Environmental controls on microbial methane oxidation in the coastal ocean

Ondiepe kustwateren zijn hotspots voor methaanuitstoot: er komen grote hoeveelheden van dit krachtige broeikasgas vrij in de atmosfeer, waar het bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Onderzoek van Tim de Groot laat zien hoe getijden, seizoenen en oceaanstromingen de uitstoot van methaan sterk beïnvloeden en hoe piepkleine micro-organismen, methanotrofen genaamd, de impact ervan helpen verminderen. 

Kustwateren als methaan-hotspots

Terwijl door de mens veroorzaakte bronnen van methaan goed bestudeerd zijn, is er minder bekend over natuurlijke bronnen van dit broeikasgas, zoals kustwateren. Deze ondiepe, dynamische ecosystemen zijn rijk aan methaan. En doordat het water niet erg diep is, hebben methaanetende microben, zogeheten methanotrofen, weinig tijd om het af te breken voordat het in de atmosfeer ontsnapt. Dat maakt van kustwateren hotspots van methaanuitstoot.

In het onderzoek werden drie gebieden onderzocht: het specifieke deel van de Doggersbank dat een methaanbron vormt in de Noordzee, de Nederlandse Waddenzee en de kustwateren bij Spitsbergen in het Noordpoolgebied. Hieruit bleek dat de methaanemissies van deze gebieden sterk beïnvloed worden door natuurlijke factoren zoals getijden en seizoensveranderingen, die tevens de activiteit van de methaanetende microben beïnvloeden.

Inzichten uit de Waddenzee, Noordzee en Noordpoolgebied

In de Waddenzee waren de methaanniveaus en -emissies hoger tijdens warmere seizoenen, wanneer de microben actiever waren. Maar zelfs in koudere seizoenen bleven de methaanconcentraties hoog, waarbij winderige omstandigheden bijdroegen aan een aanzienlijke uitstoot in de atmosfeer. Getijdenstromingen transporteerden methaan naar aangerenzende wateren, waar het alsnog in de atmosfeer kon ontsnappen. Dit laat zien dat de dynamiek van methaan aan de kust grote impact heeft.

In het Doggerbank-gebied zagen de onderzoekers dat afnemend tij (van vloed naar eb) zorgde voor plotselinge uitbarstingen van vrijkomend methaan. Ook stimuleerde het getij de microbiële activiteit in diepere wateren. Tijdens de koelere herfstmaanden, wanneer het water van diep en ondiepe gebieden mengde, nam de microbiële activiteit echter af. Hierdoor ontsnapte er in de herfst meer methaan in de atmosfeer dan in de zomer.

In het noordpoolgebied bij Spitsbergen waren de methaanconcentraties het hoogst bij de zeebodem, waar veel verschillende soorten methanotrofische microben in grote getalen aanwezig waren. Oceaanstromingen speelden een belangrijke rol bij de verspreiding van zowel methaan als microben, waardoor de microben minder goed in staat waren om het gas volledig af te breken voordat het de atmosfeer bereikte.

Aanpassingsvermogen van microben

Naast het onderzoek op zee, bleek uit laboratoriumexperimenten dat methanotrofe microben een opmerkelijk aanpassingsvermogen hebben. Ze gedijen goed in verschillende omstandigheden in hun leefomgeving, waaronder verschuivingen in temperatuur, zoutgehalte en methaanniveaus. “Als ecosystemen veranderen, passen methaanetende microben zich aan. Als de ene groep het moeilijk heeft, neemt een andere het over. Zo blijft de methaanfilter van de natuur draaien, zelfs in een opwarmende wereld”, zegt promovendus Tim de Groot. “Kustgebieden beslaan misschien maar een klein deel van de oceaan, maar ze zijn hotspots voor methaanuitstoot. Naarmate deze systemen door klimaatverandering veranderen, wordt het steeds urgenter om te begrijpen hoe methaanemissies zich zullen ontwikkelen en hoe we ze kunnen beperken.”

Download het proefschrift Environmental controls on microbial methane oxidation in the coastal ocean via de repository van de Universiteit Utrecht.

Bron: NIOZ