Inaugural lecture Rob Middag 28 October 2022 | 'We need to gain ocean literacy'

~~ for Dutch scroll down ~~

It was an enlightening insight, in the early nineties of the last century. Marine scientists proved that iron was the so-called ‘limiting factor’ for algal growth in the Southern Ocean. American oceanographer John Martin had suspected as much a few years earlier, which led him to provocatively pose that he could ‘easily’ solve the climate problem with only half a tanker full iron. He would dump it in the Southern Ocean, after which an enormous algae bloom would remove so much CO₂ from the atmosphere that the climate problem would disappear like snowflakes in the sun. ‘Give me half a tanker full of iron, and I'll give you the next ice age in return’, he jokingly bluffed.

In his inaugural lecture as new professor of Marine Biogeochemistry of Trace Metals at the University of Groningen, Rob Middag, researcher at the Royal Netherlands Institute for Sea Research, NIOZ, recalls that anecdote with a grin. But certainly not because he endorses the message.

Still, it doesn't sound weird: give algae what they lack and they will grow like crazy?
"True! And, at first, iron fertilizationwas really a 'sexy' topic in ocean science. Everyone was diving into it. That is to say: if your equipment was clean and sensitive enough to measure is, because it's not easy to detect the amount of iron equivalent to one paper clip dissolved in fifteen Olympic-sized swimming pools. In some places, the amount is even a factor of fifty lower! That means you have to work extremely clean, because otherwise you'll mainly measure the iron from your own instruments, not from the water. But as logical as it sounded, that 'solution' from Martin turned out to be far too simplistic."

Why doesn't iron fertilization work?
"In a nutshell: the ocean ecosystem is too complicated for a simple solution. Everything is connected to everything else. If the algae in the Southern Ocean start growing faster, the whole ecosystem will shift. Initial trials of iron fertilization showed that while algae production was boosted somewhat, it continued to circulate mainly in the food web. Virtually nothing was permanently sequestered at the bottom of the oceans. So, you can easily solve the shortages of algae, but cannot easily solve climate change this way.”

How is it that precisely those scarce trace metals like iron and manganese, as well as zinc and nickel, play such a central role?
"You could say that an ocean is not very different from a human body. 'Metal' may sound a little scary to some, like 'poison' even, but remember that iron is a metal of vital importance. If you don't get enough iron, you get anemia. In almost all the important processes in your body that are regulated by enzymes, tiny bits of iron or other metals play a leading role. In the ocean, it's no different."

How does the role of iron and other trace metals in the oceans affect us, landlubbers?
"Where does it nót affect you, is maybe the easier question. Just consider how much CO₂ is absorbed by the oceans. Nearly 95% of our planet's actively circulating carbon is in ocean water! So, if ecosystems or chemical balances in the oceans start shifting, it could have potentially humungous consequences for the climate. We still have only very little idea how ocean processes are connected to everything. We need to gain more ‘ocean literacy’. We want to harvest manganese nodules from the bottom of the oceans, because they contain all kinds of valuable elements. But we have no idea about the possible consequences. And even with all those offshore wind farms, we actually have to wait and see how they will, or will not, shift the biological and chemical equilibria in the coastal seas and thus perhaps also in the ocean."

Yet you say in your inaugural lecture that we do need to look to the oceans for possible solutions in the climate problem?
"Indeed, I think we have already passed a threshold. Just 'limiting emissions' is not enough anymore. We will have to start thinking about actively removing CO₂ from the atmosphere, and then the ocean is a logical candidate. But you certainly can't just wing it. In geological history, CO₂ has often been removed from the atmosphere by chemical weathering of rocks. You could mimic that, by grinding and dumping certain rocks as sand on the beach or in the ocean. But then you will want to know first what that does to bacteria or algae. Those algae are at least as important as all the rain forests combined, in taking up carbon and producing oxygen." 

As a chemical oceanographer, you have been given a chair in Groningen in what is after all a biologically oriented department, moreover: at the ESRIG research institute, which focuses on energy and sustainability. Does that make you feel like the odd one out?
"It rather makes me feel like a fish in the water. As a biogeochemist, I work in a department where people seem busy notably with growing algae and other - indeed biological - issues. But I also believe that a cobbler should not stick to his last. Cobbler, take off your blinders, I would rather say! The ocean is a very complex system of which we only understand a fraction. It is too easy to do research among like-minded people on one small aspect of that whole system. You won’t learn much that way. Only when you recognize the complexity of the ocean and can therefore investigate it in conjunction with other scientific disciplines, then we’ll get ahead."

Een foto van het nioz Titan ultra-schone monstername systeem terwijl het net uit zee komt aan boord van onderzoekschip Pelagia (links) en in de speciale lab-container (rechts). Het systeem is geheel gemaakt van plastic en titanium om verontreinig te voorkomen. Monsters uit dit systeem worden alleen in speciale laboratoria, zogenaamde ‘Clean rooms’, opgewerkt en gemeten en de lab-container is een voorbeeld van zo’n clean room. Foto’s gemaakt door Loes Gerringa, NIOZ

De oceanen beslaan niet alleen 70% van het aardoppervlak, ze houden ook nog eens bijna 95% van alle circulerende koolstof op aarde vast. Ondanks dat gigantische belang, weten we nog maar bitter weinig van de oceanen af, “laat staan van de plek van metalen als ijzer of mangaan in het functioneren van de oceanen”, zo voegt de nieuwe hoogleraar Biogeochemie van mariene sporenmetalen, Rob Middag daar in zijn oratie aan toe.

‘We moeten wat minder oceanalfabeet worden’

Het was een verhelderend inzicht, zo rond de jaren negentig van de vorige eeuw: mariene wetenschappers ontdekten dat ijzer de zogeheten ‘beperkende factor’ was voor de groei van algen in de Zuidelijke Oceanen. De Amerikaanse oceanograaf John Martin had enkele jaren daarvoor al zo’n vermoeden, waarna hij provocatief opperde dat hij het klimaatprobleem ‘heel simpel’ kon oplossen met een tanker vol opgelost ijzer. Die zou hij dan in de Zuidelijke Oceaan dumpen, waarna een enorme algenbloei zó veel CO₂ uit de atmosfeer zou halen, dat het klimaatprobleem als sneeuw voor de zon zou verdwijnen. Sterker nog: ‘Geef me een halve tanker vol ijzer, en ik geef jullie een nieuwe ijstijd terug’, zo blufte hij gekscherend.

In zijn oratie als de nieuwe hoogleraar Biogeochemie van mariene sporenmetalen aan de Rijksuniversiteit Groningen, haalt Rob Middag, tevens onderzoeker aan het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, NIOZ, die anekdote nog eens met een brede grijns aan. Maar bepaald niet omdat hij er wat in ziet.

Toch klinkt het niet gek: geef algen waar ze tekort aan hebben en ze gaan groeien als kool?
“Zeker, het was in eerste instantie ook echt een ‘sexy’ onderwerp in de oceaanwetenschap. Iedereen dook op ijzerbemesting. Tenminste: als je voldoende gevoelige meetmethoden had, want het valt niet mee om omgerekend de hoeveelheid ijzer van één paperclip in vijftien olympische zwembaden te kunnen detecteren. Op sommige plekken is de hoeveelheid zelfs nog een factor vijftig lager! Dat betekent dat je bizar schoon moet werken, want anders meet je vooral het ijzer op je eigen instrumenten, niet van het water. Maar hoe logisch het ook klonk, die ‘oplossing’ van Martin is veel te simplistisch gebleken.”

Waarom werkt ijzerbemesting niet?
“Kort samengevat: het ecosysteem van de oceanen zit te gecompliceerd in elkaar voor een simpele oplossing. Alles hangt met alles samen. Als de algen in de Zuidelijke Oceaan harder gaan groeien, gaat het hele ecosysteem schuiven. Uit de eerste proeven met ijzerbemesting bleek dan ook dat de algenproductie wel wat werd opgeschroefd, maar dat dit voornamelijk in het voedselweb bleef circuleren. Er werd vrijwel niets duurzaam vastgelegd op de bodem van de oceanen. Je kan de tekorten van de algen dus wel makkelijk oplossen, maar niet tegelijkertijd de klimaatverandering.’

Hoe kan het dat juist die schaarse sporenmetalen als ijzer en mangaan, maar ook zink en nikkel zo’n centrale rol spelen?
“Je zou kunnen zeggen dat een oceaan niet heel veel anders is dan een menselijk lichaam. ‘Metaal’ klinkt misschien voor sommigen een beetje eng, als ‘gif’ zelfs, maar vergeet niet dat ijzer een metaal van letterlijk levensbelang is. Als je te weinig ijzer binnenkrijgt, krijg je bloedarmoede. En zo spelen bij vrijwel alle belangrijke processen in je lijf die door enzymen worden geregeld, minuscule kleine beetjes ijzer of andere metalen een hoofdrol. In de oceaan is dat niet anders.”

Hoe raakt de rol van ijzer en andere spoortjes van metalen in de oceanen ons, landrotten?
“Hoe raakt het je níet, zou ik bijna zeggen. Bedenk alleen eens hoeveel CO₂ er door de oceanen wordt opgenomen. Bijna 95% van de actief circulerende koolstof op onze planeet zit in oceaanwater! Als ecosystemen of chemische evenwichten in de oceanen gaan verschuiven, dan kan dat dus potentieel gigantische consequenties hebben voor het klimaat. We hebben nog nauwelijks een idee hoe de oceanen met alles samenhangen. We moeten nodig wat minder ‘oceanalfabeet’ worden. We willen mangaanknollen van de bodem van de oceanen gaan oogsten, omdat daar allerlei waardevolle elementen in zitten. Maar we hebben geen idee wat de mogelijke consequenties zijn. En zelfs van al die windparken op zee moeten we feitelijk maar afwachten hoe die de biologische of chemische evenwichten in de kustzeeën en daarmee misschien ook op de oceaan al dan niet gaan verschuiven.”

Toch zeg je in je oratie dat we wel degelijk naar de oceanen moeten kijken voor mogelijke oplossingen in het klimaatprobleem?
“Ik denk inderdaad dat we met het klimaatprobleem al een kritische grens zijn gepasseerd. Alleen maar ‘beperken van de uitstoot’ is niet genoeg meer. We zullen moeten gaan nadenken over het actief verwijderen van CO₂ uit de atmosfeer, en dan is de oceaan een logische speler. Maar dat kan je bepaald niet lichtzinnig doen. In de geologische geschiedenis is CO₂ vaak netto uit de atmosfeer gehaald door chemische verwering van gesteenten. Dat zou je kunnen nabootsen, door bepaalde stenen als gruis op het strand of in zee te storten. Maar dan zul je toch eerst ook willen weten wat dat met bacteriën of algen doet. Zeker die algen zijn minstens zo belangrijk als alle regenwouden bij elkaar, bij het opnemen van koolstof en produceren van zuurstof.”  

Je hebt als chemisch oceanograaf een leerstoel gekregen in Groningen op een toch behoorlijk biologisch georiënteerde afdeling, nota bene ook nog eens op de onderzoeksschool ESRIG, die zich richt op energie en duurzaamheid. Een vreemde eend in de bijt?
“Eerder een vis in het water. Als biogeochemicus zal ik gaan werken op een afdeling waar mensen vooral druk lijken met het kweken van algen en andere – inderdaad biologische – vraagstukken. Maar ik huldig dan ook de stelling dat een schoenmaker zich vooral níet bij zijn leest moet houden. Schoenmaker, zet je oogkleppen af, zou ik liever zeggen! De oceaan is een bijzonder complex systeem dat we nog maar voor een fractie begrijpen. Dan kan je wel denken dat je tussen gelijkgestemden onderzoek moet doen aan één klein aspectje van dat hele systeem, maar in feite leer dan je dan nog steeds weinig. Pas als je de complexiteit van de oceaan erkent en die dus ook kan onderzoeken in samenhang met andere wetenschappelijke disciplines, dan komen we verder.”