Vijfhonderdduizend jaar fossiele gegevens onthullen de impact van klimaatverandering op diepzeecosystemen

Deze foto legt de majestueuze schoonheid van de Zuidelijke Oceaan vast, een essentieel onderdeel van het wereldwijde klimaatsysteem en een hotspot voor diepzeebiodiversiteit. Walvissen die gracieus door het beeld zwemmen, zijn een krachtig symbool van het rijke en levendige leven dat in deze wateren gedijt.

Klimaatverandering heeft niet alleen invloed op het leven op het land, maar ook op het grotendeels onontdekte diepzeecosysteem, dat de thuisbasis is van unieke en nog grotendeels onbekende fauna. Diepzee-organismen, die zich hebben aangepast aan stabiele en extreme omgevingen, zijn bijzonder kwetsbaar voor veranderingen in temperatuur en voedselbeschikbaarheid. Dit roept een cruciale vraag op: welke milieufactoren zijn het belangrijkst voor diepzeecosystemen en hoe kunnen deze verstoord worden?

De diepzee blijft een van de minst begrepen ecosystemen op aarde. De voortdurende door de mens veroorzaakte klimaatverandering, evenals geo-engineeringtechnologieën die bedoeld zijn om de effecten ervan te mitigeren, kunnen deze habitats in de komende decennia drastisch veranderen. Echter, het begrijpen van deze potentiële effecten is uitdagend omdat biologisch onderzoek meestal gericht is op kortetermijnveranderingen, die niet de langetermijnmilieu-impulsen vastleggen die diepzeecosystemen vormgeven.

Om deze uitdaging aan te gaan, wenden onderzoekers zich tot het fossielenarchief van de diepzee, dat een unieke kijk biedt op hoe diepzeecosystemen en hun fauna hebben gereageerd op milieuveranderingen over honderden duizenden jaren. Een studie, mede geleid door professor Moriaki Yasuhara en mevrouw Raine Chong van de School of Biological Sciences, het Swire Institute of Marine Science, en het Institute for Climate and Carbon Neutrality aan de Universiteit van Hong Kong (HKU), evenals Dr. May Huang van de afdeling Geowetenschappen van Princeton University, heeft inzicht gegeven in hoe het diepzeecosysteem in de Zuidelijke Oceaan zich de afgelopen 500.000 jaar heeft ontwikkeld.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology, onthult dat temperatuurveranderingen en voedselinvoer verschillende rollen hebben gespeeld in het vormgeven van diepzeecosystemen. De temperatuur in de diepzee is stabiel, met slechts kleine veranderingen zelfs over lange tijdschalen. Ondanks deze stabiliteit zijn diepzeorganismen sterk aangepast aan dergelijke stabiele omgevingen, waardoor ze bijzonder gevoelig zijn voor zelfs kleine temperatuurfluctuaties.

In tegenstelling tot oppervlaktewater ontbreekt het in de diepzee aan primaire productie door het ontbreken van zonlicht, wat de groei van fytoplankton en fotosynthese verhindert. In plaats daarvan zijn diepzeorganismen afhankelijk van voedsel dat van het oceaanoppervlak afdaalt, bekend als organisch materiaal of mariene sneeuw. Dit omvat dode plankton, een primaire voedselbron voor organismen die op de oceaanbodem leven.

De studie van het onderzoeksteam, dat empirische gegevens heeft gebruikt van diepzeefossielen die zijn geëxtraheerd uit sedimentkernen die 500.000 jaar beslaan, heeft duidelijk aangetoond dat temperatuur en voedselinvoer diepzeegemeenschappen aanzienlijk hebben gewijzigd over lange tijdschalen, waarbij elk verschillende soorten beïnvloedt.

Professor Yasuhara verklaarde: “Het is belangrijk om niet alleen fundamentele wetenschap te bevorderen door te begrijpen hoe ecosystemen op onze planeet functioneren, maar ook om de groeiende uitdagingen aan te pakken die door menselijk veroorzaakte klimaatverandering worden veroorzaakt.” Terwijl de wereldwijde bezorgdheid over de voortdurende door de mens veroorzaakte klimaatswarming en de toekomstige escalatie toeneemt, werken wetenschappers en ingenieurs hard om mitigatietechnologieën te ontwikkelen om klimaatverandering tegen te gaan.

Deze geo-engineeringtechnologieën, gezamenlijk aangeduid als oceaan-gebaseerde klimaatinterventie (OBCI), omvatten benaderingen zoals marine kooldioxideverwijdering (mCDR), die gericht zijn op het verminderen van toekomstige opwarming door koolstof of kooldioxide in diepzeesediment te plaatsen en op te slaan, waar ze stabiel blijven door de lage temperatuur en hoge druk.

Een prominent voorbeeld van mCDR is ijzerbemesting, een proces waarbij ijzer aan het oceaanoppervlak wordt toegevoegd om de primaire productie te verbeteren, wat resulteert in een verhoogde zinking van organische koolstof naar de diepzeebodem. Hoewel mCDR en OBCI technologisch geavanceerd en bijna klaar voor implementatie zijn, zijn ze nog niet op grote schaal toegepast. Een grote zorg is hoe deze technologieën diepzeecosystemen zullen beïnvloeden.

Yasuhara vervolgt: “De diepzee beslaat meer dan 40% van het oppervlak van onze planeet, en het ecosysteem is bekend als zeer kwetsbaar. De diepzee herbergt ook ontelbare soorten die nog niet zijn ontdekt. Ik zou zeggen dat de overgrote meerderheid van de soorten onbekend voor ons is.”

“Onze studie, die een fossielenarchief uit een diepzeesedimentkern van de afgelopen 500.000 jaar gebruikt, toont aan dat zowel temperatuur als voedselinvoer, aangedreven door veranderingen in natuurlijke ijzerbemesting door stofinvoer en de resulterende verbetering van de oppervlakteproductie, diepzeecosystemen op verschillende manieren aanzienlijk hebben veranderd.”

“Dit betekent dat we voorzichtig moeten zijn bij het nemen van beslissingen over dit belangrijke en delicate ecosysteem. Zorgvuldige milieu-impactbeoordelingen zijn nodig om op geval tot geval te evalueren of de door de mens veroorzaakte opwarming of mCDR, waarbij veranderingen in oppervlakteproductiviteit betrokken zijn, schadelijker is. Pas dan kunnen we een zorgvuldige en verstandige beslissing nemen over de voortzetting van mCDR.”

Professor Yasuhara merkte ook op dat de Zuidelijke Oceaan kan worden gezien als een “kanarie in de kolenmijn” omdat het een sleutelregio is in de wereldwijde oceaancirculatie en het klimaatsysteem. “Onze studie benadrukt de gevoeligheid van het diepzeecosysteem. Verhoogde biologische monitoringinspanningen in deze regio zijn nodig, aangezien dit vroege waarschuwingstekens van klimaatveranderingen kan opleveren. Onze studie toonde ook aan dat de huidige stijl van het diepzeecosysteem in de Zuidelijke Oceaan 430.000 jaar geleden is ontstaan.”

“Ik hoop dat zo’n langdurig ecosysteem in de nabije toekomst niet volledig zal worden veranderd, vooral omdat we niet weten hoe sterk deze door de mens veroorzaakte opwarming zal escaleren en ons wereldwijde klimaatsysteem in de toekomst fundamenteel zal veranderen.”