De onderzoekers ontdekten dat vijvers, zowel natuurlijke als kunstmatige, netto uitstoters van broeikasgassen kunnen zijn, met name methaan. Door het bestuderen van koolstofbegravingspercentages en de uitstoot van broeikasgassen bleek uit de studie dat vijvers verantwoordelijk kunnen zijn voor een groot deel van de mondiale methaanemissies en grote hoeveelheden koolstof kunnen opvangen. De uitstoot van methaan, een gas dat krachtiger is dan kooldioxide, overtreft echter de hoeveelheid koolstof die door deze vijvers wordt vastgelegd.
Uit onderzoek van Cornell University blijkt dat vijvers netto uitstoters van broeikasgassen kunnen zijn, vooral methaan. Het aanpakken van de uitstoot van methaan heeft het potentieel om vijvers te transformeren van broeikasgasbronnen naar broeikasgasputten.
Hoewel door de mens gemaakte vijvers zowel broeikasgassen kunnen absorberen als vrijgeven, kunnen ze samen netto broeikasgassen uitstoten, volgens twee verwante onderzoeken van onderzoekers van Cornell University.
Deze twee onderzoeken beginnen de significante impact van door de mens gemaakte en natuurlijke vijvers op het mondiale broeikasgasbudget te kwantificeren, waarvan de meting nog niet goed wordt begrepen.
"Wereldwijde klimaatmodellen en -projecties zijn afhankelijk van nauwkeurige berekeningen van de uitstoot van broeikasgassen en de koolstofopslag", zegt Meredith Holgerson, assistent-professor ecologie en evolutionaire biologie aan het College of Agriculture and Life Sciences en senior auteur van het onderzoek. Nicholas Ray, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Holgerson, is co-auteur van beide artikelen.
Vijverimpact en koolstofbegraving
Holgerson en collega's hebben geschat dat vijvers (gedefinieerd als 5 hectare of minder, en er kunnen 1 miljard vijvers op aarde zijn) verantwoordelijk kunnen zijn voor 5% van de mondiale totale methaanemissies in de atmosfeer. Omdat veel waterlichamen echter niet nauwkeurig worden gemeten, kan het werkelijke aantal slechts de helft of tweemaal dit percentage zijn. Tegelijkertijd zijn er weinig schattingen van de koolstofbegraving in vijvers.
Op 18 augustus publiceerde het tijdschrift "Limnology and Oceanography Letters" een artikel met de titel "High Rates of Carbon Burial Linked to Autochtone Production in Artificial Ponds", waarin de koolstofbegravingpercentages van 22 Cornell experimentele vijvers werden bestudeerd. Deze zelfde vijvers (50 in totaal) werden in 1964 gebouwd en bieden een zeer gecontroleerde omgeving met gedetailleerde gegevens uit eerdere onderzoeken. Dankzij de gegevens konden Holgerson en Ray de bijdrage van managementactiviteiten aan koolstofopslag beoordelen.
Voor het onderzoek keken de onderzoekers naar eerdere managementactiviteiten, terwijl ze ook metingen van sedimentboringen en sedimentdikte uitvoerden in elk van de 22 onderzoeksvijvers. Ze maten de hoeveelheid koolstof in het sediment, extrapoleerden die metingen naar de hele vijver en deelden dat getal vervolgens door de leeftijd van de vijver om te komen tot de hoeveelheid koolstof die per vierkante meter per jaar werd vastgelegd, een getal dat van dezelfde orde van grootte was als wetlands en mangroven, en hoger dan meren.
Ze ontdekten ook dat het percentage koolstofbegravingen werd beïnvloed door waterplanten (die groot genoeg zijn om gezien te worden), vissen en hoge stikstoftoevoegingen in verhouding tot fosfor. Het toevoegen van de juiste soorten en hoeveelheden voedingsstoffen bevordert de plantengroei, waarbij koolstof wordt gebruikt om cellen te maken. Wanneer planten afsterven, worden deze voedingsstoffen op de bodem van de vijver afgezet.
Hoewel gegevens over de opslag van organische koolstof in natuurlijke vijvers ontbreken, hebben de wetenschappers hun bevindingen geëxtrapoleerd om de totale koolstofbegraving in natuurlijke en kunstmatige vijvers wereldwijd te schatten. Ze concludeerden dat natuurlijke en kunstmatige vijvers 65% tot 87% van de totale geschatte opslag in alle meren voor hun rekening nemen, wat erop wijst dat wetenschappers de hoeveelheid koolstof die wereldwijd door vijvers en meren wordt vastgelegd, onderschatten.
Seizoensgebonden veranderingen in de gasuitstoot
De tweede studie, getiteld "High Intra-Seasonal Variability in Greenhouse Gas Emissions From Temperate Constructed Ponds", gepubliceerd op 19 september in het tijdschrift Geophysical Research Letters, onderzocht de seizoensgebonden uitstoot van broeikasgassen (voornamelijk kooldioxide en methaan) uit vier experimentele vijvers aan de Cornell University.
In het onderzoek maten onderzoekers tijdens de ijsvrije periode van 2021 ongeveer elke twee weken de gasuitstoot uit deze vijvers.
"Wereldwijde schattingen van de broeikasgasbudgetten in vijvers zijn zeer onzeker, deels vanwege een gebrek aan temporele metingen", zegt Lei, hoofdauteur van het onderzoek. "De onderzoekers ontdekten dat methaan - een broeikasgas dat 25 keer krachtiger is dan kooldioxide - verantwoordelijk is voor het grootste deel van de jaarlijkse gasuitstoot, waarbij de uitstoot van kooldioxide en methaan aanzienlijk varieert per seizoen."
In de vroege zomer, wanneer de planten groeien, absorbeert de vijver kooldioxide, en later in het jaar, wanneer de planten vergaan, geeft de vijver de kooldioxide af. Methaan wordt tijdens de warme maanden uitgestoten, maar de wekelijkse emissies variëren sterk, wat de noodzaak illustreert van frequente bemonstering voor nauwkeurige boekhouding.
De onderzoekers ontdekten dat methaan zich kan ophopen wanneer water gestratificeerd is (een laag warm water zit bovenop een koudere onderste laag), wat resulteert in een hogere totale methaanemissie dan wanneer water wordt gemengd door wind of plotselinge afkoeling. Dit komt omdat methaanproducerende microben in vijverbedden zuurstofarme omstandigheden nodig hebben, en vermenging verstoort deze omstandigheden.
Mogelijke oplossingen en financiering
Wanneer de resultaten uit beide artikelen worden gecombineerd, zijn vijvers netto uitstoters van broeikasgassen, omdat de hoeveelheid methaan die vrijkomt groter is dan de hoeveelheid koolstof die in de sedimenten is opgeslagen. Maar de bevindingen verhogen ook de mogelijkheid om bubblers of onderwatercirculatoren te gebruiken om de methaanuitstoot te verminderen.
"Als we de hoeveelheid methaan kunnen verminderen, kunnen we deze vijvers mogelijk veranderen van netto uitstoters in netto absorbeerders, maar we moeten de hoeveelheid methaanemissies onder controle houden", zei Holgerson.