WASHINGTON — Kleine, zinkende afvalvlokken in de oceaan vallen langzamer dankzij de groeven rondom elke vlok, zo blijkt uit nieuwe waarnemingen.
Het onzichtbare slijm maakt ‘komeetstaarten’ die elke vlok omringen, meldde natuurkundige Rahul Chajwa van Stanford University op 19 november tijdens een bijeenkomst van de Division of Fluid Dynamics van de American Physical Society. Die slijmstaarten vertragen de snelheid waarmee de schubben vallen. Dit zou van invloed kunnen zijn op de snelheid waarmee koolstof diep in de oceanen wordt opgeslagen, waardoor de fysica van dit kleverige mengsel belangrijk wordt voor het begrijpen van het klimaat op aarde.
Hoewel wetenschappers wisten dat de trog een onderdeel was van “zeesneeuw” die in de oceaan viel, hadden ze niet eerder het effect ervan op de zinksnelheid gemeten.
Zeesneeuw is gemaakt van dood en levend fytoplankton, rottend organisch materiaal, uitwerpselen, bacteriën en andere aquatische details, allemaal verpakt in slijm dat door organismen wordt geproduceerd. Net als het vuil waarvan bekend is dat het de luchtwegen verstopt tijdens het respiratoire virusseizoen, is slijm een zogenaamde visco-elastische vloeistof (SN: 17.3.16). Het is iets dat vloeit als een vloeistof, maar ook elastisch gedrag vertoont en terugveert nadat het is uitgerekt.
Deze onderwatersneeuwstorm is niet eenvoudig te bestuderen. Wanneer ze in de oceaan worden waargenomen, zinken de deeltjes snel uit het zicht. In het laboratorium kunnen de deeltjes lange tijd worden waargenomen, maar als je aan land loopt, wordt de kwetsbare zeesneeuw afgebroken en de levende organismen daarin gedood.
Dus bouwden Chajwa en collega’s een natuurkundig laboratorium op zee. Op een onderzoeksschip in de Golf van Maine verzamelde het team mariene sneeuwdeeltjes in vallen 80 meter onder het wateroppervlak. Vervolgens voerden ze hun vangst in een apparaat aan boord, ontworpen om vallende deeltjes te observeren.
Het wordt ‘zwaartekrachtmachines’ genoemd en is een met vloeistof gevuld wiel dat draait om een individuele vlok in het gezichtsveld van de camera te houden. Het lijkt een beetje op een hamsterwiel voor vallend puin. Terwijl de vlok zinkt, draait het wiel om de sneeuw in de tegenovergestelde richting te verplaatsen, waardoor de sneeuwval voor onbepaalde tijd kan worden waargenomen. De zwaartekrachtmachine zelf was op een cardanische ophanging gemonteerd die was ontworpen om te voorkomen dat spatten het schip doen schommelen.
“Het is een heel mooi compromis tussen de echte zeesneeuw die je in de oceaan tegenkomt en wat je praktisch in het laboratorium kunt doen”, zegt biofysicus Anupam Sengupta van de Universiteit van Luxemburg, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Om te observeren hoe de vloeistof rond de deeltjes stroomt, voegden de onderzoekers kleine kralen toe aan de vloeistof in de zwaartekrachtmachine. Hieruit bleek de snelheid van de vloeistofstroom rond de deeltjes. De vloeistofstroomsnelheid wordt vertraagd in het komeetstaartgebied rond het deeltje, waardoor een onzichtbaar slijm zichtbaar wordt dat met het deeltje meezinkt.
Deeltjes zonken met een snelheid van wel 200 meter per dag. Het slijm speelde een grote rol in de snelheid van het zinken. “Hoe meer slijm, hoe langzamer de deeltjes zinken”, zegt Chajwa. Gemiddeld zorgt het slijm ervoor dat mariene sneeuwdeeltjes twee keer zo lang in de bovenste 100 meter van de oceaan blijven hangen dan anders het geval zou zijn, ontdekten Chajwa en collega’s.
Als het diep genoeg valt, kan zeesneeuw koolstof uit de atmosfeer opslaan. Dit komt doordat levend fytoplankton, net als planten, kooldioxide opneemt en zuurstof afgeeft. Wanneer fytoplankton zeesneeuw vormt, nemen ze die koolstof mee terwijl ze zinken. Als een vlok de bodem van de oceaan bereikt, kan deze zich op de bodem nestelen in een schuim dat de koolstof gedurende langere tijd vasthoudt. Hoe sneller deeltjes zinken, hoe groter de kans dat ze de afgrond bereiken voordat ze door wezens worden opgegeten (SN: 23.6.22).
Weten hoe snel de deeltjes zinken is belangrijk voor het berekenen van de invloed van de oceaan op het klimaat op aarde en hoe dat zou kunnen veranderen naarmate het klimaat warmer wordt, zeggen onderzoekers. Oceanen zijn belangrijke spelers in de koolstofcyclus van de planeet (SN: 2.12.21), en wetenschappers schatten dat de oceanen ongeveer 30 procent van de koolstofdioxide hebben opgenomen die mensen sinds de industrialisatie hebben uitgestoten. Chajwa en collega’s hopen dat hun resultaten kunnen worden gebruikt om klimaatmodellen te verfijnen, waarbij momenteel geen rekening wordt gehouden met slijm.
Dit slijm is dus niets om naar te niezen. “We hebben het over microscopische fysica”, zegt Stanford-fysicus Manu Prakash, co-auteur van het artikel, dat ook werd gepubliceerd in een artikel dat op 3 oktober werd ingediend bij arXiv.org. “Maar vermenigvuldig dat met het volume van de oceaan… dat geeft je de omvang van het probleem.”