Onderzoeksproject EV/05 (Onderzoeksactie EV)
De oceaan is een belangrijke tank voor antropogeen CO2 en speelt dus een beduidende rol in de wereldwijde biogeochemische cyclus van koolstof en in de schommelingen ervan. Er blijven echter nog grote onzekerheden bestaan over de opname van antropogeen koolstof in de oceaan, vooral door de slechte kennis van de controleprocessen van de pCO2 in het oppervlaktewater.
De meeste vroegere onderzoeksinspanningen waren gericht op de studie van de uitwisseling CO2 aan het raakvlak lucht-zee, het verband met de temperatuureffecten, de algemene circulatie van watermassa's, of de biologische activiteit, in termen van productie van nieuw organisch materiaal en de export naar dieper water. Met het effect van de neerslag van calciumcarbonaten door kalkvormende organismen in de eufotische zone en de oplossing van hun skeletten werd tot op heden niet echt rekening gehouden. Dit proces van precipitatie en oplossing wijzigt zowel de concentratie van anorganisch opgelost koolstof als de alkaliniteit, en heeft een beduidende invloed op het buffervermogen van het zeewater, en op het vermogen als tank of bron van CO2 voor de atmosfeer. Het wordt nu duidelijk dat één oorzaak van de onzekerheden inzake antropogene koolstoffluxen te maken heeft met onze slechte kennis van deze processen en hun kwantitatieve beschrijving, die niet alleen essentieel is voor het doorgronden van de huidige toestand, maar ook voor de mogelijke voorspellingen inzake de opwarming van de Aarde.
Het algemene doel van dit onderzoeksproject is een betere kennis te verkrijgen in de oceanische cyclus van anorganisch koolstof en de rol ervan in de klimaatverandering. Door een combinatie van veldstudies, laboratoriumproeven en het uitwerken van modellen, hopen wij de processen van productie en oplossing van calciumcarbonaten in de oceaan te bestuderen, om de rol te bepalen van kalkvormend fytoplankton bij de captatie van CO2.
Onze veldstudies zullen uitgevoerd worden in het gebied van de Banc de La Chapelle in de Golfe de Gascogne. Deze locaties werden geregeld bezocht sinds meer dan tien jaar in het kader van Belgische (Wereldwijde klimaatverandering) en Europese (OMEX) onderzoeksprojecten, en kan beschouwd worden als een permanent onderzoekstation, waarvoor er een gegevensbank bestaat voor de basisparameters, en waar er een goede kennis vergaard werd van de huidige fysische processen. Bovendien werd coccolithophorabloei dikwijls waargenomen in de Golf van Gascogne, en onze metingen van de verticale distributie en de calciumcarbonaatfluxen wijzen op een snelle oplossing van de skeletten tijdens de sedimentatie, zelfs in het bovenste gedeelte van de waterkolom dat oververzadigd is met CaCO3. Deze locatie is dus een geschikt gebied voor de studie van de oceanische anorganische koolstofcyclus.
Veldonderzoek aangevuld met teledetectiegegevens zal basisinformatie verschaffen over de natuurkundige, scheikundige (nutriënten, organisch en anorganisch koolstof) en biologische (fytoplankton en zooplankton) aspecten. Materie in suspensie zal verzameld worden door continu-centrifugatie; in situ filtratie van grote watervolumes, en het uitzetten van sedimentvallen voor korte duur. Bovendien zullen productieprocessen bestudeerd worden van organische en anorganische koolstofpartikels en de oplossing van calciumcarbonaten, aan de hand van proeven voor opname van 14C. De invloed van zoöplanktonbegrazing en de microbiële afbraak van organisch materiaal op de oplossing van CaCO3 zal gedetailleeerd bestudeerd worden.
De vaste organische stoffen verzameld in de Golf van Gascogne worden fysisch en chemisch onderzocht met moderne microscopische en spectroscopische methoden. Verschillende technieken met elektronische microstralen zullen gebruikt worden om de samenstelling, morfologie en oplossingspatronen te karakteriseren van individuele, biotische en abiotische deeltjes in suspensie. De oppervlakte van het calciet zal onderzocht worden met teruggestrooide elektronen, en een microprofileur om dergelijke patronen te detecteren en met een elektronische microsonde met "variabele energie" om informatie te verkrijgen over de residuele organische laag. Deeltjes zullen ook gebruikt worden in laboratoriumproeven voor een gedetailleerde studie van de oplossingsreacties die voornamelijk verband houden met de biologische activiteit. De gegevens die tijdens dit project verzameld worden, zullen gebruikt worden om vergelijkingen uit te werken en te parametreren voor de productie- en oplossingssnelheid van calciumcarbonaten. Ze zullen ook hun nut hebben bij de validatie en als inputvariabele in modellen van de oceanische koolstofcyclus.
Methodologie
De doelstellingen van deze studie zullen worden bereikt door zowel veldwerk, laboratorium-experimenten als modellisatiepogingen te combineren.
Het onderzoeksgebied betreft de regio van "La Chapelle Bank" (47°30'N, 7°30'W) in de Golf van Biskaje (noordoostelijke Atlantische Oceaan). Deze locatie is reeds regelmatig bezocht geworden gedurende meer dan 10 jaar in het kader van Belgische (Global Change)) of Europese (OMEX) onderzoeksprojecten. Er is dus een goede kennis verworven van de fysische processen die plaatsvinden in de regio. Bovendien is er regelmatig een coccolithoforenbloei vastgesteld in de Golf van Biskaje. Vroegere metingen van de verticale distributie en fluxen van calciumcarbonaat (CaCO3) duiden op een snelle dissolutie van de skeletten gedurende het bezinken, zelfs in het bovenste gedeelte van de waterkolom welke oververzadigd is met CaCO3. Deze plaats is dus een geschikte locatie voor het bestuderen van de oceanische anorganische koolstofcyclus.
Veldwerk, ondersteund door teledetectie data, zal zowel basisinformatie verschaffen als fysische informatie en chemische (nutriënten organische en anorganische koolstofvormen) en biologische (fytoplankton en zooplankton). Gesuspendeerd materiaal zal worden verzameld door middel van continue centrifugatie, in-situ filtratie van grote hoeveelheden water en korte-termijn gebruik van sedimentvallen.
Procesgerichte studies over de productie van organische en anorganische koolstofdeeltjes en de dissolutie van calciumcarbonaat zullen zowel op het veld als in laboratoriumexperimenten worden uitgevoerd, gebruik makend van experimenten met 14C en 45Ca incorporatie. De invloed van zoöplankton "grazing" en van microbiële degradatie van organisch materiaal op de dissolutie CaCO3 zal in detail worden onderzocht.
Het verzamelde particulair materiaal uit de Golf van Biskaje zal worden bestudeerd vanuit een fysisch en chemisch standpunt. Voor de analyse van hun samenstelling, morfologie en oplossingseigenschappen zal gebruik gemaakt worden van moderne microscopische en spectroscopische methoden.
De verkregen data zullen worden gebruikt om de vergelijkingen voor de productie- en oplossingssnelheid van calciumcarbonaat op te stellen. Deze zullen ook worden gebruikt voor validaties en/of als inputgegevens van de modellen voor de oceanische koolstofcyclus.
Interactie tussen de verschillende partners
De coördinator, het Laboratoire d’ Océanographie Chimique et Géochimie des Eaux van de université Libre de Bruxelles (ULB-LOCGE), is verantwoordelijk voor het bepalen van de productie van organische en anorganische koolstof en voor het bestuderen van de dissolutiemechanismen van biogeen CaCO3 gerelateerd aan microbiële respiratie.
Het Laboratorium voor Ecologie en Systematiek van de Vrije Universiteit Brussel (VUB-ECOL) zal de rol van zooplankton (grazing) in de dissolutie van CaCO3 onderzoeken.
Het Micro and Trace Analysis Centre van de Universiteit van Antwerpen (UIA-MiTAC) zal zich concentreren op de fysische en chemische karakterisatie van opgelost materiaal gerelateerd aan de CaCO3 cyclus.
Band met internationale programma’s
De link met bestaande internationale programma’s zal worden gelegd via de leden van het Gebruikerscomité.
- Dr. C. Sabine (University of Washington) is betrokken bij de globale schattingen van natuurlijke en antropogene koolstofreservoirs in WOCE en JGOFS programma’s.
- Dr. R. Francois (Woods Hole Oceanographic Institution) zal bijdragen tot een volledigere beschrijving van de overdracht van koolstof tussen de atmosfeer en de oceaan binnen het kader van zijn project te WHOI.
- Ons project kan aansluiten bij het GAIM-IGBP programma via Dr. O. Marchal (Woods Hole Oceanographic Institution) die CaCO3 fluxen in universele oceaanmodellen zal simuleren in het kader van het Ocean Carbon-Cycle Model Intercomparison Project.
- Het huidige onderzoek is ook verbonden met het bevestigen van teledetectie data verzameld door SeaWiFS en MODIS door onze samenwerking met S.Groom (Plymouth Marine Laboratory).
Verwachte resultaten en/of producten
- De mechanismen en snelheden van individuele processen van calciumcarbonaatproductie en dissolutie zullen worden opgehelderd.
- De geïntegreerde productie en bestemming van calciumcarbonaat in de eufotische zone zullen worden geëvalueerd voor het bestudeerde gebied.
- De fluxen van organische en anorganische koolstof op grotere ruimtelijke schaal en op grotere tijdsschaal kunnen worden beschreven gebruik makend van 1-D hydrodynamische en biologische modellen.
Partners
Activiteiten
ULB-LOCGE, geleid door Prof. L. Chou heeft een gedegen ervaring in de studie van biogeochemische processen die de cycli van verscheidene elementen zoals koolstof, nutriënten, hoofdelementen, nevenelementen of sporenelementen beïnvloeden. Dit zowel op een lokale als op een universele schaal in kustwateren en oceaanranden.
VUB-ECOL, geleid door Prof. M.-H. Daro, is gespecialiseerd in zooplankton trofodynamica. Het onderzoek richt zich op de ecologische werking van mariene ecosystemen met speciale aandacht voor de eerste trofische niveaus (fyto-en zooplankton).
UIA-MiTAC, geleid door Prof. R. Van Grieken, heeft een uitgebreide ervaring wat betreft micro- en trace analyse toegepast in allerhande milieustudies. Hun belangrijkste onderzoeksgebeid omvat de evaluatie van atmosferische depositie van nutriënten en zware metalen in de Noordzee en de studie van aërosolen in afgelegen gebieden en hun invloed op het klimaat.
Coördinaten
Project Coördinator
L. Chou
Université Libre de Bruxelles (ULB)
Laboratoire d’Océanographie Chimique et Géochimie des Eaux
Campus de la Plaine - CP 208, Boulevard du Triomphe, B-1050 Brussel
Tel: +32 (0)2 650 52 37; Fax: +32 (0)2 646 34 92
Lei.Chou@ulb.ac.be
http: //www.ulb.ac.be/sciences/dste/ocean/
Prof. M.-H. Daro
Vrije Universiteit Brussel (VUB)
Laboratorium voor Ecologie en Systematiek
Pleinlaan 2, B-1050 Brussel
Tel: +32 (0)2 629 34 06; Fax: +32 (0)2 629 34 03
ndaro@vub.ac.be
http://www.vub.ac.be/
Prof. R. Van Grieken
Universitaire Instelling Antwerpen (UIA)
Micro and Trace Analysis Centre
Universiteitsplein 1, B-2610 Antwerpen
Tel: +32 (0)3 820 23 62; Fax: +32 (0)3 820 23 76
vgrieken@uia.ua.ac.be
http://www.uia.ac.be/u/vgrieken/
Gebruikerscomité
R. Francois - Woods Hole Oceanographic Institution
S. Groom - Plymouth Marine Laboratory - Remote Sensing Group
O. Marchal - Woods Hole Oceanographic Institution
C. Sabine - University of Washington - Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean
De rol van de leden van het comité en hun betrokkenheid bij het project zijn beschreven in het gedeelte: "Band met internationale programma’s".
Validation of alternative marine calcareous skeletons as recorders of global climate changes (calmars) : final report
Brussels : Federal Science Policy, 2009 (SP2042)
[Om te downloaden]
[Om te bestellen]
