IJzerbemesting doet oceaan bloeien

„De eerste dagen van ons experiment was het rustig weer, met windkrachten tot 8 Beaufort”, zegt professor Hein de Baar. Met vijftien andere onderzoekers van het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) op Texel keerde hij vorige week terug in Nederland. Vanaf het Duitse onderzoeksschip Polarstern strooiden zij de afgelopen weken drie keer 800 kilo ijzerpoeder uit over de Stille Oceaan bij Antarctica. „Later ging het harder waaien, tot kracht 11, waarbij de golven een hoogte tot 17 meter bereikten. Toch is het experiment geslaagd. We zijn de bemeste plek, met een diameter van 7 kilometer, niet kwijtgeraakt.”

Het vermoeden dat de oceaan rond Antarctica een tekort aan ijzer heeft, stamt al uit 1930. Met weinig land in de buurt brengen stofwolken van het vaste land nauwelijks ijzer naar de zee. De Amerikaanse onderzoeker John Martin vestigde in 1988 opnieuw de aandacht op deze veronderstelling.

IJsboringen
IJzer is een sporenelement dat slechts in zeer kleine hoeveelheden nodig is voor de ontwikkeling van algen. Chlorofyl, de stof die algen hun groene kleur geeft, zet onder invloed van zonlicht kooldioxide (CO₂) en water om in zuurstof en bouwstoffen. Bij dit proces, dat bekendstaat onder de naam fotosynthese, is ijzer nodig. De ijzerconcentratie in oceaanwater is zo laag, dat zelfs de kleine hoeveelheid die algen nodig hebben niet aanwezig is. Het vasteland bevat gemiddeld 4 procent ijzer, oceaanwater heeft een ijzergehalte dat 10 miljard maal lager ligt.

De hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer moet wereldwijd binnen de perken blijven omdat dit gas het broeikaseffect versterkt. IJzerbemesting lijkt een oplossing: CO₂uit de atmosfeer wordt door algen in de oceaan opgeslagen. Het ijzerbemestplan van de onderzoeksgroep van professor De Baar is gefundeerd op eerder wetenschappelijk onderzoek. IJsboringen op Antarctica laten zien dat lagen die tijdens de ijstijden zijn gevormd weinig kooldioxide bevatten. In diezelfde lagen zit wel veel ijzerstof, ongeveer vijftien keer zoveel als in de tussenliggende warme perioden.

Ook op korte termijn speelt ijzer een rol bij het CO₂-gehalte in de lucht. In 1991, na de uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen, wervelden een jaar lang grote stofwolken boven de Stille Oceaan. Opvallend is dat de 'normale' stijging van het CO₂-gehalte in de atmosfeer dat jaar stilstond. Extra ijzerstof in de oceaan heeft blijkbaar de algengroei gestimuleerd, waardoor meer CO₂in zee werd vastgelegd. In 1992 stellen onderzoekers vast dat een ijzerstofwolk vanuit Zuid-Amerika in de Stille Oceaan een stijgende algenbloei en een verhoogde CO₂-opname veroorzaakt.

Het eerste ijzerbemestingsexperiment –in 1993– mislukt. Na enkele dagen schuift een waterlaag over het bemeste gebied. Een volgende ploeg heeft in 1995 meer succes. Met een halve ton ijzerzout halen ze zo'n honderd ton kooldioxide uit de atmosfeer.

Kringen
De bemanning van de Polarstern herhaalde het onderzoek afgelopen maand op grotere schaal. In twee tanks op het achterdek van het schip mengden ze ijzerpoeder met zeewater. Terwijl het schip in steeds grotere kringen rond een boei voer, loosde een slang vanuit de tanks per uur 2000 liter ijzerrijk zeewater. De scheepsschroeven mengden het water uit de tank direct met het omringende zeewater, waardoor het ijzergehalte van het water honderd keer zo hoog werd.

De oceanografen hebben als plaats voor het experiment een wervel gekozen met een diameter van 200 kilometer, die ook goed zichtbaar is op satellietbeelden. De ijzervlek bleef alledrie de weken van het onderzoek in het midden van de wervel en is zelfs als een groene oase in de waterwoestijn op satellietfoto's terug te vinden.

Lastig
IJzersporen meten vanaf een metalen schip is een lastige bezigheid. Op de Polarstern werken de wetenschappers in tot laboratorium omgebouwde zeecontainers met gezuiverde lucht. De ijzervlek in de oceaan is alleen te volgen als er naast honderden kilo's ijzerstof ook 50 gram sulfurhexafluoride (SF6) in zee wordt verspreid. SF6 is volgens De Baar vele malen beter aan te tonen dan ijzer. „Op plaatsen waar onze Engelse collega's de hoogste concentratie SF6 maten, gingen wij op zoek naar ijzer.”

Watermonsters van verschillende diepten maken duidelijk wat er onder de zeespiegel met het ijzer gebeurt. „Daarvoor laten we een rek met 24 flessen naar beneden zakken”, zegt De Baar. „Op verschillende diepten vult een fles zich automatisch met water. Als ze weer binnengehaald zijn, wordt het zeewater verdeeld over diverse onderzoekers. Vijf analisten houden zich bijvoorbeeld bezig met het tellen van algen onder de microscoop. Anderen onderzoeken hoe snel de zogenaamde 'grazers' de algen opeten en naar de diepzee brengen.”

Tijdens het drie weken durende experiment nemen alle kleine organismen –plankton, algen en bacteriën– in aantal toe. Grotere organismen, zoals krill en roeipootkreeftjes, komen elke nacht vanuit de diepte omhoog, eten van het kleine plankton en duiken bij het eerste zonlicht weer naar beneden, omdat ze anders worden opgegeten door passerende albatrossen. Zo heeft koolstoftransport naar de diepzee plaats.

Het kooldioxidegehalte van de lucht is niet gemeten. „De storm bemoeilijkt dat. Ook is er geen nauwkeurige methode om een eventuele afname te meten. Daarom meten wij de hoeveelheid CO₂in het water”, legt De Baar uit. De metingen geven aan dat de oceaan tijdens het experiment 400 ton koolstof extra heeft opgenomen, een fractie van de miljarden tonnen die elk jaar in de atmosfeer komen.

Na een week bleek bijna al het ijzer door algen opgenomen of door wind en stromingen verspreid. Een groot deel zakt als roestdeeltjes naar beneden. Dat levert volgens De Baar geen gevaar op voor het milieu. „Ook de zeebodem bestaat voor 4 procent uit ijzer. Het kleine beetje ijzer dat wij daaraan toevoegen, verhoogt dat gehalte nauwelijks.”

Supertanker
„Geef me per jaar het ijzer van een halve supertanker en ik zal het kooldioxideprobleem oplossen”, is de stelling van de eerdergenoemde Martin. Met die uitspraak is De Baar niet gelukkig. „IJzerbemesting op grote schaal brengt enorme technische problemen met zich mee. Denk alleen al aan de ruige weersomstandigheden en lage temperaturen ter plekke. Als we ook het kostenplaatje daarbij betrekken, denk ik dat er te veel hindernissen zijn. We hebben alleen aangetoond dat het wetenschappelijk mogelijk is.”

Ook op het ethische vlak zijn volgens De Baar de nodige kanttekeningen te maken. „De vraag is of we wel willen ingrijpen in het ecosysteem. We kennen de gevolgen op lange termijn niet.” Is het wenselijk onze problemen met CO₂in de lucht op te lossen door nu ook al met de zee te gaan knoeien? vraagt de hoogleraar zich af.

De Baar onderstreept dat hun experiment niet in eerste instantie bedoeld is om het versterkte broeikaseffect in te perken. „We willen een beter begrip krijgen van de stofwisseling en de ademhaling van de biosfeer. Oceanen nemen 40 procent op van de kooldioxide die ontstaat bij verbranding van fossiele brandstoffen. Het is belangrijk dat we precies weten hoe dat werkt.”