Undersøgelse finder direkte forbindelser mellem gammelt kulstof, grafit og havbunden hydrotermiske ventilationsåbninger

Årevis, forskere, der kigger på havbundens sedimenter, ville finde stumper af sort kulstof sammen med organisk kul strødt ud over havbunden, men de kunne ikke sige præcis, hvor det stammer fra. Udfordringen med at studere dybt marint kulstof er, at det er en blanding af frisk materiale leveret fra overfladen og en ældet komponent, hvis oprindelse tidligere havde været ukendt.

Nu, en ny University of Delaware undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i Naturkommunikation viser for første gang, at det gamle kulstof, der findes på havbunden, kan kobles direkte til submikron -grafitpartikler, der stammer fra hydrotermiske ventilationsåbninger.

Identificering af kilderne, transportveje og skæbnen for dette havbundskulstof er nøglen til at forstå dynamikken i det marine kulstofcyklus.

Havet fungerer som et reservoir for betydelige mængder af både organisk kulstof og kuldioxid, som kan føre til forsuring af havet eller omdannes til organisk kulstof via fotosyntese. Dermed, det er vigtigt at forstå, hvordan kulstof bevæger sig mellem forskellige faser i havet, og hvordan det kan blive afsondret i dybhavet i ekstremt lange perioder. Dette arbejde viser, at organisk kulstof og kuldioxid også ved ventilationsåbninger kan omdannes til en anden form for kulstof, grafit.

Undersøgelsen blev ledet af Emily Estes, en tidligere postdoktorforsker ved UD, der nu er personaleforsker ved International Ocean Discovery Program ved Texas A&M University, og George Luther, Maxwell P. og Mildred H. Harrington professor i havkemi og Francis Alison -professoren i UD's College of Earth, Ocean og miljø (CEOE).

For at gennemføre deres undersøgelse, forskerne brugte prøver af nanopartikler fra fem forskellige hydrotermiske udluftningssteder indsamlet under en forskningsekspedition til udstødningsfeltet East Pacific Rise i Stillehavet i 2017, finansieret af National Science Foundation's marine geologi og geofysikprogram.

Estes foretog prøveudtagning om bord af hydrotermiske udluftningsvæsker og partikler under ekspeditionen, som blev ledet af Luther.

Da de kom tilbage fra forskningskrydstogtet og ville se nærmere på, hvad de samlede, prøverne blev analyseret under scanning og transmissionsmikroskoper af kolleger ved National Center for Earth and Environmental Nanotechnology Infrastructure (NanoEarth) ved Virginia Tech.

Når de så på resultaterne, Estes bemærkede et stort antal submikron grafitpartikler, ligner det, der ville findes i en daglig blyant, i prøverne.

Selvom det er kendt, at grafit kan danne hydrotermisk i sedimenter, denne undersøgelse viste, at disse sub-micron partikler af grafit, der kommer ud af ventilationsåbningerne, forekommer konsekvent på tværs af en række ventilationsmiljøer, herunder både fokuserede udluftningssteder med høj temperatur og lav temperatur.

"Selvom vores undersøgelse er en foreløbig observation af disse partikler, det tyder på, at de sandsynligvis er meget udbredt og kan være en betydelig kilde til denne type kulstof til det dybe hav, "sagde Estes.

Oversat grafit

Tidligere undersøgelser har muligvis overset betydningen af ​​grafitpartikler på grund af måden, hvorpå opløst organisk kulstof og partikelformigt organisk kulstof måles.

Arbejder med Andrew Wozniak, adjunkt på School of Marine Science and Policy i CEOE, og Nicole Coffey, en kandidatstuderende i CEOE, der også var på forskningskrydstogtet som bachelor i 2017, Estes og Luther kunne vise, at almindelige teknikker, der bruges til at måle opløst organisk kulstof eller partikelformigt organisk kulstof, også opsamler grafit.

Fordi grafit kun består af kulstof, imidlertid, hvis nogen lige har foretaget en generisk carbon-14-måling, de overser måske, at der er hydrotermisk grafit i deres prøve.

"Grafit er ikke kulstof med brint, ilt, nitrogen og andre elementer, "sagde Luther." Så her er en uorganisk form for kulstof, fordi det er rent kulstof, det måles også som organisk kulstof, om det er opløst eller partikelformigt. "

At finde disse submikron -grafitpartikler hjælper med at besvare et mysterium, der har forvirret forskere med hensyn til opløst organisk kulstof i virkelig dybe havmiljøer.

"Hvis du måler kulstof-14-alderen på det, det viser sig at være en lille smule ældre, end du rent faktisk ville forvente, og der har derfor været et mysterium omkring, hvad kilden til dette gamle organiske kulstof er, "sagde Estes." Vi viste, at ventilationsåbninger udsender dette grafitiske kulstof. "

Et andet vigtigt punkt i papiret er, at fordi disse grafit-submikronpartikler ikke er tætte og udsender fra de hydrotermiske ventilationsåbninger i flade arklignende strukturer, de har potentiale til at blive medtaget i havstrømme og distribueret langt væk fra udluftningsstederne. Dette vil være vigtigt at tage i betragtning ved fremtidig forskning med hensyn til den marine kulstofcyklus.

"De næste trin vil være at prøve at kvantificere, hvor meget kul der kommer ud af ventilationsåbningerne og derefter sammenligne det med det, vi måler som opløst organisk kulstof i havet og finde ud af, hvilken del af strømmen det er, "sagde Estes.