En studie ledd av Oldenburg-forskare hittar en ny förklaring till ackumuleringen av organiska föreningar i syrefattiga marina områden. Effekten kan ha en negativ återkoppling på klimatet på geologiska tidsskalor.

Svarta havet är en ovanlig vattenmassa:under 150 meters djup sjunker koncentrationen av löst syre till omkring noll, vilket innebär att högre livsformer som växter och djur inte kan existera i dessa områden. På samma gång, detta halvslutna hav lagrar jämförelsevis stora mängder organiskt kol. Ett team av forskare ledda av Dr Gonzalo V. Gomez-Saez och Dr Jutta Niggemann från University of Oldenburgs Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) har nu presenterat en ny hypotes om varför organiska föreningar ackumuleras i Svarta havets djup – och andra anoxiska (syrefattiga) vatten i den vetenskapliga tidskriften Vetenskapens framsteg .

Forskarna hävdar att reaktioner med vätesulfid spelar en viktig roll för att stabilisera kolföreningar. "Denna mekanism bidrar tydligen till att det finns mer än dubbelt så mycket organiskt kol i Svarta havets vatten som i syrerika marina områden, ", säger Niggemann. "Detta ger en negativ återkoppling i klimatsystemet som skulle kunna motverka global uppvärmning under geologiska perioder."

I Svarta havet, som täcker ett område nästan dubbelt så stort som Frankrike, förhållanden som sällan hittats i andra marina regioner har rådt i cirka 7, 000 år:stabil skiktning förhindrar till stor del blandning av ytvatten och djupvatten. Vattnet i de övre 150 metrarna är saltfattigt och syrerikt, och kommer huvudsakligen från floder som Donau. Under det, det finns ett lager av saltvatten med högre densitet som rinner in i Svarta havet från Medelhavet via Bosporen. "När du öppnar ett vattenprov från de djupare områdena av Svarta havet, lukten av ruttna ägg slår dig nästan omkull, " säger Niggemann. På ytan, dock, det finns inget som tyder på att Svarta havet är en stillastående vattenmassa där, på grund av syrebrist, bakterier producerar illaluktande svavelväte.

Svavelväte reagerar med löst organiskt material

Som den nya studien visar, denna mycket reaktiva molekyl binder till ämnen från en mängd olika kolhaltiga material som finns i varje liter havsvatten. Dessa ämnen är kända som löst organiskt material (DOM) – en komplex blandning av otaliga olika molekyler som är produkten av nedbrutet organiskt material eller bakteriella metaboliska processer. "Vi kunde mycket tydligt visa att svavelväte reagerar med det extremt utspädda organiska materialet direkt i vattnet, Niggemann förklarar. Produkterna från reaktionen är potentiellt mer hållbara än utgångsmaterialen och ackumuleras därför i vattnet.

Teamet jämförde vattenprover från olika platser i Svarta havet och andra hav och floder. Med hjälp av olika analysmetoder, inklusive masspektrometern med ultrahög upplösning från forskargruppen för marin geokemi vid universitetet i Oldenburg, forskarna kunde karakterisera det lösta organiska materialet i detalj. De fann att nästan en femtedel av de organiska molekylerna i de anoxiska områdena i Svarta havet innehöll svavel - betydligt mer än i andra hav. Dessutom, teamet kunde konstatera att en hög andel av dessa föreningar bara finns i dessa områden, leder till att forskarna drar slutsatsen att svavelföreningarna bildas där genom kemiska reaktioner i det sulfidiska vattnet.

Negativ feedback relevant på geologiska tidsskalor

Med tanke på att enorma mängder kol lagras i löst organiskt material – innehåller världens hav ungefär lika mycket löst organiskt kol som det finns CO ₂ i jordens atmosfär — resultaten av denna nya studie är också relevanta för klimatet. "Mängden havsvatten som var helt utarmad på syre fyrdubblades mellan 1960 och 2010. Följaktligen, denna svavelbaserade mekanism för kollagring kan påverka havens kemi i framtiden, säger Gomez-Saez, huvudförfattaren till studien. Men denna negativa feedback är för svag för att ha en märkbar inverkan på klimatförändringen under de nuvarande förhållandena, han lägger till. I geologisk historia, dock, det har varit flera perioder under vilka stora delar av haven varit syrebrist. Under dessa perioder kunde denna effekt ha bidragit till ett långsiktigt avlägsnande av koldioxid från atmosfären.

Vattenproverna från Svarta havet togs under en expedition med forskningsfartyget Maria S. Merian. Förutom teamet från ICBM, forskare från Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) i Bremerhaven, MARUM – Centrum för marina miljövetenskaper vid universitetet i Bremen, och Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen deltog i studien.