Woestijnreservoirs Vangen Organische Koolstof in Sediment

De Elephant Butte Dam in 2022.

In 2021, terwijl feestvierders in heel Amerika de viering van de vierde juli genoten, stonden drie onderzoekers in een ondiepe rivierdelta in de New Mexico-woestijn. Abby Eckland, Irina Overeem en Brandee Carlson stonden in wat er nog over was van de Rio Grande – jaren van droogte hadden de rivier teruggebracht tot enkele kleine kanalen. Net stroomafwaarts kwamen de kanalen uit in het Elephant Butte Reservoir, het grootste van New Mexico.

Toen begon het water plotseling te stijgen. Eerst tot aan de kuiten van de wetenschappers, daarna boven de knieën. “Wow, het komt echt omhoog,” merkte Overeem op. Het water werd modderig en troebel. Afval zoals tamariskbladeren, dennennaalden en rommel drijft door het verbredende kanaal. Dode vissen kwamen naar de oppervlakte en kwamen tot rust in het riet aan de oever. Het was een plotselinge overstroming.

Een gewone toeschouwer zou waarschijnlijk naar de heuvels zijn gegaan, maar de wetenschappers reageerden in plaats daarvan met opwinding. Dit was een kans om een vluchtig natuurverschijnsel te onderzoeken. Eckland vulde watermonsters in flessen terwijl Overeem en Carlson de meetapparatuur controleerden die ze die ochtend in de rivier hadden geplaatst.

Een koolstofput in de woestijn

Deze maand publiceerde het team een nieuwe studie, geleid door Eckland, in Water Resources Research. De analyse is gebaseerd op hun veldwerk van 2021 en analyseert informatie over sediment en organische koolstof in rivierwater voor een verrassend resultaat. Reservoirs zoals Elephant Butte kunnen organische koolstof opslaan binnen lagen sediment, vooral tijdens perioden van droogte en flash floods. In wezen fungeert het reservoir als een koolstofput—het vangt organisch materiaal dat anders kooldioxide zou uitstoten door natuurlijke afbraak.

De verklaring ligt in de natuurkunde. Normaal gesproken, wanneer water in een reservoir stroomt, verspreidt het zich over het oppervlak. Maar als de rivier genoeg sediment meeneemt, draait het proces om. In plaats van dat het rivierwater zich bovenop verspreidt, duikt een onderwaterstroom het naar beneden. Wetenschappers noemen dit een “hyperpycnale plume.”

“We zagen deze plume zich ontwikkelen op basis van de gegevens van instrumenten die we nabij de monding van de Rio Grande hadden geplaatst,” zei Eckland. “Dat betekent dat het waarschijnlijk is dat al het sediment, koolstof en andere materialen die worden meegevoerd naar de bodem van het reservoir zullen stromen en daar worden afgezet.”

Bewapend met dit bewijs richtten de onderzoekers hun aandacht op de monsters die ze in het veld hadden verzameld. Het was tijd om letterlijk door de modder te graven.

Droogtes en overstromingen

In het laboratorium karakteriseerde een reeks tests de inhoud van monsters uit het rivierwater, reservoirwater en de onderliggende delta- en reservoirbedden. Zodra ze deze waarden in kaart hadden gebracht, vergeleken de onderzoekers hun resultaten met een gegevensrepository van het U.S. Bureau of Reclamation—een proces dat werd vergemakkelijkt door Ecklands bekendheid met het systeem na jaren van stage bij het Bureau. Dit stelde hen in staat om hun bevindingen terug in de tijd te extrapoleren.

“Abby had veel contacten met de wetenschappers daar en wist waar ze naar moest zoeken,” zei Overeem. “Het was echt goed dat we dit soort liaison met het federale systeem hadden. Het leidde tot een unieke samenwerking.”

Uiteindelijk had het team alle informatie die ze nodig hadden om de koolstofvastlegging in de rivierdelta en het reservoir over seizoenen, jaren en zelfs decennia te vergelijken. Deze tweede set van analyses leverde het meest opvallende resultaat van de studie op. Niet alleen werd organische koolstof begraven onder lagen sediment, maar dit proces werd in feite versterkt tijdens droogte. Omdat de algehele voetafdruk van het reservoir tijdens deze perioden kleiner was, stapelde het sediment zich sneller op.

“Er is minder voetafdruk wanneer het waterniveau laag is,” zei Eckland. “Er is gewoon minder ruimte voor het om heen te gaan, dus je krijgt meer koolstof begraven per gebied.”

De toevallige timing van hun veldexcursie leverde nog een inzicht op—de koolstofbegravingspercentages zijn ook verhoogd tijdens flash floods. Dit is natuurlijk logisch. Flash floods razen door het landschap, nemen losse grond, bladeren en wat er ook maar ligt mee. Tegen de tijd dat ze het reservoir bereiken, zijn ze vol sediment, wat een hyperpycnale plume creëert, en vol organisch materiaal, wat vervolgens wordt begraven.

Hoewel koolstofbegraving in reservoir sediment in het verleden is waargenomen, is het nieuwe artikel de eerste die precies identificeert hoe het gebeurt. “De sleutelverbinding is de rol van de hyperpycnale plume bij het afleveren van koolstof naar de bodem van het reservoir,” zei Eckland.

Volgende stappen

Zoals bij elke nieuwe wetenschappelijke bevinding, is de volgende stap om de ontdekking te bevestigen en meer informatie te verzamelen. Dit is al aan de gang. Overeem keerde onlangs terug naar de locatie met voormalig INSTAAR-postdoc en huidig assistent-professor aan de Universiteit van New Mexico, Marisa Repasch, om monsters van de reservoirbodem te verzamelen. Repasch is een expert in organische koolstofopslag in het landschap, en haar lab werkt hard aan een dieper inzicht in de chemische kenmerken van het sediment. Tot nu toe zijn de voorlopige resultaten veelbelovend.

“We vonden zelfs hogere cijfers dan wat Abby had geschat,” zei Overeem. De onderzoekers hopen dat deze resultaten waterbeheerders kunnen helpen om in de toekomst beter geïnformeerde beslissingen te nemen. In wezen hebben ze een uniek voordeel van droge reservoirs benadrukt—dat ze misschien de bronmaterialen van het meest voorkomende broeikasgas op aarde kunnen vangen en opslaan. Dit inzicht zou belangrijk kunnen worden bij het afwegen van de potentiële kosten en baten van infrastructuur in het landschap.

“Er is hernieuwde interesse in koolstofvastlegging, vooral omdat er op een bepaald moment een markt voor opgeslagen koolstof zou kunnen zijn,” zei Overeem. “Het is een futuristische visie, maar we hebben dit soort informatie nodig om daar te komen.”