieden, wilden we de processen die hun koolstofbalans bepalen goed bestuderen. Alleen zo kunnen we hun potentieel voor klimaatbescherming correct inschatten,” voegt ze toe.

Zeller en haar Duits-Amerikaanse onderzoeksteam richtten zich op subtropische zeewierbedden in Florida Bay, in het zuiden van de Verenigde Staten. Om te begrijpen of en hoe organisch materiaal—en dus koolstof—uit de sedimenten in de waterkolom wordt vrijgegeven, combineerden ze geavanceerde geochemische en moleculaire methoden om sedimenten, poriewater en het omringende water te analyseren.

De betrokken IOW-onderzoekers Zeller en Michael Böttcher concentreerden zich op het analyseren van verschillende stabiele isotopen als biogeochemische markers om de complexe materietransformatieprocessen te begrijpen. Ook gebruikten ze een speciale methode van hoge-resolutie massaspectrometrie, waarmee de moleculaire formule van individuele molecuultypen in complexe mengsels van organische moleculen kan worden bepaald.

Verbinding Tussen Zwavel- en Koolstofcycli

De onderzoekers ontdekten dat bijna 10% van alle organische materie in de onderzochte zeewierbedden is gebonden aan hun kalkhoudende sedimenten. Dit type sediment is kenmerkend voor tropische en subtropische zeewierecosystemen, omdat de metabolische processen van de zeewierplanten in de warme omgeving het in zeewater opgeloste carbonaat omzetten in kalk die zich ophoopt in het wortelgebied. Wanneer deze sedimenten uiteenvallen, kunnen de gebonden organische stoffen oplossen en in de waterkolom terechtkomen, waardoor ze mogelijk opnieuw beschikbaar komen voor de mariene koolstofcyclus.

“We hebben voor het eerst direct bewijs kunnen leveren dat zeewiersedimenten daadwerkelijk organische koolstof vrijgeven. Vooral onze moleculaire analyses hebben aangetoond dat de opgeloste organische moleculen in het omringende water voor 97% overeenkomen in structuur en samenstelling met het kalkgebonden organische materiaal in de sedimenten,” legt Zeller uit.

Een cruciale rol bij het mobiliseren van organische stoffen uit de sedimenten wordt gespeeld door de zwavelchemie in de zeebodem, die de zeewierbedden stimuleert als een soort biokatalysator: hun wortels transporteren actief zuurstof in het sediment, wat de oxidatie van zwavelverbindingen door micro-organismen vergemakkelijkt. Dit produceert zuur, waardoor de kalkhoudende sedimenten bij de zeewierwortels gedeeltelijk uiteenvallen, wat leidt tot de vrijgave van eerder gebonden organisch materiaal.

Bovendien produceren deze microbiële processen zeer stabiele organische zwavelverbindingen die grotendeels resistent zijn tegen biologische afbraak en degradatie door UV-straling van zonlicht.

Verbeterde Modellering van het Klimaatbeschermingspotentieel van Zeewier

“Het feit dat de sedimentaire en opgeloste koolstofvoorraden in zeewierbedden zo nauw met elkaar verbonden zijn, was voorheen onbekend en werd daarom niet adequaat meegenomen in klimaatmodellen,” merkt Zeller op over de resultaten van de studie. “In dit verband is het ook belangrijk dat hoewel de organische zwavel die in zeewierbedden wordt geproduceerd meestal in opgeloste in plaats van in deeltjesvorm voorkomt, het blijkbaar nog steeds een zeer langlevend koolstofreservoir is dat niet gemakkelijk kan worden omgezet in klimaatactieve CO2,” voegt Zeller eraan toe.

Volgens de mariene chemicus kan de studie helpen de modellering van het “blauwe koolstof” opslagpotentieel van de wijdverspreide tropische en subtropische zeewierbedden te verbeteren. “Echter, verder onderzoek is nodig om te verduidelijken of de hier gevonden mechanismen universeel zijn—dat wil zeggen, of ze ook van toepassing zijn op andere ecosystemen met vergelijkbare rhizosfeerprocessen, zoals mangroven. Ook moet worden verduidelijkt of en welke impact milieuwijzigingen zoals klimaatverandering op deze processen hebben,” concludeert Zeller.