Het verzamelen van grondwatermonsters (afb: univ. van Jena)
99% van het zoete water op aarde is grondwater. Het blijkt dat die ondergrondse micro-organismen in dat grondwater hyperactief zijn ondanks het ontbreken van zonlicht. Ze moeten hun energie noodgedwongen halen uit zwavel of plantenresten. Toch is hun productie, het vastleggen van koolstof in organische verbindingen, per cel net zo hoog als die van plankton dat volop van de energierijke zon kan profiteren. Tezamen binden die grondwaterorganismen ten minste zo’n 110 miljoen ton koolstof, maar dat zou zo maar zelfs 260 miljoen ton kunnen zijn. Dat is maar 0,25% van de mondiale koolstofvastlegging door organismen en planten, maar dat is aanzienlijk meer dan vermoed.
De natuur is uiterst productief. Microalgen in de zee en landplanten zetten via fotosynthese kooldioxide en water om in organische moleculen en binden daarmee grote hoeveelheden koolstof. Daarmee vergeleken hebben micro-organismen en andere bewoners van de ondergrondse aarde het een stuk lastiger om aan energie te komen en om te groeien: geen licht voor de fotosynthese, weinig zuurstof of voedingsstoffen. Lang is gedacht dat het ondergrondse leven daardoor traag en ‘saai’ zou moeten zijn.
Al langer is bekend dat ook die ‘onderaardse’ organismen in grondwater uit anorganische componenten (kooldioxide wordt als anorganisch gezien) organische verbindingen te maken. De energie die daarvoor nodig is halen ze uit de oxidatie van organisch materiaal of uit zwavel in het omringende gesteente. Hoeveel ze daarmee produceren (vastleggen) was echter niet (goed) bekend.
Daar hebben Will Overholt en zijn collega’s van de universiteit van Jena wat aan proberen te doen door een exemplarisch (vinden de onderzoekers) ondergronds ecosysteem daar op te doorvorsen: aquifers (watervoerende lagen) in carbonaatgesteente. Die bevatten 2,26 miljoen km3 grondwater, ongeveer 10% van de hoeveelheid grondwater.
Ze namen watermonsters op verschillende plaatsen in Thüringen van een diepte van vijf tot negentig meter. Aan een deel van die monsters voegden de onderzoekers een minuscule hoeveelheid radioactief kooldioxide toe en lieten de micro-organismen in de monsters een bepaalde tijd hun gang gaan. Vervolgens bepaalden ze met behulp van een massaspectrometer of en zo ja hoeveel van dat radioactieve kooldioxide was ingebouwd in organische verbindingen. Ook onderzochten ze de stikstofvastlegging en bepaalden ze via DNA-analyse met welke ‘beestjes’ ze te maken hadden.
Meest bacteriën
De micro-organismen, meest bacteriën, namen per dag per cel tussen 0,3 en 10,8 nanogram (eenmiljardste) koolstof op. Daarmee waren ze net zo productief als bacteriën in de bovenste (=lichtste) waterlaag van de oceanen. Overholt: “Ze hebben koolstofvastleggingswaarden die net zo hoog zijn als in voedselarme mariene oppervlaktewateren en die zijn zes maal hoger dan in de onderste zones van de zonbeschenen oceanen waar nog licht genoeg is voor de fotosynthese.” Aangezien grondwater minder voedingsstoffen bevat dan de zeeën en de populatiedichtheid er minder groot is, is de primaire productie van micro-organisme in aquifers alles bij elkaar duidelijk lager dan in de oceanen.
Overholt en zijn collega’s hebben berekend dat alleen al de micro-organismen in de waterlagen in carbonaatgesteenten per jaar 110 miljoen ton koolstof vastleggen. Als je daar ook de waterlagen aan toevoegt die zich bevinden in silicaatgesteenten dan zou per saldo de primaire productie van de ondergrondse organismen uit komen op 260 miljoen ton koolstof. Dat is zo’n half procent van die van zeesystemen en een kwart procent van de netto-primaire-productie in de wereld. “Dat mag weinig klinken”, zegt hoofdauteur Kirsten Küsel, “maar dit is pas een eerste schatting van de werkelijke waarde. Aangezien onder de grond weinig voedingsstoffen en energie beschikbaar zijn is zelfs zo’n klein aandeel nog verrassend.”
Uit de DNA-analyse kwam naar voren dat het meeste werk verricht wordt door zogeheten chemolithoautotrofe organismen, micro-organismen die hun energie halen uit de chemische reacties van stoffen uit gesteenten. In zuurstofhoudend grondwater gebeurt die koolstofvastlegging vooral door de nitrificatie van ammoniak, in zuurstofarm grondwater halen de micro-organismen hun energie vooral uit zwavel en waterstof.
Daar spelen nog onbekende micro-organismen uit de klasse van de Nitrospiria een grote rol in. Nitrospiria zijn bacteriën die hun energie halen uit de oxidatie van nitriet tot nitraat (lees ik in de Engelse WikiPedia). Dit lijkt me typisch een basis voor verder onderzoek.
Bron: bdw