We zijn het er waarschijnlijk allemaal over eens dat de diepzee niet in brand staat.

Maar de verkoolde poederachtig roet dat ontstaat door het verbranden van dingen zoals bossen of fossiele brandstoffen vormt een belangrijk deel van de koolstof die in de oceaan is opgelost. Dus hoe in de wereld deed dat roet, die wetenschappers zwarte koolstof noemen, daar komen?

Dankzij houtskool gevonden in het fossielenbestand, wetenschappers weten dat er al miljoenen jaren bosbranden zijn, sinds de eerste bomen verschenen. Het roet dat overblijft - zwarte koolstof - vormt ongeveer 10% van alle koolstof in de aarde, en tot voor kort, wetenschappers dachten dat rivieren het in de oceaan spoelden.

Aron Stubbins, een universitair hoofddocent mariene en milieuwetenschappen aan Northeastern, werkte samen met een groep onderzoekers die het al lang bestaande idee testten dat rivieren uiteindelijk zwarte koolstof de oceaan in transporteren.

De bevindingen van het team, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , laten zien dat de opgeloste zwarte koolstof in rivieren niet overeenkomt met de metingen van zwarte koolstof die in de oceaan woont.

De huidige studie is een vervolg op onderzoek dat Stubbins in 2012 deed waaruit bleek dat als zwarte koolstof in de oceaan wordt blootgesteld aan zonlicht, het kan snel in kooldioxide veranderen, die een belangrijke rol speelt bij het beheersen van het klimaat op aarde door warmte vast te houden. Dat is een van de redenen waarom het belangrijk is om vanaf het begin te weten wat er met zwarte koolstof gebeurt, als overgebleven kool op het land, totdat het de oceaan bereikt, zegt Stubbins.

"Het is veel koolstof, " zegt Stubbins, die ook universitair hoofddocent scheikunde en chemische biologie is, en civiele en milieutechniek in Northeastern. "We willen begrijpen hoe het circuleert om te begrijpen of het ooit als koolstofdioxide in de atmosfeer terecht zal komen."

Het werk van het team voor de kusten van Savannah, Georgië, had in 2017 al gesuggereerd op verschillen tussen zwarte koolstof in rivieren en de oceaan. Nu, het idee was om zwarte koolstof opgelost in rivieren en oceanen op wereldschaal te testen, zegt Stubbins. Om dat te doen, ze zouden wateren ver uit de kust moeten testen, en zo diep mogelijk.

Het team bemonsterde de noordelijke Stille en Noord-Atlantische oceanen, en werd geleid door Sasha Wagner, een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij Northeastern die nu een assistent-professor aard- en milieuwetenschappen is aan het Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York. De analyse omvatte ook de Amazone, de Kongo, en andere grote rivieren.

Dichtbij het oppervlak en op verschillende diepten, het team onderzocht bijna zuiver oceanisch water, zegt Stubbins. Als je 3000 meter diep (ongeveer 2 mijl) in de wateren van Hawaï duikt, bijvoorbeeld, je zult zwemmen in water dat het oppervlak van de oceaan al honderden jaren niet heeft gezien. Datzelfde water is al lang niet meer in de buurt van het land.

"Toen we naar de zwarte koolstof gingen in al die oceanenmonsters [op verschillende diepten], we ontdekten dat ze een redelijk consistente handtekening met elkaar hadden, " zegt Stubbins. "Maar ze waren echt anders dan monsters van rivierwater."

Het opsporen van die verschillen was mogelijk met analyse van stabiele koolstofisotopen, niet-radioactieve vormen van hetzelfde atoom met verschillende aantallen neutronen maar dezelfde chemische eigenschappen.

Stabiele koolstofisotopen kunnen worden gebruikt om dingen in de natuur te traceren, zoals zwarte koolstof, terug naar hun oorsprong. Op het land, planten markeren koolstofdeeltjes met een andere isotopensignatuur dan fytoplankton in de oceaan. Wanneer koolstofdioxide uit de lucht wordt geabsorbeerd en terrestrische planten binnendringt, ze integreren koolstof-12, de meest voorkomende koolstof op aarde, efficiënter dan koolstof-13.

"Eigenlijk, de C-13 is wat groter, een beetje zwaarder, een beetje langzamer, " zegt Stubbins. "Dus, het wordt gefractioneerd, en het blijft achter."

Maar fytoplankton discrimineert niet zo veel van het extra neutron in koolstof-13, wat een veel minder overvloedige stabiele isotoop is. Dat is de reden waarom koolstof in fytoplankton en de dingen die ze in de oceaan eten, een iets hoger gehalte aan koolstof-13-isotopen hebben dan bomen (en de dingen die ze opeten) op het land, zegt Stubbins. Analyse van deze relatieve overvloed, hij zegt, kan bepalen of zwarte koolstof is gemaakt door bomen of fytoplankton.

"Door naar de isotopen van zwarte koolstof te kijken, we ontdekten dat zwarte koolstof in de oceanen niet uit dezelfde bron komt als de zwarte koolstof in rivieren, " hij zegt.

Het is een onverwacht mysterie uit de diepe zee:waar kwam de zwarte koolstof die in de oceaan was opgelost vandaan?

"Omdat we weten dat de oceaan niet erg regelmatig brandt, ’, grapt Stubbins.

De volgende stap, hij zegt, zou kunnen focussen op het matchen van oceanische zwarte koolstof met de isotopische handtekeningen van andere atmosferische deeltjes, of het bedenken van andere manieren waarop deze koolstof in die wateren terecht zou kunnen komen.

"De bodem van de oceaan heeft grote voorraden organische koolstof die in het verleden misschien anders zijn verwerkt, "zegt hij. "Misschien is er ergens een aanwijzing voor de bron van dit materiaal."