Diatomeeën, eencellige algen met sierlijke, glazige schelpen, worden vaak bewonderd vanwege hun verbluffende schoonheid. Deze algen spelen een cruciale rol in de chemie en ecologie van de oceanen en dragen bij aan klimaatregulering en mariene voedselwebben terwijl ze nog leven. Nu blijkt uit nieuw onderzoek dat hun impact voortduurt lang nadat ze zijn gestorven, waardoor de oceaanchemie snel wordt hervormd en mogelijk het klimaat op aarde wordt beïnvloed op manieren die voorheen werden onderschat.
De onverwachte snelheid van omgekeerde verwering
Een team wetenschappers van Georgia Tech heeft ontdekt dat de op silica gebaseerde skeletten van diatomeeën verrassend snel in kleimineralen veranderen: binnen slechts 40 dagen. Voorheen geloofden wetenschappers dat dit proces, bekend als omgekeerde verwering, honderden tot duizenden jaren duurde. De bevindingen, gepubliceerd in Science Advances, benadrukken de dynamische rol die deze microscopische organismen spelen bij het reguleren van het klimaat op onze planeet.
Van glas tot klei: een chemische transformatie
Wanneer een diatomee sterft, lost het grootste deel van zijn silicaskelet op. Het resterende silica kan echter omgekeerde verwering ondergaan, een proces dat het omzet in nieuwe kleimineralen die sporenmetalen bevatten. Bij dit proces komt ook eerder opgeslagen koolstof vrij in de atmosfeer, terwijl sedimenten reageren met zeewater. Deze wisselwerking tussen silicium, koolstof en sporenmetalen heeft een aanzienlijke invloed op de oceaanchemie en helpt het klimaat op aarde in de loop van de tijd te stabiliseren.
Zeebodemomstandigheden nabootsen in het laboratorium
Om te begrijpen hoe en hoe snel omgekeerde verwering plaatsvindt, hebben de onderzoekers een gespecialiseerde tweekamerreactor gebouwd die de omstandigheden op de zeebodem simuleert. Eén kamer bevatte diatomeeënsilica, terwijl de andere ijzer- en aluminiummineralen bevatte, gescheiden door een membraan waardoor opgeloste elementen konden mengen. Met behulp van geavanceerde microscopie, spectroscopie en chemische analyse volgde het team de volledige transformatie van het oplossen van de diatomeeënschelp naar de vorming van nieuwe klei.
De resultaten waren opvallend: binnen slechts 40 dagen veranderde het diatomeeënsilica in ijzerrijke kleimineralen – dezelfde mineralen die worden aangetroffen in mariene sedimenten. Dit toont aan dat omgekeerde verwering geen langzaam achtergrondproces is, maar een actief onderdeel van de chemie van de moderne oceaan, en van invloed is op de beschikbaarheid van silica, het kooldioxidegehalte en de recycling van voedingsstoffen.
Implicaties voor klimaatmodellering en oceaanecosystemen
“Het was opmerkelijk om te zien hoe snel diatomeeënskeletten konden veranderen in compleet nieuwe mineralen en om de mechanismen achter dit proces te ontcijferen”, zegt Simin Zhao, de eerste auteur van het onderzoek.
De snelle transformatie van diatomeeën heeft verstrekkende gevolgen. Het suggereert dat de oceaanchemie dynamischer is en mogelijk beter reageert op moderne veranderingen in het milieu dan eerder werd gedacht. De bevindingen pakken ook een al lang bestaand mysterie aan: wetenschappers weten dat er meer silica in de oceaan terechtkomt dan er wordt begraven, en dit onderzoek suggereert dat een groot deel ervan wordt omgezet in nieuwe mineralen door snelle omgekeerde verwering.
“Diatomeeën spelen een centrale rol in mariene ecosystemen en de mondiale koolstofpomp”, legt Jeffrey Krause, co-auteur en oceanograaf, uit. “We wisten al toen we nog leefden hoe belangrijk ze zijn. Nu weten we dat de overblijfselen van diatomeeën, zelfs nadat ze zijn gestorven, de oceaanchemie blijven beïnvloeden op manieren die de koolstof- en nutriëntenkringloop beïnvloeden – een echte game-changer.”
Toekomstig onderzoek en een herinnering aan fundamentele wetenschap
Het onderzoek van het team zal klimaatmodelbouwers begeleiden bij het bestuderen van de rol van de oceaan bij het reguleren van koolstof in de atmosfeer, en zal ook modellen van de alkaliteit van de oceaan en verzuring van de kust verbeteren. Hun volgende stappen omvatten het onderzoeken hoe factoren zoals waterchemie deze transformaties beïnvloeden en het onderzoeken van monsters uit kust- en diepzeeomgevingen om te zien hoe deze laboratoriumbevindingen zich vertalen naar de natuurlijke wereld.
“Deze studie verandert de manier waarop wetenschappers over de zeebodem denken, niet als een passieve begraafplaats, maar als een dynamische chemische motor”, zegt Yuanzhi Tang, senior auteur van de studie.
Het onderzoek dient als een krachtige herinnering aan het belang van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek en benadrukt hoe processen op moleculaire schaal in kleine organismen diepgaande gevolgen kunnen hebben voor systemen op aarde.
