Coastal waters as methane hotspots

While human-made sources of methane are well-studied, natural sources like coastal waters remain less understood. These shallow, dynamic ecosystems are rich in methane, and because the water is not very deep, methane-eating microbes (methanotrophs) have little time to break it down before it escapes into the atmosphere.

The study investigated three regions: the Doggerbank seep area in the North Sea, the Dutch Wadden Sea, and coastal waters near Svalbard in the Arctic. Findings revealed that methane emissions are highly influenced by natural factors like tides and seasonal changes, which also affect the activity of methane-eating microbes.
 

Insights from the Wadden Sea, North Sea and Arctic

In the Wadden Sea, methane levels and emissions were higher during warmer seasons when microbial activity was stronger. However, even in colder seasons, methane concentrations remained high, with windy conditions contributing to significant atmospheric releases. Tidal currents transported methane into neighboring waters, where it could still escape into the atmosphere, highlighting the broader impact of coastal methane dynamics.

At the Doggerbank seep area, falling tides triggered bursts of methane release while also stimulating microbial activity in deeper waters. However, during cooler autumn months, when water mixed, microbial activity decreased leading to more methane escaping into the atmosphere compared to summer.

In the Arctic near Svalbard, methane concentrations were highest near the seafloor, where diverse and abundant microbial communities were present. Ocean currents played a key role in spreading methane and microbes, limiting their ability to fully break down the gas before it reached the atmosphere.

Adaptability of microbes

In addition to fieldwork, laboratory experiments revealed that methanotrophic microbes are remarkably adaptable. They thrive in a range of environmental conditions, including shifts in temperature, salinity, and methane levels. ‘As ecosystems change, methane-eating microbes adapt. When one group struggles, another takes over, keeping nature’s methane filter running even in a warming world,' says Tim de Groot. 'Coastal areas may cover only a small part of the ocean, but they are hotspots for methane emissions. As climate change reshapes these systems, understanding how methane emissions will evolve—and how we can mitigate them—becomes increasingly urgent.’

Kustwateren: een onderschatte bron van methaan

Ondiepe kustwateren zijn hotspots voor methaanuitstoot: er komen grote hoeveelheden van dit krachtige broeikasgas vrij in de atmosfeer, waar het bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Nieuw onderzoek laat zien hoe getijden, seizoenen en oceaanstromingen de uitstoot van methaan sterk beïnvloeden en hoe piepkleine micro-organismen, methanotrofen genaamd, de impact ervan helpen verminderen. De bevindingen maken deel uit van een proefschrift van NIOZ-promovendus Tim de Groot, dat hij op 31 januari 2025 zal verdedigen aan de Universiteit Utrecht.

Kustwateren als methaan-hotspots

Terwijl door de mens veroorzaakte bronnen van methaan goed bestudeerd zijn, is er minder bekend over natuurlijke bronnen van dit broeikasgas, zoals kustwateren. Deze ondiepe, dynamische ecosystemen zijn rijk aan methaan. En doordat het water niet erg diep is, hebben methaanetende microben, zogeheten methanotrofen, weinig tijd om het af te breken voordat het in de atmosfeer ontsnapt. Dat maakt van kustwateren hotspots van methaanuitstoot.

In het onderzoek werden drie gebieden onderzocht: het specifieke deel van de Doggersbank dat een methaanbron vormt in de Noordzee, de Nederlandse Waddenzee en de kustwateren bij Spitsbergen in het Noordpoolgebied. Hieruit bleek dat de methaanemissies van deze gebieden sterk beïnvloed worden door natuurlijke factoren zoals getijden en seizoensveranderingen, die tevens de activiteit van de methaanetende microben beïnvloeden.

Inzichten uit de Waddenzee, Noordzee en Noordpoolgebied

In de Waddenzee waren de methaanniveaus en -emissies hoger tijdens warmere seizoenen, wanneer de microben actiever waren. Maar zelfs in koudere seizoenen bleven de methaanconcentraties hoog, waarbij winderige omstandigheden bijdroegen aan een aanzienlijke uitstoot in de atmosfeer. Getijdenstromingen transporteerden methaan naar aangerenzende wateren, waar het alsnog in de atmosfeer kon ontsnappen. Dit laat zien dat de dynamiek van methaan aan de kust grote impact heeft.

In het Doggerbank-gebied zagen de onderzoekers dat afnemend tij (van vloed naar eb) zorgde voor plotselinge uitbarstingen van vrijkomend methaan. Ook stimuleerde het getij de microbiële activiteit in diepere wateren. Tijdens de koelere herfstmaanden, wanneer het water van diep en ondiepe gebieden mengde, nam de microbiële activiteit echter af. Hierdoor ontsnapte er in de herfst meer methaan in de atmosfeer dan in de zomer.

In het noordpoolgebied bij Spitsbergen waren de methaanconcentraties het hoogst bij de zeebodem, waar veel verschillende soorten methanotrofische microben in grote getalen aanwezig waren. Oceaanstromingen speelden een belangrijke rol bij de verspreiding van zowel methaan als microben, waardoor de microben minder goed in staat waren om het gas volledig af te breken voordat het de atmosfeer bereikte.

Aanpassingsvermogen van microben

Naast het onderzoek op zee, bleek uit laboratoriumexperimenten dat methanotrofe microben een opmerkelijk aanpassingsvermogen hebben. Ze gedijen goed in verschillende omstandigheden in hun leefomgeving, waaronder verschuivingen in temperatuur, zoutgehalte en methaanniveaus. “Als ecosystemen veranderen, passen methaanetende microben zich aan. Als de ene groep het moeilijk heeft, neemt een andere het over. Zo blijft de methaanfilter van de natuur draaien, zelfs in een opwarmende wereld”, zegt promovendus Tim de Groot. “Kustgebieden beslaan misschien maar een klein deel van de oceaan, maar ze zijn hotspots voor methaanuitstoot. Naarmate deze systemen door klimaatverandering veranderen, wordt het steeds urgenter om te begrijpen hoe methaanemissies zich zullen ontwikkelen en hoe we ze kunnen beperken.”