Havets kulstof afbildet på atomær skala

Opløst organisk kulstof (DOC) i havet er en af ​​de største puljer af reduceret kulstof på Jorden. Den er omkring 200 gange større end den levende biosfære og i størrelse sammenlignelig med det atmosfæriske CO2-reservoir. På grund af dens kompleksitet, mindre end 10 procent af opløst organisk kulstof er blevet karakteriseret. Det er vigtigt at forstå, hvad denne kulstofpulje er, så vi kan forudsige, hvordan denne pulje af kulstof vil reagere på stigende temperaturer fra klimaændringer.

Forskere fra IBM Zürich parrede sig med kemiske oceanografer fra Zürich Universitet, University of California Irvine og University of California Santa Cruz for at afbilde de molekyler, der er til stede i oceanisk opløst organisk kulstof. Denne metode giver havforskere mulighed for at se på strukturen af ​​individuelle molekyler i dybe havbassiner for at få en bedre forståelse af havets kulstofkredsløb. Vores forskning vises i dag i det peer-reviewede tidsskrift Geofysiske forskningsbreve .

Mystisk sag

Mens opløst organisk kulstof hovedsageligt stammer fra havets overflade fra moderne fytoplankton, paradoksalt nok, middelalderen (som bestemt ved radiocarbondatering) er omkring 2, 400 år ældre end vi ville forvente! Dette indikerer, at en del af kulstoffet overlever flere dybe havblandingscyklusser. Der er flere omdiskuterede paradigmer til at forklare denne gåde. En stor teori antyder, at den lange vedholdenhed af kulstof fra dybhavet forklares af dets kemiske struktur. Imidlertid, strukturen af ​​opløst organisk kulstof er aldrig blevet afbildet, indtil nu.

At bryde barriererne med synergistiske samarbejder på tværs af discipliner
Nye værktøjer inden for analytisk kemi sammen med kemisk oceanografi nedbryder barriererne for at opnå en bedre forståelse af overfladen og dybt opløst organisk kulstof. Kompleksiteten af ​​forbindelser i opløst organisk kulstof er enorm. Denne oceaniske kulstofpool indeholder mange tusinde forskellige molekyler. Hos IBM, vi bruger et atomic force microscope (AFM) til at afbilde individuelle molekyler med atomopløsning for at identificere deres molekylære struktur – en metode opfundet af IBM-forskere i 2009.

I vores forskning, vi opløste prøver af opløst havkulstof indsamlet fra overfladen og dybet (2, 500 m) farvande i det nordlige Stillehav for at belyse årsagen til opløst organisk kulstofs genstridighed i havene.

Vores resultater indikerer signifikante forskelle mellem molekylerne ved overfladen og dem i dybet. Til sammenligning, molekyler fra dybt vand er mere plane og har færre alifatiske grupper end molekyler på overfladen. Disse resultater understøtter hypoteserne om, at alderdommen med opløst organisk kulstof i dybhavet relaterer sig til dets strukturelle genstridighed.

Hvorfor skal vi bekymre os om opløst organisk kulstof?

Opløst organisk kulstof er et enormt kulstofreservoir, omtrent lig med mængden af ​​kulstof i vores atmosfære. For at forstå kulstofkredsløbet, og hvordan det vil ændre sig i have med varmere temperaturer, vi er nødt til at forstå genstridigheden bag denne gamle pool af marine opløst organisk kulstof.

I en verden, hvor havets farvande bliver mere og mere forurenet dag for dag, og i lyset af Verdens Miljødag, denne metode vil give havforskere mulighed for at undersøge individuelle kemiske strukturer til stede i havbassinerne, for bedre at forstå kulstofkredsløbet og afdække vores haves "sundhed".