Geen plaats op aarde is vrij van menselijke invloed - zelfs niet de bodem van de diepste loopgraven in de oceaan.
Garnalenachtige beestjes uit drie oceaangeulen in de Stille Oceaan bleken voedsel te smakken dat van het oppervlak naar beneden zakt, waardoor een unieke chemische handtekening van tientallen jaren oude nucleaire bomproeven achterbleef in de lichamen van diepzeeschaaldieren. De bevindingen, onlangs gepubliceerd in Geophysical Research Letters, helpen niet alleen mariene wetenschappers om erachter te komen hoe deze bodembewoners overleven, maar onderstrepen ook de diepten waartoe de invloed van de mensheid kan doordringen.
Diepe geulen in de oceaan zijn misschien wel de minst onderzochte hoekjes op aarde. De diepste hiervan, de Mariana Trench in de Stille Oceaan, reikt tot ongeveer 36.000 voet onder de zeespiegel. (Mount Everest zou op de bodem kunnen zitten, en de top zou nog steeds onder meer dan een mijl water liggen.) Op de bodem zweeft de temperatuur net boven het vriespunt en oefent het water een druk uit die meer dan 1000 keer aanvoelde aan de oppervlakte.
"Biologisch gezien worden [oceaan] loopgraven beschouwd als de meest ongerepte habitats op aarde, " zegt Weidong Sun, een geochemist aan het Instituut voor Oceanologie in China en coauteur van de nieuwe studie. "We zijn geïnteresseerd in hoe het leven daar beneden overleeft, wat de voedselbron is en of menselijke activiteiten enige invloed hebben."
Lanceola clausi, de bull-dog amphipod, een zeldzame diepzeesoort gevangen onder de 1.000 meter. (Russ Hopcroft / Universal History Archive / UIG via Getty Images) In die donkere diepten is een van de meest voorkomende beestjes de garnaalachtige amphipod, een familie van schaaldieren die de oceaanbodem op zoek naar voedsel. Waar dat voedsel vandaan komt is een kwestie van debat. Potentiële bronnen zijn stukjes die uit het binnenste van de aarde sijpelen, voedselrijk sediment dat langs steile greppelwanden naar beneden glijdt, of smakelijk afval dat van het oppervlak naar beneden komt.
Een recente vangst van diepzee amphipoden bood Sun en collega's een kans om dit mariene mysterie op te lossen. Met behulp van lokaasvallen hebben twee Chinese onderzoeksschepen in 2017 amfipoden geoogst uit drie loopgraven in de Stille Oceaan, waaronder de beroemde Mariana Trench. Sun's team analyseerde chemisch het spierweefsel en de darminhoud van de amfipoden en vond verhoogde niveaus van koolstof-14, een zware variant van koolstof. De niveaus kwamen nauw overeen met de overvloed aan het oppervlak van de oceaan, waar de hoeveelheid koolstof-14 hoger is dan normaal dankzij kernbomproeven die meer dan een halve eeuw geleden werden uitgevoerd.
Koolstof komt in een paar verschillende variëteiten op basis van hoeveel neutronen zijn gevuld in zijn atoomkern. Ongeveer één op elke triljoen koolstofatomen op aarde heeft twee extra neutronen. Deze vorm, bekend als koolstof-14, komt van nature voor dankzij snelle atoomdeeltjes uit de diepe ruimte die naar stikstofatomen slaan. Maar in het midden van de 20e eeuw verdubbelden mensen de hoeveelheid koolstof-14 in de atmosfeer.
Volgens het International Atomic Energy Agency hebben de Verenigde Staten en de Sovjetunie (met een beetje hulp van het Verenigd Koninkrijk en Frankrijk) van 1945 tot 1963 bijna 500 nucleaire bommen tot ontploffing gebracht, waarvan 379 in de atmosfeer ontploft. Deze tests hebben de hoeveelheid koolstof-14 op onze planeet drastisch verhoogd. Het testverbodverdrag van 1963 maakte een einde aan de meeste atmosferische en onderwatertests, en koolstof-14 niveaus in de atmosfeer begonnen een langzame terugkeer naar normaal - hoewel ze nog steeds hoger zijn dan pre-nucleaire niveaus - als oceaanwateren en leven op het land opgenomen koolstof uit de lucht.
Deze gestage afname van koolstof-14, met een halfwaardetijd van ongeveer 5.730 jaar, is een nuttig hulpmiddel geworden om de ouderdom en de bron van organisch materiaal te achterhalen. Gedurende het leven van elk organisme houdt het vast aan koolstof in het milieu. Wanneer het organisme sterft, stopt die uitwisseling. Door te meten hoeveel koolstof er in de vorm van koolstof-14 zit, kunnen onderzoekers bepalen wanneer een organisme stierf.
Verschillende plaatsen op aarde hebben ook zeer variabele voorraden koolstof-14. Organisch materiaal van binnenuit de planeet is grotendeels vrij van koolstof-14. Sedimenten van oceaangeulwanden hebben ook zeer lage niveaus. Maar materiaal van het oceaanoppervlak weerspiegelt de relatief grote hoeveelheden in de atmosfeer.
In het spierweefsel van de geoogste amfipoden kwamen koolstof-14-niveaus nauw overeen met de oppervlakte-overvloed van 2004 tot 2007, wat suggereert dat deze wezens meer dan een decennium leven. Hun neven in de buurt van het oppervlak leven meestal slechts twee jaar. Het vers verteerde voedsel in de ingewanden van de amfipoden had ondertussen koolstof-14-niveaus die vergelijkbaar zijn met die gevonden in hedendaagse oppervlaktemonsters, wat suggereert dat oppervlaktevlotam snel naar de diepste greppels stort waar de amfipoden het afdalen.
Een kaart van de Mariana Trench met Challenger Deep gelabeld, het diepste bekende punt in de oceaan met een diepte van ongeveer 36.000 voet. (Kmusser via Wikicommons CC BY 2.5) Hoewel de handtekening van de nucleaire bom een paar mijl verderop in de West-Atlantische Oceaan is opgenomen, heeft niemand het eerder als deze diepten gezien. "Dit is gewoon interessant als iedereen eruit komt", zegt Robert Key, een oceanograaf uit Princeton die niet bij dit onderzoek betrokken was. Hij wijst erop dat koolstof-14-niveaus die ongeveer een mijl onder het oppervlak van de Noord-Pacific beginnen, nauw overeenkomen met hoe de atmosfeer eruitzag vóór de bomproeven. "De hoge koolstof-14 [in de amfipoden] kon alleen afkomstig zijn van voedsel dat van de top is gekomen", zegt hij.
De overvloed aan materiaal gemaakt in kernbomproeven hoog in de lucht gevonden in de lichamen van diep levende amfipoden onderstreept een zeer intiem verband tussen menselijke activiteit en de meest geïsoleerde delen van de zee.
"Dit zijn inderdaad buitengewone resultaten, maar het verbaast me niet", zegt Timothy Shank, een onderzoeker bij de Woods Hole Oceanographic Institution. "Na 25 jaar onderzoek en onderzoek naar diepzee-ecosystemen, merk ik dat hun connectie met ons dichterbij is dan we ooit dachten." Toiletten en douches loeren twee mijl naar beneden, zegt hij, terwijl plastic en metaalafval meer is opgedoken dan 30 diepwaterkloven voor de oostkust van de Verenigde Staten.
En dit is niet de eerste keer dat onderzoekers geul-amfipoden zien omgaan met het afval van de mensheid. Een artikel in Nature Ecology & Evolution uit 2017 meldde dat amfipoden uit twee loopgraven in de West-Pacific verhoogde niveaus van de PCB's voor industriële verontreinigingen bevatten, ooit op grote schaal gebruikt in elektronische apparaten, en PBDE, een vlamvertrager. In sommige Mariana Trench-amfipoden waren de PCB-niveaus maar liefst 50 keer hoger dan de niveaus in krabben gevangen bij de Liaohe-rivier, een van de meest vervuilde rivieren in China.
Zon en collega's zijn nog niet klaar met hun amfipoden of het rijke ecosysteem dat floreert in deze onderwatercanions. "Er zijn veel wezens in de zeer diepe, zeer donkere plaatsen, " zegt Sun. "We willen begrijpen hoe het ecosysteem omgaat met menselijke activiteit ... en hoe het systeem reageert op deze zware vervuiling vanaf het oppervlak."
