Brydende bølger driver gamle molekyler op i luften

En opdagelse, der hjælper med at forklare, hvordan organisk stof produceret af liv for tusinder af år siden i sidste ende fjernes fra havet, er blevet offentliggjort i Videnskab fremskridt af Steven Beaupré fra Stony Brook University's School of Marine and Atmospheric Sciences (SoMAS) og et nationalt hold af videnskabsmænd.

Når bølger slår i havet, de injicerer små partikler i luften (kaldet aerosoler), der bærer organiske molekyler mere end 5, 000 år gammel, finder undersøgelsen.

Årtiers målinger har afsløret, at næsten alt det organiske stof, der er opløst i havene, er overraskende gammelt - op til flere tusinde år. Men videnskabsmænd forstår ikke helt, hvordan dette gamle organiske stof til sidst bliver ødelagt. Beaupré og kolleger udførte eksperimenter for at vise, at noget af dette gamle organiske stof kan fjernes fra havvand, når bølgegenererede luftbobler brister på havoverfladen og injicerer aerosoler i atmosfæren. Ved direkte måling af radiocarbon (14C) aldre af aerosoler, de anslår, at et sted mellem 19 og 40 procent af det organiske stof i aerosol er mindst 5, 000 år gammel.

Tidligere eksperimenter fra Beauprés kolleger David Kieber (SUNY ESF) og Bill Keene (University of Virginia) antydede, at gamle organiske molekyler kunne forlade havet som blindpassagerer ombord på disse små partikler.

"Vores nye undersøgelse viser, at en betydelig del af det organiske stof faktisk er ret gammelt, og at dannelsen af ​​aerosoler ved at bryde bølger kunne være en væsentlig fjernelsesvej for det gamle kulstof, der findes i havet, " siger Beaupré, hovedforfatter og adjunkt.

Denne pulje af gammelt organisk stof er massiv, indeholder omtrent lige så mange kulstofatomer i havet, som der er i hele vegetationen på land eller i hele kuldioxiden (CO ₂ ) i atmosfæren. Det er primært skabt af fotosyntese og repræsenterer derfor et langsigtet lagerreservoir for atmosfærisk CO ₂ , som er en potent drivhusgas. Derfor, det er vigtigt at forstå, hvilke processer der i sidste ende nedbryder disse gamle molekyler til noget, der kan bruges igen af ​​naturen.

En gang i atmosfæren, disse aerosoliserede molekyler vil sandsynligvis blive nedbrudt af sollys til CO ₂ og andre molekyler, der er mere velsmagende for livet i havet. Derfor, understreger Beaupré, denne opdagelse har implikationer for både oceanisk og atmosfærisk biogeokemi, samt det globale kulstofkredsløb og klima.

Beaupré siger også, at resultaterne var noget overraskende, fordi det generelt antages, at kun de yngste organiske molekyler sandsynligvis vil blive sprøjtet ind i atmosfæren ved at bryde bølger. Dette skyldes, at de gamle molekyler skulle være nedbrudt til mindre reaktive former under deres langvarige eksponering for miljøet.

"På trods af virkningerne af aldring i tusinder af år, vores resultater tyder på, at selv nogle af de ældste molekyler i havet kan konkurrere med de yngste om at få fat i stigende bobler og raket op i himlen, " han siger.

Forskerholdet brugte en speciel aerosolgenerator til at studere denne proces under et månedlangt krydstogt til Nordatlanten. Enheden producerede aerosoler ved nøje at efterligne boblerne dannet af brydende bølger, som beskrevet i et ledsagende papir også udgivet online og medforfatter af Beaupré i Journal of Geophysical Research-Atmospheres .

De målte den kemiske sammensætning og radiocarbonalder af havvand, der strømmer gennem generatoren, og af de aerosoler, den producerede. Kombineret med målinger af partikelstørrelser, de konkluderede, at det aerosoliserede organiske stof kunne overleve i omkring en uge i atmosfæren, hvor det kunne føres ind i landet af vinden, kemisk nedbrudt, og/eller genaflejret i havet.

Mens fremtidig forskning vil adressere den hastighed, hvormed gammelt organisk stof udslynges fra havet ved at bryde bølger, forskerholdet vil også undersøge andre måder, hvorpå marint organisk stof fjernes fra havet.