Kustmiljöer som stöder sjögräs, Saltmarker och mangrover är magasin för stora reserver av organiskt kol som kallas blått kol. Dessa reservoarer har fångat organiskt kol under ytan i hundratals till tusentals år i en miljö med låg syrehalt.

Tyvärr, kustområdena förändras på grund av stigande havsnivåer och mänskliga intrång. Kombinationen av erosion och förstörelse av livsmiljöer gör att det fångade blåa kolet kan blandas med havsvatten. Organismer i havsvatten förbrukar det organiska kolet och släpper ut koldioxid i atmosfären.

"Det finns ett växande intresse för livsmiljöer för blått kol, eftersom de utför en naturlig och värdefull tjänst genom att binda CO2, säger Thomas Bianchi, Jon och Beverly Thompson begåvade ordförande för geologiska vetenskaper vid University of Florida. "Kustväxter använder CO2 för att växa genom fotosyntes, men de lagrar det också under långa perioder i de jordar och sediment de lever i. Det är unikt, eftersom andra växtmiljöer cirkulerar CO2 ur sina jordar till atmosfären mycket snabbare."

Bianchi är en av huvudutredarna som studerar omvandlingen av blått kol till CO2 som en del av ett budgetår 2017 Facilities Integrating Collaborations for User Science förslag. Genom FICUS, Bianchi och kollegor kommer att använda expertis och kapacitet hos EMSL, the Environmental Molecular Sciences Laboratory, en DOE Office of Science-användaranläggning vid Pacific Northwest National Laboratory, och DOE Joint Genome Institute, också en DOE Office of Science-användaranläggning vid Lawrence Berkeley National Laboratory.

Forskargruppen inkluderar Co-PIs Andrew Ogram och Todd Osborne, postdoktor Ana Arellano, och doktorander Elise Morrison och Derrick Vaughn, alla med University of Florida; Co-PI Nicholas Ward, en vetenskapsman vid Pacific Northwest National Laboratory; och Yina Liu, en EMSL-postdoktor. En självfinansierad studie, stöd kommer från Thompson-fonden och University of Florida.

"Vi är intresserade av att studera vad som händer när man tar den här stora kolsänkan i kustjordar och sediment, och du börjar hugga i det med havsnivåhöjning och vågerosion, " säger Bianchi. "Vad styr hur snabbt det kolet omvandlas tillbaka till CO2?"

Förberedande sönderdelning

Priming är en av faktorerna som påverkar hur snabbt lagrat kol blir till CO2. Till exempel, mikrober har svårt att bryta ner halm. Att blanda halm med alfalfa påskyndar nedbrytningsprocessen. Mikroberna äter snabbt alfalfa, men de bryter också ner halmen. Närvaron av mer smältbart material förbereder halmen som ska brytas ner.

Forskare har studerat primingeffekten i jordar, men få studier har undersökt priming i kustsystem. I den här studien, priming är blandning av ruttnat högre växtmaterial (växter med rotsystem) med kustalger för att tillåta mikrober att bryta ner det snabbare.

"Vi antog att nedbrytningen av det lagrade blåa kolet skulle gå mycket snabbare i närvaro av alger än i frånvaro av det, säger Bianchi.

Bianchis team testade hypotesen med en serie experiment utförda vid University of Florida Whitney Laboratory for Marine Bioscience med havsvatten, en algblandning, och kusttorv från Floridas våtmarker i fyra behandlingar – (1) havsvattenkontroll, (2) blandning av havsvatten och alger, (3) havsvatten och torv, och (4) havsvatten, algblandning och torv. De mätte mängden CO2 som producerades över tiden av de fyra behandlingarna. Teamet använde isotoper som kemiska markörer för att spåra källan till CO2-molekylerna. Prover från dessa experiment lämnades till EMSL och DOE JGI för högupplösta mätningar av organisk kolsammansättning och mikrobiella genetiska svar.

"Våra preliminära data stöder vår hypotes, ", säger Bianchi. "I närvaro av alger får du mer blå koltorv som omvandlas till CO2."

Primereffekten kan bli mer dramatisk eftersom haven blir grönare av alger på grund av föroreningar från gödningsmedel och annan avrinning från gården.

Lär känna mikrober

Projektet använder också EMSL och DOE JGI-kapacitet för att studera mikrobiella samhällen som omvandlar torv till CO2. De vill veta hur samhällen förändras i närvaro och frånvaro av alger. De är också intresserade av hur mikroberna bryter ner torv, inklusive vilka enzymer de använder. Teamet använder EMSL:s masspektrometri och kärnmagnetisk resonansexpertis och kapacitet för denna del av forskningen.

"Att vara ett FICUS-projekt ger oss en fantastisk möjlighet att använda två av de bästa forskningsanläggningarna i världen, " säger Bianchi. "Att arbeta med EMSL och (DOE) JGI kommer att hjälpa oss att förstå hur priming fungerar, eftersom vi verkligen inte känner till alla detaljer om det."

Bianchi säger att studiens resultat kan förbättra klimatmodellerna när de globala modellerna skalar ner. Sofistikerade klimatmodeller börjar ta hänsyn till regionala effekter. Resultaten skulle kunna läggas till en regionalt baserad modell som inkluderar en omvandling av mark som förlorats till CO2 med priming som en förbättringsfaktor.

"Det finns en större historia, " säger Bianchi. "Ett grönare kusthav och en destabiliserad kustmiljö på grund av höjning av havsnivån och förändringar i markanvändningen orsakar en snabb omsättning av lagrat kol som är hundratals och tusentals år gammalt och omvandlas till CO2 delvis genom primingprocessen."