Organisk kulstof gemmer sig i sedimenter, holde ilt i atmosfæren

En ny undersøgelse fra forskere ved Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) og Harvard University kan hjælpe med at løse et mangeårigt spørgsmål-hvordan små mængder organisk kulstof bliver låst inde i sten og sedimenter, forhindrer den i at nedbrydes. At vide præcis, hvordan denne proces foregår, kan hjælpe med at forklare, hvorfor blandingen af ​​gasser i atmosfæren har været stabil så længe, siger hovedforfatter Jordon Hemingway, en postdoktor ved Harvard og tidligere studerende ved WHOI. Avisen udkommer 14. juni i tidsskriftet Natur .

Atmosfærisk kuldioxid (CO2), Hemingway noter, er en uorganisk form for kulstof. Planter, alger, og visse typer bakterier kan trække den CO2 ud af luften, og bruge den som en byggesten til sukker, proteiner, og andre molekyler i deres krop. Processen, som sker under fotosyntesen, omdanner uorganisk kulstof til en "organisk" form, mens man frigiver ilt til atmosfæren. Det omvendte sker, når disse organismer dør:mikrober begynder at nedbryde deres kroppe, forbruge ilt og frigive CO2 tilbage i luften.

En af de vigtigste årsager til, at Jorden har været beboelig, er, at denne kemiske cyklus er lidt ubalanceret, Siger Hemingway. Af en eller anden grund, en lille procentdel af organisk kulstof nedbrydes ikke af mikrober, men forbliver i stedet bevaret under jorden i millioner af år.

"Hvis det var perfekt afbalanceret, al fri ilt i atmosfæren ville blive brugt op så hurtigt som den blev skabt, "siger Hemingway." For at vi kan have ilt tilbage, så vi kan trække vejret, noget af det organiske kulstof skal gemmes væk, hvor det ikke kan nedbrydes. "

Baseret på eksisterende beviser, forskere har udviklet to mulige grunde til, at kulstof efterlades. Den første, kaldet "selektiv bevarelse, "antyder, at nogle molekyler af organisk kulstof kan være vanskelige for mikroorganismer at nedbryde, så de forbliver uberørte i sedimenter, når alle andre er nedbrudt. Sekundet, kaldet "mineralbeskyttelse" -hypotesen, fastslår, at molekyler af organisk kulstof i stedet kan danne stærke kemiske bindinger med mineralerne omkring dem - så stærke, at bakterier ikke er i stand til at plukke dem væk og "spise" dem.

"Historisk set Det har været svært at finde ud af, hvilken proces der er dominerende. De værktøjer, vi har til organisk geokemi, har ikke været følsomme nok, "siger Hemingway. Til denne undersøgelse, han vendte sig til en metode kaldet "ramped pyrolyseoxidation", eller RPO, at teste hypoteserne i sedimentprøver fra hele verden. Med en specialovn, han hævede støt temperaturen på hver prøve til næsten 1000 grader Celsius, og målte mængden af ​​kuldioxid, den frigav, da den varmede. CO2 frigivet ved lavere temperaturer repræsenterede kulstof med relativt svage kemiske bindinger, hvorimod kulstof frigivet ved høje temperaturer betegnede stærke bindinger, der tog mere energi at bryde. Han målte også CO2 -alderen ved hjælp af kulstof -dateringsmetoder.

"Hvis organiske molekyler bevares på grund af selektivitet - fordi mikrober ikke er i stand til at nedbryde dem - ville vi forvente at se et ret snævert område af bindingsstyrke i prøverne. Mikrober ville have nedbrudt resten, efterlader kun et par stædige typer organisk kulstof, "siger han." Men vi så faktisk, at mangfoldigheden af ​​bindingsstyrker vokser frem for at krympe med tiden, hvilket indikerer, at en lang række organiske kultyper bevares. Vi tror, ​​det betyder, at de får beskyttelse mod mineraler omkring dem. "

Hemingway så også et mønster i selve prøverne, der understøttede hans fund. Fine lerarter som dem, der findes ved flodudløb, havde en konsekvent større mangfoldighed af kulstofbindinger end grove eller sandede sedimenter, tyder på, at fine sedimenter giver mere overfladeareal, hvor organisk kulstof kan fæstne sig.

"Hvis du tager, sige, granit fra New Hampshire og nedbryd det, you'll get a sort of sand. Those grains are relatively large, so there's not that much surface available to interact with organic matter. You really need fine sediments created via chemical weathering at the surface—things like phyllosilicate clays, " says Valier Galy, a biogeochemist at WHOI and co-author on the paper.

Although this work provides strong evidence for one hypothesis over another, Hemingway and his colleagues are quick to note that it doesn't provide a definitive answer to the organic carbon puzzle. "We were able to put our finger on the mechanism by which carbon is being preserved, but we don't provide information about other factors, like sensitivity to temperature in the environment, for eksempel. There are a lot of other factors to consider. This paper is intended as a sort of waypoint to direct biogeochemists in their research, " says Galy.