High and low tide cause low and high methane fluxes

[Nederlandse versie onder de Engelse versie]

Swamp gas at sea

Methane (CH₄) is a particularly strong greenhouse gas. Among other sources, it is produced when plant remains and other organic material in the bottom of a swamp or a canal, but also in the bottom of the North Sea, is broken down by bacteria, in the absence of oxygen. In the case of the North Sea, this involves old layers of organic materials at a depth of up to 600 meters in the seabed, which is converted by bacteria into methane. And like from a muddy canal that you poke into with a stick, that methane can also escape from the sea floor when the pressure gets high enough.

Large variation

To close the books on all sources and sinks of greenhouse gases, it is important for climate science to know how much methane is coming out of the seafloor and, more importantly, how much of that powerful greenhouse gas reaches the atmosphere. De Groot now cautions against jumping to conclusions in that research. Measurements at a bubbling methane source at a depth of forty meters, near the Dogger Bank which is located roughly between Denmark and Scotland, showed that considerable variations can occur. Not only do methane emissions differ between summer and winter, but high and low tides also appear to have a robust influence: emissions can easily be three times higher or lower depending on the tide. “If you don’t take this effect into account, you will probably over- or underestimate the methane emission from the sea bottom,” says De Groot.

Bacteria eating methane

In summer, when the water is slightly calmer and warmer and different temperature layers can be seen, measurably less methane is released from the water into the air above it. De Groot attributes this phenomenon to the activity of yet other bacteria, that actually consume methane and then emit it as the less potent greenhouse gas CO₂. "In summer, the water is calmer, and the methane is more concentrated in the lower layers. Bacteria then have more time to convert the gas into water and CO₂", De Groot says.

Warning colleagues

One cannot really influence the amount of methane escaping from the soil or being cleared by bacteria in seawater. Nevertheless, De Groot notes that the warming of the climate, in this case has a positive effect. “In warmer waters, more methane is consumed by bacteria. On the other hand, increasing storms may enhance the amount of methane that escapes to the atmosphere.”

The research by De Groot and colleagues is therefore primarily a warning to colleagues in science. "If you take too few measurements and then only during high tide or in the summer, you could easily conclude that the amount of methane from the seabed is not that bad. You can only get an adequate picture of the emission of this greenhouse gas if you take regular measurements, preferably in different seasons," says De Groot.

Eb en vloed zorgen voor hogere of lagere uitstoot van methaan

Methaan, dat van nature uit de bodem van de Noordzee opborrelt en een sterk broeikasgas is, wordt beïnvloed door de druk van hoog- of laagwater. Deze uitstoot kan zomaar drie keer meer of minder, zijn afhankelijk van het getij. Dat blijkt uit onderzoek van NIOZ-oceanograaf Tim de Groot, gepubliceerd in Nature Communications Earth and Environment. “Ons onderzoek laat zien dat je nooit op één meting af kunt gaan, wanneer je wilt weten hoeveel methaan er uit de zeebodem ontsnapt”, benadrukt De Groot.

‘Slootgas’ op zee

Methaan (CH₄) is een bijzonder sterk broeikasgas. Het ontstaat onder andere wanneer plantenresten en ander organisch materiaal in de bodem van een moeras of een sloot, maar dus ook in de bodem van de Noordzee door bacteriën, zonder zuurstof wordt afgebroken. In het geval van de Noordzee gaat het om lagen van oud organisch materaal op wel 600 meter diepte in de zeebodem, die door bacteriën wordt omgezet in methaan. En zoals uit een sloot waar je met een stok in poert, kan dat methaan ook uit de zeebodem opborrelen en in de lucht terechtkomen, als de druk hoog genoeg wordt.

Grote variatie

Om de boekhouding van alle broeikasgassen sluitend te krijgen, is het voor de klimaatwetenschap belangrijk om te weten hoeveel methaan er uit de zeebodem komt en vooral: hoeveel van dat sterke broeikasgas ook daadwerkelijk de atmosfeer bereikt. De Groot waarschuwt nu dat je bij dat onderzoek niet te snelle conclusies moet trekken. Metingen bij een bubbelende methaanbron op veertig meter diepte, vlak bij de Doggersbank die zich grofweg tussen Denemarken en Schotland bevindt, lieten zien dat er flinke variaties kunnen optreden. Niet alleen verschilt de uitstoot van methaan tussen zomer en winter, ook hoog- en laagwater blijken een stevige invloed te hebben: de gemeten concentraties konden wel drie keer zo hoog zijn, afhankelijk van het getij. “Als je geen rekening houdt met dit effect van eb en vloed, heb je dus grote kans dat je de hoeveelheid methaanuitstoot over- of juist onderschat,” aldus De Groot.

Bacteriën die methaan opeten

Ook in de zomer, wanneer het water iets rustiger en warmer is en er verschillende temperatuurlagen te zien zijn, komt er meetbaar minder methaan uit het water naar de lucht erboven. De Groot wijt dat vooral aan de activiteit van weer andere bacteriën, die methaan juist consumeren en dat vervolgens uitstoten als het behoorlijk minder sterke broeikasgas CO₂. “In de zomer is het water rustiger en zit het methaan meer geconcentreerd in de onderste waterlaag. Bacteriën hebben dan meer tijd om het gas om te zetten in water en CO₂.”

Waarschuwing aan de wetenschap

Aan de hoeveelheid methaan die uit de bodem ontsnapt of die wordt opgeruimd door bacteriën in het zeewater kun je niet echt iets veranderen. De Groot constateert wel dat de opwarming van het klimaat de situatie nu eens niet verergert, maar juist een beetje verbetert. “Bij hogere temperaturen wordt er meer methaan opgeruimd door bacteriën in het zeewater. Aan de andere kant hebben stormen weer een versterkend effect op het ontsnappen van methaan uit zee.”

De Groot ziet het onderzoek vooral een waarschuwing aan de wetenschap. “Als je te weinig metingen doet en dan ook nog nèt tijdens hoogwater of alleen in de zomer, zou je zomaar kunnen concluderen dat de hoeveelheid methaan die vanuit zee de atmosfeer bereikt meevalt. Een écht goed beeld van de uitstoot van dit broeikasgas rondom dit soort bronnen krijg je pas als je heel regelmatig metingen doet en het liefst ook in verschillende seizoenen”, aldus De Groot.