Omsætning af kvælstof og kulstof i marine områder

Kulstofomsætning i Arktiske farvande

Vi forsker i, hvordan produktionen og nedbrydningen af planktonalger påvirker udvekslingen af kuldioxid mellem hav og atmosfære og, hvordan dette reguleres i arktiske farvande. De regulerende faktorer, vi undersøger, er bl.a. næringsstoftilgængelighed, lysforhold, indhold af organisk stof, ferskvandstilførsel etc.

Baggrund

Ophobningen af kuldioxid (CO2) i atmosfæren modvirkes i betydelig grad af havets optagelse af CO2. Denne CO2 bindes i algemateriale, der indgår i fødekæderne. Den største del af dette nedbrydes til CO2 i nærheden af overfladen og kan bruges til ny produktion eller returneres til atmosfæren. Den resterende del eksporteres til dybhavet eller begraves i havbunden, og er således ikke længere aktivt som drivhusgas. Produktionen af algemateriale kræver både lys og næringsstoffer.

I Arktis fungerer havisen i en del af året som et låg, der stort set stopper tilførslen af lys og dermed forhindrer algevækst. Om sommeren er der lys tilgængelig, men ofte bliver algevæksten begrænset i takt med at næringsstofferne forbruges. Overfladelaget bliver relativt ferskt som følge af smeltning af is og sne, hvilket skaber en lagdeling, som forhindrer tilførsel af næringsstoffer nedefra. Lagdelingen nedbrydes om efteråret, men her kan dannelse af is forhindre lyset i at nå ned til algerne. Imidlertid betyder den globale opvarmning, at isen dannes senere på året, og perioden med algeproduktion forlænges. Det vides ikke om denne sene produktion bliver kvantitativt betydende. Dens størrelse vil afhænge af, om tilførslen af næringsstoffer ved efterårs-opblandingen sker så tidligt, at der fortsat er lys til at drive produktionen.  

Kvælstofomsætning i havet

Der kendes i dag to forskellige mikrobielle processer, anammox og denitrifikation, der katalyserer fjernelsen af plantetilgængeligt kvælstof fra havmiljøet. Jeg forsker i, hvordan disse processer reguleres og med hvilken hastighed de fjerner kvælstof. Det omfatter projekter i danske farvande, Østersøen og Stillehavet.   

Baggrund

Kvælstof er nødvendigt for alle levende organismer, primært til indbygning i proteiner og arvemateriale. I havet er produktionen af alger, primærproduktionen, primært begrænset af tilgængeligheden af kvælstof. Således muliggør tilførsel af kvælstof fra land en større primærproduktion i de kystnære farvande end i oceanerne, hvor kvælstof primært tilføres gennem mikroorganismers fiksering af kvælstof fra luften (N2).

Sideløbende med tilførslen af kvælstof sker der en fjernelse af det plantetilgængelige kvælstof, hvor dette omdannes til N2. Dette sker i områder med meget lav iltkoncentration, f.eks. i havbunden, hvor der kun er ilt i overfladelaget, og i oceanernes iltminimumszoner. Sidstnævnte er store områder af Stillehavet og det Arabiske Hav stort set uden ilt. Det antages, at op til halvdelen af den marine kvælstoffjernelse sker i iltminimumszonerne, og resten sker i havbunden.

Omsætning af kvælstof og nitratlagring i mikroorganismer

Flere helt forskellige mikroorganismer er specialister i at oplagre nitrat inde i deres celler. Nitratlageret giver organismerene mulighed for en unik livsstrategi uden ilt, og deres livsform har betydning for tilgængeligheden af kvælstof i havmiljøet.

Baggrund

Nitratlagring er især kendt hos de store hvide svovlbakterier Beggiatoa og Thioploca, der ses som hvide måtter på havbunden i områder med lave iltkoncentrationer. Men også andre organismer, f.eks. foraminiferer og gromiider oplagrer store mængder nitrat. De nitratlagrende livsformer påvirker kvælstofkredsløbet og vi undersøger, hvordan nitraten omsættes af mikroorganismerne.  Svovlbakterierne omsætter typisk nitrat til ammonium og kvælstoffet forbliver i miljøet. Der i mod omdanner foraminifererne nitraten til frit kvælstof, der ikke er tilgængeligt for havets alger.

For øjeblikket fokuseres der på gromiiderne. Vi ved ikke om gromiidernes egne enzymer kan høste energi ud af den oplagrede nitrat eller om gromiiderne indgår i en symbiose med intracellulære bakterier. Vi kender heller ikke slutproduktet af gromiidernes nitratomsætning. 

I andre projekter er fokus på mikroorganismernes produktion af lattergas. Lattergas er en potent drivhusgas og mikrobielle belægninger knyttet til alger og invertebrater kan under bestemte forhold producere store mængder lattergas (N2O).  Forskningen foregår i Grønland og Danmark og sker i samarbejde med Sektionen for Mikrobiologi, Sektionen for Akvatisk Biologi, Arktisk Center og Naturinstituttet i Nuuk, Grønland.