~~ for Dutch scroll down ~~

Iron is an essential element for all living cells. In seawater, it is present at extremely low concentrations. “Marine algae, the base of the marine food web, living near the water surface, can be limited by iron shortage. This is a consequence of the fact that a large part of the iron particles that end up in the water from the air or from land form iron-oxide particles and sink down to the ocean floor, where they are thus lost for marine life.”

More iron, but no increase in Greenland algal bloom
Marine biogeochemist Indah Ardiningsih of the NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research hopes to graduate on Friday 3 September for her research on the factor that is of great influence to the availability of iron for marine life: so-called organic ligands. “These are dissolved molecules in the seawater that bind dissolved iron. That is why the formation of iron oxide is slowed down or even prevented, causing iron molecules to remain in the water, available for algae that live the surface water.”

The melting of the Greenland Ice Sheet is leading to an increasing run off of iron into the Fram Strait, the open ocean East to Greenland. Scientists would expect a larger supply of dissolved iron to fuel the algal bloom in summer, but no increase in dissolved iron was observed. Ardiningsih discovered how that is possible. “The organic ligands in this water have a weak capacity to bind the dissolved iron: they can’t hold the iron tightly. What causes this weakness of ligands near Greenland, is still unknown.”

Empty handed ligands
Additionally, for her PhD research, Ardiningsih went on a seven-week scientific cruise to Antarctica. “To be able to explain the chemistry and availability of iron in this research, the study of organic ligands is necessary. I took samples of many different depths. Due to the very low concentrations, studying ligands in these waters is very challenging. But due to my precise measurements, for three water masses that are different in temperature and salinity, we were able to distinguish specific characteristics of the different ligands that are present.”

The ligands around Antarctica did turn out to increase the residence time of dissolved iron in the seawater. “We took our samples at the beginning of Spring. 80% of the ligands there were ‘free’ at the time. If they’d be human, they would have two empty hands, implying that later in the season, when more iron would enter the water with melting ice, the ligands would be able to hold the iron and thus feed the algal bloom.”

Groot verschil in rol van ijzer tussen oceanen bij Groenland en Antarctica

Organische moleculen essentieel voor oplossen van ijzer in zeewater

Hoewel ijzergebrek de groei van algen in zee vaak beperkt, leidt het ijzer dat vrijkomt uit het smelten van de Groenlandse ijskap niet tot meer algenbloei in de oceaan ten oosten van Groenland. Voor de kust van Antarctica daarentegen, profiteren de algen wél van ijzer dat vrijkomt in het water door smeltend ijs. De oorzaak van dat verschil? Bij Antarctica helpen organische moleculen het ijzer in oplossing te houden maar bij Groenland niet, ontdekte NIOZ-onderzoeker Indah Ardiningsih.

IJzer is een essentieel element voor levende cellen. In zeewater is het aanwezig in minieme hoeveelheden. “Bij zee-algen, die in grote hoeveelheden aan het wateroppervlak leven en de basis van de voedselketen zijn, kan een ijzertekort de algenbloei beperken. Want een groot deel van het ijzer dat in water terechtkomt uit de lucht of van land, vormt ijzer-oxide, waarvan de deeltjes wegzinken uit het water aan het zeeoppervlak en niet meer beschikbaar zijn voor het leven in zee.”

Meer ijzer, maar geen grotere Groenlandse algenbloei
Marien biogeochemicus Indah Ardiningsih van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee promoveert vrijdag 3 september op de factor die van grote invloed is op de beschikbaarheid van ijzer voor het leven in de zee: de zogeheten organische liganden. “Dat zijn moleculen die in het zeewater aanwezig zijn en die opgelost ijzer aan zich binden. Door die binding wordt de vorming van ijzer-oxide vertraagd of voorkomen en blijft ijzer langer in het water aanwezig, waardoor ze beschikbaar zijn voor algen, die leven in het oppervlaktewater.”

Het smelten van de Groenlandse ijskap zorgt ervoor dat sinds enkele jaren meer ijzer vrijkomt in de Framstraat, de oceaan ten oosten van Groenland. Wetenschappers verwachtten daarop meer ijzer in de Framstraat om de algenbloei in de zomer te voeden, maar dat bleef tot nu toe uit. Ardiningsih ontdekte hoe dat kan. “De organische liganden in dit water blijken een zwakke binding te hebben met het opgeloste ijzer: ze kunnen het ijzer niet vasthouden. Wat de oorzaak is dat de liganden bij Groenland zwak zijn, is nog onbekend.”

Liganden met lege handen
Voor haar promotieonderzoek ging Ardiningsih daarnaast mee op een wetenschappelijke vaartocht van zeven weken naar Antarctica. “Om tijdens dit onderzoek de chemie en beschikbaarheid van ijzer te kunnen begrijpen, was onderzoek naar de organische liganden nodig. Ik nam monsters van veel verschillende dieptes. Door de lage concentraties is het bestuderen van liganden in deze wateren een echte uitdaging. Maar door mijn nauwkeurige metingen konden we voor drie watermassa’s die van elkaar verschillen in temperatuur en zoutgehalte de verschillende kenmerken van de liganden vaststellen.”

Deze liganden bij Antarctica bleken wel degelijk de verblijftijd van opgelost ijzer in het zeewater te vergroten. “We namen de monsters in het begin van de lente. 80% van de liganden daar was toen ‘vrij’. Als die menselijk zouden zijn, zouden ze twee lege handen hebben. Dat betekent dat later in het seizoen, wanneer meer ijzer in het water komt door smeltend ijs, de liganden dat ijzer vast kunnen houden en zo de algenbloei kunnen voeden.”