Mest over de wereldzeeën

De rol van algen in het broeikaseffect is omstreden. Via bemesting van de oceaan met ijzersulfide hoopt men kooldioxide in biomassa vast te leggen. Maar sleutelen aan de atmosfeer blijft een moeizame bezigheid.

Vorig jaar werd een klein gedeelte van de Stille Oceaan 'bemest' met ijzersulfaat. Wetenschappers hoopten op deze manier de algengroei te stimuleren en na te gaan wat de invloed hiervan is op het broeikaseffect. Enkele weken geleden werden op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Association for the Advancement of Science (AAAS) in San Francisco de eerste resultaten van het experiment gepresenteerd.

Algen spelen een cruciale rol bij de matiging van het broeikaseffect. Enerzijds fungeren ze als een 'bezinkput' voor het broeikasgas kooldioxide (CO), anderzijds produceren nogal wat algen dimethylsulfide (DMS), dat uit het water opstijgt en oxydeert tot sulfaat. Omdat sulfaten water aantrekken, zijn dit ideale groeikernen voor waterdruppels c.q. wolken. Wolken weerkaatsen het zonlicht en zorgen ervoor dat het op aarde koeler blijft. Als je nu maar genoeg algen kweekt, zo luidde de theorie, zou je in principe het broeikaseffect kunnen beheersen. Maar is dat wel zo?

Onverklaarbaar

In de jaren zestig kwamen onderzoekers er achter dat er door rivieren permanent veel meer zwavel vanaf het land in zee werd gespoeld dan volgens hun kringloopmodellen mogelijk was. Men had met vrijwel alles rekening gehouden: de verwering van zwavelhoudende gesteenten, zwavel die door planten aan de bodem wordt onttrokken en de hoeveelheden die door de verbranding van fossiele brandstoffen in de lucht terechtkomen. Toch bleef men zitten met een onverklaarbaar overschot van enkele honderden miljoenen tonnen zwavel per jaar. Onderzoeker E.J. Conway suggereerde dat de ontbrekende component wel eens waterstofsulfide zou kunnen zijn. Dit gas zou via de atmosfeer vanaf de zee naar het land terug worden getransporteerd.

Andere onderzoekers geloofden daar niets van. Een betere kandidaat was volgens hen dimethylsulfide, een afbraakprodukt van algen. Het belang van DMS werd reeds in 1971 bevestigd door Gaia-filosoof James Lovelock, die zich liet inschepen op het onderzoeksvaartuig Shackleton. Aan de hand van monsters kon worden aangetoond dat er voldoende dimethylsulfide in de oceanen aanwezig was om de zwavelkringloop op aarde 'sluitend' te maken. Vooral kustwateren zijn rijk aan dimethylsulfide.

Hoe DMS ontstaat is nog altijd niet helemaal bekend. Algen produceren de zwavelverbinding dimethylsulfonproprionaat (DMSP) om te voorkomen dat het zout van het zeewater zich in de cellen ophoopt. DMSP wordt in zee door bacteriën afgebroken nadat de algen afsterven of door allerhande diertjes worden opgegeten. Pas dan vormt zich DMS. Onderzoekers van de Rijksuniversiteit van Groningen hebben ontdekt dat sommige algen (Phaeocystis) deze stof zelf kunnen maken.

Temperatuurvariaties

Het was Robert Charlson van de Universiteit van Washington die samen met Lovelock en collega's uit Florida de theorie ontwikkelde dat algen een belangrijke rol spelen bij de vorming van wolken. Charlson vergeleek het plankton zelfs met een reusachtige thermostaat: wordt het zeewater opgewarmd, dan wordt de algengroei gestimuleerd en wordt er meer DMS geproduceerd. Daardoor ontstaan meer wolken en wordt de aarde afgekoeld.

Twee Australische wetenschappers hebben de theorie van Charlston geverifieerd. Zij hebben DMS-metingen verricht bij Samoa, Cape Grim in Tasmanië en Mawson aan de rand van de Zuidpool. In alle gevallen was er een duidelijk verband tussen de temperatuursvariaties als gevolg van de seizoenswisselingen en de hoeveelheid condensatiekernen die noodzakelijk zijn voor de vorming van wolken. Deze kernen kunnen niet afkomstig zijn van fabrieken, want industrieën vindt men in deze streken niet.

Recent onderzoek aan ijsmonsters uit Vostok (Antarctica) lijkt Charlston's theorie echter weer tegen te spreken. In deze monsters heeft men methaansulfonzuur (MSA) aangetroffen, een produkt van dimethylsulfide dat vaak voor DMS-metingen wordt gebruikt. De ijsmonsters geven het verloop van de MSA-concentraties weer over een periode van 160.000 jaar. Tijdens de warme perioden waren de hoeveelheden lager dan tijdens de ijstijden, en niet andersom, zoals men zou verwachten. Het kan zijn dat tijdens de ijstijden in de oceanen algen hebben geleefd die meer DMS produceerden.

Bemesten

Erg duidelijk is de rol van algen in relatie tot het broeikaseffect dus nog altijd niet. Het idee om de oceanen te bemesten komt van de inmiddels overleden wetenschapper John Martin van Moss Landing Marine Laboratories in Californië. Martin heeft vijf jaar lang onderzoek gedaan naar de invloed van ijzer op de algenproduktie.

Normaal komt ijzer als stof via de atmosfeer in de oceanen terecht. In oceanen met een ijzertekort groeien minder algen. Voegt men ijzer toe, dan neemt de biologische activiteit wel met een factor tien toe. 'Dat laatste was tot voor kort alleen in het laboratorium aangetoond,' zegt Peter Liss van de Universiteit van East Anglia in Norwich, een van de wetenschapsinstanties die bij het bemestingsproject waren betrokken. 'Algen gedijen uitstekend in reageerbuizen. Of je nu ijzer toevoegt of niet, ze nemen evenveel CO op en produceren ook evenveel DMS.'

Eind vorig jaar werd even ten zuiden van de Galapagos-eilanden een gebied van tien vierkante kilometer met ijzersulfaat bemest. Het water werd gemarkeerd, zowel met bakens als met zwavelhexafluoride. Liss: 'Uit experimenten in de Noordzee wisten we dat door getijdestromingen ijzer niet in alle richtingen wegstroomt, maar in dezelfde watermassa bij elkaar blijft. Op deze manier konden we heel goed de groei van de algen en de opname van CO en de produktie van DMS meten.' Toch verliep het experiment heel anders dan men verwacht had.

De bemesting van vele tonnen ijzersulfide met een schip leverde weinig problemen op, en de groei van het fytoplankton nam zelfs met een factor twee toe. Maar de verhoging van de hoeveelheid vastgelegde koolstof bedroeg uiteindelijk slechts 0,3 procent. 'De toename van de groei van het plantaardig plankton was spectaculair,' vertelde Richard T. Barber van de Duke Universiteit in San Francisco. 'Dat had zelfs John Martin niet durven dromen. Maar de bemesting leidde ook tot een explosieve toename van zoöplankton: kleine zeediertjes die van de algen graasden. De in de biomassa vastgelegde koolstof kwam dan ook uiteindelijk niet op de bodem van de zee terecht, maar verdween als kooldioxyde weer in de atmosfeer.'

Wat de zeebodem wel bereikte was het ijzersulfide, dat door turbulentie aan elkaar klitte en daardoor veel te snel zonk. Het plankton kon daar niet bijkomen. 'Ambitieuze plannen voor geo-engineering, het sleutelen aan de atmosfeer, kunnen we rustig uit ons hoofd zetten,' concludeerde Richard T. Barber in San Francisco.

Niet teleurstellend

Maar Peter Liss van de Universiteit van East Anglia vindt de resultaten niet teleurstellend. 'We weten nu tenminste wat er onder dergelijke omstandigheden gebeurt. Er zijn plannen om het experiment volgend jaar te herhalen, we zouden het dan in rustiger water moeten proberen en de bemesting over een langere periode uitsmeren.'

Volgens Liss was het niet de bedoeling dat met dit experiment een oplossing voor het broeikaseffect werd aangedragen. 'Afgezien van de praktische problemen is het ook geen goed idee om alle oceanen met ijzer te bemesten,' zegt hij. 'Als de bemesting te goed lukt loop je het gevaar dat er teveel CO wordt opgenomen, de aarde te sterk afkoelt en er een ijstijd ontstaat. En een ander risico is dat als de algen doodgaan, het vastgelegde CO weer in de atmosfeer terechtkomt. Maar misschien is Lovelock's metafoor van de aarde als superorganisme en het leven als regulerende factor wel veel te simpel. Ik ben alleen bang dat we er niet erg snel achter zullen komen.'

Die mening is ook dr. W. Gieskes van de Vakgroep Mariene Biologie van de Rijksuniversiteit Groningen toegedaan. Het Biologisch Centrum in Haren leidt binnenkort een Europees algenonderzoek, waaraan experts uit Engeland, Duitsland, Griekenland en Frankrijk meewerken. DMS-metingen aan de algensoorten Phaocystis poucheti en Emiliania huxleyi zullen gegevens moeten opleveren voor computerberekeningen over de invloed van algen op het klimaat. 'Er is weer eens bevestigd dat begrazing door zoöplankton een belangrijke factor is,' zegt Gieskes. 'Dat levert meer betrouwbare modellen op.'

    • Jan Libbenga