Air tanah umumnya mengandung metana, namun jumlah gas rumah kaca penting yang dapat keluar ke air permukaan atau atmosfer masih sangat tidak pasti. Sebuah tim dari Institut Biogeokimia Max Planck dan Universitas Jena telah menunjukkan bahwa mikroba dalam air tanah secara signifikan mengurangi emisi metana, sebagaimana diungkapkan dalam studi baru yang diterbitkan di PNAS. Para peneliti menggunakan metode pelacak radiokarbon yang sangat sensitif untuk menunjukkan bahwa mikroba mengonsumsi lebih dari separuh metana air tanah sebelum dapat dilepaskan. 'Penyaring' metana mikroba ini membatasi kontribusi air tanah terhadap air tawar dan lahan basah di daratan, yang merupakan sumber alami metana terbesar di atmosfer.
Metana merupakan gas rumah kaca yang kuat, dan kemampuannya dalam memerangkap panas menjadikannya jauh lebih berbahaya daripada karbon dioksida dalam jangka pendek – sekitar 84 kali lebih kuat dalam 20 tahun sehingga pengurangan emisi metana secara cepat merupakan salah satu cara tercepat untuk memperlambat pemanasan global. Air tanah sering kali mengandung metana dari sumber mikroba atau fosil. Pada konsentrasi tinggi, gas ini dapat mempengaruhi kualitas air minum dan keluar ke tanah, air permukaan, atau atmosfer. Oksidasi mikroba adalah satu-satunya penyerap metana biologis yang diketahui. Namun, kontribusi air tanah terhadap anggaran metana global masih sangat tidak pasti.
Dengan menggunakan teknik pelacak radiokarbon yang baru disempurnakan, Beatrix M. Heinze, Valérie F. Schwab, Kirsten Küsel dan Susan Trumbore-dari Institut Biogeokimia Max Planck dan Universitas Jena mengukur konsumsi metana mikroba di air tanah dengan litologi dan konsentrasi metana yang berbeda bekerja sama dengan Stefan Schloemer dan Andreas Roskam dari Institut Federal untuk Geosains dan Sumber Daya Alam dan Badan Negara untuk Pengelolaan Air, Konservasi Pesisir dan Alam. »Hasil kami menunjukkan adanya filter mikroba metana yang sangat aktif di air tanah yang memainkan peran penting dalam membatasi pelepasan metana ke air permukaan, tanah, dan atmosfer,« kata peneliti doktoral Beatrix M. Heinze.
Penghapusan metana tergantung pada konsentrasi metana
Tim tersebut mengambil sampel air tanah dari akuifer karbonat dangkal dan berpasir di Jerman tengah dan utara dengan konsentrasi metana yang berkisar lebih dari lima kali lipat, dari hampir tidak terdeteksi hingga jenuh. Tingkat oksidasi metana mikroba berkisar lima kali lipat dan sangat berkorelasi dengan konsentrasi metana air tanah. »Metode kami tidak hanya memungkinkan kami mengukur oksidasi metana mikroba, namun juga menentukan berapa banyak mikroba metana yang digunakan untuk menghasilkan biomassa,« jelas Heinze. »Kami menemukan bahwa mikroba air tanah terutama menggunakan metana untuk menghasilkan energi dibandingkan membangun biomassa”.
Untuk mengembangkan dan menyempurnakan metode ini, Heinze melakukan penelitian di Universitas California, Irvine, didukung oleh Dana Pertukaran Ilmiah dari Cluster of Excellence »Keseimbangan Microverse”. Kunjungan ini memungkinkannya mempelajari dan menerapkan teknik canggih berbasis radiokarbon untuk menganalisis oksidasi metana mikroba dalam air tanah.
Pergantian metana, yaitu waktu yang dibutuhkan mikroba untuk mengonsumsi sepenuhnya metana yang tersedia, berkisar antara beberapa hari hingga beberapa dekade, bergantung pada konsentrasinya. »Meskipun di banyak lokasi, kami memperkirakan metana akan sepenuhnya dikonsumsi oleh mikroba air tanah, beberapa lokasi di bagian utara Jerman dengan konsentrasi metana tertinggi mungkin menjadi sumber metana yang signifikan ke lahan basah atau sungai, yang kemudian dapat dilepaskan ke atmosfer,“ kata Susan Trumbore, direktur Institut Biogeokimia Jena Max Planck. »Studi kami menyoroti ketidakpastian yang besar mengenai peran air tawar sebagai sumber metana alami dan pentingnya menetapkan dasar yang kuat untuk penilaian di masa depan.”
Mikroba menghilangkan lebih dari separuh metana air tanah secara global
Mengingat kuatnya hubungan antara laju oksidasi metana dan konsentrasi metana, penulis mengumpulkan data yang dipublikasikan mengenai konsentrasi metana air tanah di seluruh dunia. Dengan mengekstrapolasi hubungan yang diamati antara konsentrasi metana dan oksidasi mikroba, mereka memperkirakan bahwa mikroba pengoksidasi metana menghilangkan antara 167 dan 778 teragram metana setiap tahunnya atau setara dengan sekitar dua pertiga dari metana yang diproduksi di air tanah di seluruh dunia. Sebagai gambaran, perkiraan saat ini menunjukkan bahwa perairan pedalaman dan lahan basah mengeluarkan antara 164 dan 329 teragram metana per tahun.
Selain dampaknya terhadap iklim, metana dalam konsentrasi tinggi menimbulkan risiko terhadap kualitas air tanah. »Metode kami dapat membantu mengidentifikasi potensi risiko bahkan pada akuifer yang dianggap bersih dan aman untuk digunakan di masa depan,« kata Kirsten Küsel, kepala Cluster of Excellence “Balance of the Microverse” di Universitas Jena. »Temuan-temuan ini menggarisbawahi kebutuhan mendesak akan pengelolaan air tanah berkelanjutan untuk melindungi iklim dan sumber daya air minum.”
Studi ini dilakukan dalam kerangka Collaborative Research Center AquaDiva, yang dipimpin oleh Kirsten Küsel, Susan Trumbore, dan Kai Totsche, sebuah inisiatif interdisipliner yang berfokus pada pemahaman interaksi antara ekosistem permukaan dan bawah permukaan serta responsnya terhadap perubahan lingkungan. Dengan mengintegrasikan keahlian dari biogeokimia, hidrogeologi, dan mikrobiologi, AquaDiva bertujuan untuk mengungkap proses kompleks yang mengatur ekosistem air tanah dan ketahanannya terhadap perubahan iklim.
