Des marais salants comme celui-ci près de Saint-Augustin, Floride, ont stocké du carbone organique pendant des centaines à des milliers d'années dans un environnement pauvre en oxygène. Crédit :Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement
Milieux côtiers supportant les herbiers, les marais salants et les mangroves sont des réservoirs de vastes réserves de carbone organique connu sous le nom de carbone bleu. Ces réservoirs ont piégé du carbone organique sous la surface pendant des centaines à des milliers d'années dans un environnement pauvre en oxygène.
Malheureusement, les zones côtières sont en train de changer en raison de l'élévation du niveau de la mer et de l'empiètement humain. La combinaison de l'érosion et de la destruction de l'habitat permet au carbone bleu piégé de se mélanger à l'eau de mer. Les organismes présents dans l'eau de mer consomment le carbone organique et libèrent du dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
« Il y a un intérêt croissant pour les habitats de carbone bleu, car ils rendent un service naturel et précieux en séquestrant le CO2, " dit Thomas Bianchi, Jon et Beverly Thompson titulaires de la chaire des sciences géologiques de l'Université de Floride. « Les plantes côtières utilisent le CO2 pour se développer grâce à la photosynthèse, mais ils le stockent aussi pendant de longues périodes dans les sols et les sédiments dans lesquels ils vivent. C'est unique, parce que d'autres habitats végétaux recyclent le CO2 de leurs sols dans l'atmosphère beaucoup plus rapidement."
Bianchi est co-chercheur principal qui étudie la conversion du carbone bleu en CO2 dans le cadre d'une proposition d'installations intégrant des collaborations pour la science des utilisateurs pour l'exercice 2017. Grâce à FICUS, Bianchi et ses collègues utiliseront l'expertise et les capacités d'EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement, une installation utilisateur du DOE Office of Science au Pacific Northwest National Laboratory, et le DOE Joint Genome Institute, également une installation d'utilisateurs du DOE Office of Science au Lawrence Berkeley National Laboratory.
L'équipe de recherche comprend les co-PI Andrew Ogram et Todd Osborne, associée postdoctorale Ana Arellano, et les étudiants diplômés Elise Morrison et Derrick Vaughn, tous avec l'Université de Floride; Co-PI Nicholas Ward, un scientifique du Pacific Northwest National Laboratory; et Yina Liu, un chercheur postdoctoral de l'EMSL. Une étude autofinancée, le soutien vient de la dotation Thompson et de l'Université de Floride.
Les membres de l'équipe ont fabriqué des lixiviats à partir de tourbe (la brune) et d'algues stables marquées isotopiquement (la verte). Ils ont trempé les matériaux dans l'eau pendant une journée à température ambiante dans l'obscurité, puis filtré le matériau pour ne laisser que le carbone organique dissous. Crédit :Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement
« Nous sommes intéressés à étudier ce qui se passe lorsque vous prenez ce grand puits de carbone dans les sols et les sédiments côtiers, et vous commencez à le sculpter avec l'élévation du niveau de la mer et l'érosion des vagues, ", dit Bianchi. "Qu'est-ce qui contrôle la vitesse à laquelle ce carbone est reconverti en CO2 ?"
Décomposition d'amorçage
L'amorçage est l'un des facteurs affectant la vitesse à laquelle le carbone stocké devient du CO2. Par exemple, les microbes ont du mal à décomposer la paille. Mélanger de la paille avec de la luzerne accélère le processus de décomposition. Les microbes mangent rapidement la luzerne, mais ils brisent aussi la paille. La présence de matière plus digeste amorce la paille à décomposer.
Les scientifiques ont étudié l'effet d'amorçage dans les sols, mais peu d'études ont étudié l'amorçage dans les systèmes côtiers. Dans cette étude, l'amorçage est le mélange de matières végétales supérieures pourries (plantes avec des systèmes enracinés) avec des algues côtières pour permettre aux microbes de les décomposer plus rapidement.
"Nous avons émis l'hypothèse que la dégradation du carbone bleu stocké serait beaucoup plus rapide en présence d'algues qu'en leur absence, " dit Bianchi.
L'équipe a effectué une série d'incubations dans une chambre noire à température contrôlée. Il y avait 36 bouteilles au total avec quatre traitements différents, trois points temporels pour la collecte de matériel génomique et trois répétitions par traitement/point temporel. Crédit :Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement
L'équipe de Bianchi a testé l'hypothèse avec une série d'expériences réalisées au Whitney Laboratory for Marine Bioscience de l'Université de Floride en utilisant de l'eau de mer, un mélange d'algues, et tourbe côtière des zones humides de Floride dans quatre traitements - (1) contrôle de l'eau de mer, (2) mélange d'eau de mer et d'algues, (3) eau de mer et tourbe, et (4) eau de mer, mélange d'algues et de tourbe. Ils ont mesuré la quantité de CO2 produite au fil du temps par les quatre traitements. L'équipe a utilisé des isotopes comme marqueurs chimiques pour suivre la source des molécules de CO2. Des échantillons de ces expériences ont été soumis à l'EMSL et au DOE JGI pour des mesures à haute résolution de la composition en carbone organique et des réponses génétiques microbiennes.
"Nos données préliminaires appuient notre hypothèse, " dit Bianchi. " En présence d'algues, vous obtenez plus de tourbe de carbone bleu convertie en CO2 ".
L'effet d'amorçage pourrait être plus dramatique à mesure que les océans deviennent plus verts avec des algues en raison de la pollution par les engrais et autres ruissellements agricoles.
Connaître les microbes
Le projet utilise également les capacités EMSL et DOE JGI pour étudier les communautés microbiennes qui convertissent la tourbe en CO2. Ils veulent savoir comment les communautés changent en présence et en l'absence d'algues. Ils s'intéressent également à la façon dont les microbes décomposent la tourbe, y compris quelles enzymes ils utilisent. L'équipe utilise l'expertise et les capacités de l'EMSL en spectrométrie de masse et en résonance magnétique nucléaire pour cette partie de la recherche.
plage du croissant, près du Whitney Laboratory for Marine Bioscience de l'Université de Floride, après l'ouragan Matthew montre à quel point les zones côtières sont potentiellement sensibles à l'érosion (la voie navigable intra-côtière est de l'autre côté des dunes et l'ouragan a formé une nouvelle entrée). Crédit :Laboratoire des sciences moléculaires de l'environnement
"Être un projet FICUS nous donne une opportunité fantastique d'utiliser deux des meilleures installations de recherche au monde, " dit Bianchi. " Travailler avec EMSL et (DOE) JGI nous aidera à comprendre comment fonctionne l'amorçage, parce que nous ne connaissons vraiment pas tous les détails à ce sujet."
Bianchi dit que les résultats de l'étude pourraient améliorer les modèles climatiques à mesure que les modèles mondiaux diminuent. Des modèles climatiques sophistiqués commencent à prendre en compte les effets régionaux. Les résultats pourraient être ajoutés à un modèle régional qui inclut une conversion des terres perdues en CO2 avec l'amorçage comme facteur d'amélioration.
"Il y a une plus grande histoire, " dit Bianchi. " Un océan côtier plus vert et un environnement côtier déstabilisé en raison de l'élévation du niveau de la mer et des changements d'utilisation des terres provoquent un renouvellement rapide du carbone stocké vieux de centaines et de milliers d'années, converti en CO2 en partie par le processus d'amorçage. "
