Zwartzeeverdampingsprobleem: Waarom het merendeel van de door microben geproduceerde N₂O nooit het oppervlak bereikt

Micro-organismen in de Zwarte Zee produceren grote hoeveelheden het krachtige broeikasgas lachgas (N2O). Dit gas komt echter nooit in de atmosfeer terecht, omdat het snel wordt verbruikt door andere micro-organismen, die het omzetten in onschadelijk stikstofgas (N2). Wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie hebben dit proces onderzocht en de belangrijkste betrokken spelers geïdentificeerd.

Lachgas (N2O), ook wel bekend als lachgas, is een krachtig broeikasgas dat aanzienlijk bijdraagt aan de wereldwijde opwarming. Als een cruciale ozonafbrekende stof speelt het een belangrijke rol in de regulering van ons klimaat. De oceanen zijn een belangrijke natuurlijke bron van N2O. Onze kennis van de processen die betrokken zijn bij de omzetting van N2O is echter nog beperkt. Een studie onder leiding van onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen, Duitsland, gepubliceerd in Limnology and Oceanography, biedt nu nieuwe inzichten in het “lachgasraadsel van de Zwarte Zee.”

Weinig N2O ontsnapt uit de Zwarte Zee. In de oceaan wordt er grote hoeveelheden lachgas geproduceerd, vooral in gebieden die zuurstofarm zijn. In deze zogenaamde gedeoxygeneerde wateren voelen micro-organismen die dit gas kunnen produceren zich op hun gemak. De Zwarte Zee is het grootste anoxische bekken ter wereld, met een reservoir van zuurstofarm water dat zich uitstrekt van een diepte van 150 meter tot meer dan 2.000 meter. Desondanks lijkt de Zwarte Zee zeer weinig N2O uit te stoten.

“Er waren twee mogelijke redenen hiervoor,” legt eerste auteur Jan von Arx uit. “Of er is weinig productie van N2O, of het geproduceerde N2O wordt verwijderd voordat het het oppervlak bereikt. We wilden dit verkennen door de biologische processen die betrokken zijn bij de productie en consumptie van lachgas te bestuderen, evenals de micro-organismen die verantwoordelijk zijn voor de omzetting van dit belangrijke broeikasgas te identificeren.”

N2O komt nooit aan de oppervlakte. De wetenschappers stapten aan boord van RV Poseidon en voeren naar de westelijke Zwarte Zee om watermonsters te nemen, de omgevingsomstandigheden te beoordelen en een grote reeks experimenten op te zetten. Ze ontdekten dat actieve omzetting van lachgas plaatsvond in de suboxische zone van de Zwarte Zee—de zone met weinig zuurstof die de anoxische bodemwaters scheidt van de goed geoxygeneerde oppervlakte.

“Verschillende micro-organismen produceerden veel lachgas via verschillende processen. Deze productie werd echter overtroffen door de reductie van N2O—d.w.z. de omzetting van N2O naar N2 door een ander type micro-organismen,” legt von Arx uit. “Daarom zijn de kleine emissies van lachgas uit de Zwarte Zee waarschijnlijk het resultaat van een beperkte maar aanhoudende productie in de geoxygeneerde wateren, waar het erin slaagt om consumptie te ontsnappen.”

Een onderbelichte biologische filter voor een gevaarlijk gas. De micro-organismen die N2O reduceren, fungeren als een efficiënte filter, waardoor dit krachtige broeikasgas niet in de atmosfeer terechtkomt. De wetenschappers van Max Planck slaagden er ook in om de belangrijkste micro-organismen die bij dit proces betrokken zijn te identificeren.

“Vanuit een mondiaal perspectief weten we helaas erg weinig over de reductiesnelheden van N2O in de wereldzeeën,” zegt von Arx. “Daarom blijft ons beeld van de milieucycli van dit belangrijke broeikasgas onvolledig en is er meer onderzoek nodig. Dit is vooral belangrijk in het licht van klimaatverandering.” Door de opwarming van de aarde versnelt het zuurstofverlies uit de oceaan en wordt voorspeld dat de volumina van zuurstofarme wateren in de toekomst zullen toenemen. Onder deze omstandigheden kunnen de emissies van lachgas naar verwachting toenemen.

De wetenschappers uit Bremen verkennen momenteel soortgelijke vragen in andere zuurstofbeperkte omgevingen. Het verzamelen en analyseren van gegevens uit verschillende contrastomgevingen zal hen in staat stellen een vollediger beeld te krijgen van de dynamiek van lachgas in de mariene omgeving.

Onzekere tijden voor de veranderende oceaan. “Lachgas is het op twee na meest voorkomende broeikasgas en een sterke ozonafbrekende stof die ongeveer 120 jaar in de atmosfeer blijft. De oceaan is een belangrijke natuurlijke bron van N2O. Daarom moeten we de dynamiek van zijn bronnen en putten daar begrijpen. We hopen dat ons werk kan helpen om de reactie van N2O-productie uit mariene omgevingen op de voortdurende klimaatverandering te beoordelen,” concludeert von Arx.