Hvordan dybhavsorme hjælper med at holde naturgasser på is

Det er velkendt, at naturgashydrater, krystallinske gitter af hydrogenbundne vandmolekyler, der indkapsler små kulbrintemolekyler, på havbundene udgør både en potentiel accelerator for klimaændringer og en af ​​de største energikilder på Jorden. Men hvorvidt de enorme mængder naturgas, der er så indespærret, forbliver sikkert låst i krystallinske hydratbure eller frigives i havet potentielt til at blive atmosfæriske drivhusgasser, kan til dels afhænge af en usædvanlig havbundssymbiose mellem orme og deres mikrobielle naboer .

Forskere ved NYU Tandon School of Engineering opdagede, at dette naturlige økosystem involverer fjerstøvorme (Sabellidae, Annelida) og både varmegenererende og varmeabsorberende bakterier (Archaea), der forbruger metan, der er indkapslet - eller låst ind i en krystallinsk struktur - af hydrater i dybe havmiljøer spiller en nøglerolle i at opretholde ligevægt, der holder hydrater frosne.

I et forsøg på at undersøge den indflydelse, som subtile temperatursvingninger kan have på den dynamiske stabilitet af hydrataflejringerne, fandt efterforskerne, ledet af Ryan Hartman, professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved NYU Tandon, at fjerstøvorme, som trives omkring krystallinske hydrater, ved selektivt at indtage varmegenererende bakterier kaldet metanotrofer, der metaboliserer metan, sætte bremser på den potentielle smeltning af disse krystalstrukturer (frigivelse af indespærret metan) på grund af mikrobernes eksoterme metabolisme.

I en nyligt offentliggjort undersøgelse, "Microbe-Worm Symbiosis Stabilizes Methane Hydrates in Deep Marine Environments," i Energy &Fuels, forskere, herunder hovedforfatter Tianyi Hua, Maisha Ahmad og Tenzin Choezin, simulerede økosystemet ved at løse den tilhørende energibalance og methanhydrat dissociationskinetik. De undersøgte og analyserede dissociationshastigheden - den hastighed, hvormed frosne hydrater adskilles til molekylære komponenter - og fandt ud af, at den symbiose, der er etableret blandt methanogener (methanproducerende bakterier), metanotrofer og fjerstøvorme, faktisk stabiliserer methanhydrater i dybder, hvor krystallerne er udsat for havet og dets levende organismer.

Implikationerne er dybe, da enorme mængder metan (200 til 500 gigaton CH₄ ), som dannes spontant fra vand og små hydrofobe molekyler under specifikke temperatur- og trykforhold, lagres som hydrater i havet verden over.

"Vores opdagelse viser matematisk omfanget af symbiose mellem mikrober, der forbruger metanhydrater og genererer varme, og fjerstøvorme, der forbruger disse mikrober," sagde Hartman. "Det er vigtigt, fordi disse mikrober i fravær af ormene eller en unormal ubalance i deres populationer kunne generere nok varme til at smelte hydraterne. Ormene spiser selektivt bakterier, der genererer mest varme."

For at undersøge, hvordan opvarmning af havene kunne forstyrre denne skrøbelige balance, kombinerede holdet historiske havtemperaturregistreringer og gashydratbeholdningsestimater med deres model; deres resultater tyder på, at hydrataflejringer så dybt som 560 meter under havoverfladen allerede kan være i fare, selvom havtemperaturen holder op med at stige, og metanhydratstabilitetszonen vil trække sig dybere tilbage, når havtemperaturen stiger. Fald i ormepopulationen kunne også svække undertrykkelsen af ​​methanotroph-væksthastigheden, og den deraf følgende overvækst af methanotroph ville generere overskydende mængder varme, hvilket destabiliserer hydraterne yderligere.

På den anden side ville en stigning i den methanogene mikrobielle aktivitet gøre systemet mere endotermisk og dermed styrke tolerancen over for temperatursvingninger tæt på methanhydratfasegrænsen.

"At bremse tilbagetrækningen af ​​denne biologiske dynamik til dybere farvande kan hjælpe med at forsinke eller forpurre den massive udledning af drivhusgasser i havet," sagde han. "Om gasserne omkrystalliserer eller når havets overflade er et meget omdiskuteret og vigtigt forskningsemne."