Aluminium and manganese in the West Atlantic Ocean

Aluminium en mangaan in de West-Atlantische Oceaan

De verdeling van aluminium in de oceaan vindt plaats door het oplossen van atmosferische stof, het adsorberen en desorberen van aluminium aan opaal, en het opdwarrelen en oplossen van aluminium van de oceaanbodem. Dit is een van de conclusies die Marco van Hulten trekt uit zijn onderzoek naar het gedrag van de spoormetalen aluminium (Al) en mangaan (Mn) in de oceaan. Hij deed dit door de distributies te simuleren van opgelost Al en opgelost Mn met biogeochemische modellen die ingebed zijn in driedimensionale oceaanmodellen.

Van Hultens onderzoek is het eerste waarin de driedimensionale distributies van opgelost Mn en mangaanoxides zijn gemodelleerd. Veel kenmerken van de distributie van opgelost Mn zijn gereproduceerd door het model. Deze kenmerken bevatten de over het algemeen hogere concentraties van opgelost Mn onder en stroomafwaarts van locaties van stofdepositie en de verhoogde concentraties nabij vulkanische bronnen. Van Hulten richtte zijn onderzoek op de relevantie van het essentiële spoornutriënt mangaan in het maritieme ecosysteem, waar doorgaans minder aandacht voor is dan voor de rol van mangaan in ons voedsel. Daarnaast keek hij naar aluminium - hoewel de relevantie daarvan  indirecter is – omdat kennis over de aluminiumcyclus in de oceaan ook kennis oplevert over de distributie van andere spoorelementen, zoals mangaan.

Recent zijn vele monsters van zeewater geanalyseerd binnen het internationale GEOTRACES-programma dat tot doel heeft de biogeochemische kringlopen beter te begrijpen, met als focus de metingen van spoormetalen in monsters zeewater. Van Hulten heeft de gemeten concentraties van opgelost Al en Mn vergeleken met gesimuleerde opgeloste Al- en Mn-concentraties in een computermodel. Op hun beurt kunnen de resultaten van de simulaties worden gebruikt voor het verder ontwikkelen van deze modellen om de verdelingen van opgelost Al en Mn preciezer te simuleren, en/of ons begrip van de processen te verbeteren. Er zijn twee redenen waarom het gedrag van Al in de oceaan wordt onderzocht. In de eerste plaats wordt Al opgenomen door diatomeeën, een type fytoplankton met een extern skelet van kiezel (SiO₂), als plaatsvervangend spoormetaal voor silicium (Si). De verhouding van opname is in de orde van circa één atoom Al per 500–1000 atomen Si. Naarmate kiezel een hogere concentratie Al bevat, wordt de oplosbaarheid ervan lager, wat een effect heeft op de beschikbaarheid van Si in de fotische zone waar diatomeeën kunnen groeien. In de tweede plaats kan de concentratie van opgelost Al in het oppervlak van de oceaan worden gebruikt als indicator voor beschikbare nutriënten van stofdeeltjes die vanaf het land via de lucht in het oppervlaktewater van de oceanen terecht komen. Deze stofdeeltjes bevatten zowel Al als diverse spoornutriënten, met name ijzer (Fe) en mangaan (Mn). Het biogeochemische Al-model in Van Hultens proefschrift heeft twee bronnen: de atmosfeer (stof) en het sediment in de oceaan. Interne processen zijn adsorptie van Al aan kiezel, sedimentatie en circulatie. De belangrijkste kenmerken van de wereldwijde distributie van opgelost Al in de oceaan zijn gesimuleerd in overeenstemming met de beschikbare observaties. In het bijzonder heeft Van Hulten de GEOTRACES-observaties in de West-Atlantische Oceaan en de Atlantische sector van de Zuidelijke Oceaan redelijk goed kunnen reproduceren met het model. Mangaan wordt gebruikt voor fotosynthese. Wegens deze belangrijke functie willen we graag weten hoe Mn verdeeld is in de oceaan. Mangaan komt binnen in de oceaan via atmosferisch stof, rivieren, onderwatervulkanen en diffusie uit het sediment. Mangaan wordt verwijderd door oxidatie en zinken van geoxideerd Mn, en het zinken van door plankton opgenomen Mn.

Marco van Hulten promoveert aan de Rijksuniversiteit Groningen op onderzoek uitgevoerd binnen onderzoeksinstituut ESRIG (Energy and Sustainability Research Institute Groningen).  Het onderzoek is verricht bij het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI), maar er is ook samengewerkt met het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) en met Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE). Het onderzoek maakt deel uit van het GEOTRACES-programma (www.geotraces.org). Het werd gefinancierd door NWO. Zijn huidige werkgever is LSCE, Gif-sur-Yvette, Frankrijk.