Voor jaren, onderzoekers die naar zeebodemsedimenten kijken, zouden stukjes zwarte koolstof vinden samen met organische koolstof verspreid over de oceaanbodem, maar ze konden niet precies zeggen waar het vandaan kwam. De uitdaging bij het bestuderen van diepzeekoolstof is dat het een mengsel is van vers materiaal dat vanaf het oppervlak wordt aangevoerd en een verouderd onderdeel, waarvan de oorsprong voorheen onbekend was.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie van de Universiteit van Delaware die onlangs is gepubliceerd in Natuurcommunicatie toont voor het eerst aan dat de oude koolstof die op de zeebodem wordt gevonden, direct kan worden gekoppeld aan submicron-grafietdeeltjes die afkomstig zijn van hydrothermale bronnen.

Het identificeren van de bronnen, transportroutes en het lot van deze koolstof op de zeebodem is de sleutel tot het begrijpen van de dynamiek van de mariene koolstofcyclus.

De oceaan fungeert als een reservoir voor aanzienlijke hoeveelheden zowel organische koolstof als koolstofdioxide, wat kan leiden tot verzuring van de oceaan of kan worden omgezet in organische koolstof via fotosynthese. Dus, het is belangrijk om te begrijpen hoe koolstof zich tussen verschillende fasen in de oceaan verplaatst en hoe het voor extreem lange tijd in de diepe oceaan kan worden vastgehouden. Dit werk laat zien dat organische koolstof en koolstofdioxide ook kunnen worden omgezet in ventilatieopeningen in een andere vorm van koolstof, grafiet.

De studie werd geleid door Emily Estes, een voormalig postdoctoraal onderzoeker aan de UD die nu stafwetenschapper is bij het International Ocean Discovery Program aan de Texas A&M University, en George Luther, de Maxwell P. en Mildred H. Harrington Professor of Marine Chemistry en de Francis Alison Professor in UD's College of Earth, Oceaan en Milieu (CEOE).

Om hun studie uit te voeren, de onderzoekers gebruikten monsters van nanodeeltjes van vijf verschillende hydrothermale ventilatielocaties die waren verzameld tijdens een onderzoeksexpeditie naar het East Pacific Rise-ventilatieveld in de Stille Oceaan in 2017, gefinancierd door het programma voor mariene geologie en geofysica van de National Science Foundation.

Estes voerde aan boord bemonstering uit van hydrothermische ventilatievloeistoffen en deeltjes tijdens de expeditie, die onder leiding stond van Luther.

Toen ze terugkwamen van de onderzoekscruise en dieper wilden kijken naar wat ze verzamelden, de monsters werden geanalyseerd onder scanning- en transmissiemicroscopen door collega's van het National Center for Earth and Environmental Nanotechnology Infrastructure (NanoEarth) bij Virginia Tech.

Toen ze naar de resultaten keken, Estes merkte een groot aantal submicron grafietdeeltjes op, vergelijkbaar met wat zou worden gevonden in een alledaags potlood, in de monsters.

Hoewel bekend is dat grafiet zich hydrothermisch kan vormen in sedimenten, deze studie toonde aan dat deze submicrondeeltjes van grafiet die uit de ventilatieopeningen komen consistent voorkomen in een reeks ventilatieomgevingen, inclusief zowel gerichte hoge temperatuur als lage temperatuur ontluchtingslocaties.

"Ook al is onze studie een voorlopige observatie van deze deeltjes, het suggereert dat ze waarschijnlijk zeer wijdverbreid zijn en een belangrijke bron van dit soort koolstof in de diepe oceaan kunnen zijn, ' zei Estes.

Over het hoofd gezien grafiet

Eerdere studies hebben mogelijk de betekenis van grafietdeeltjes over het hoofd gezien vanwege de manier waarop opgeloste organische koolstof en deeltjesvormige organische koolstof worden gemeten.

Werken met Andrew Wozniak, assistent-professor aan de School of Marine Science and Policy in CEOE, en Nicole Coffey, een masterstudent in CEOE die in 2017 ook op de onderzoekscruise was als student, Estes en Luther waren in staat om aan te tonen dat gebruikelijke technieken die worden gebruikt om opgeloste organische koolstof of deeltjesvormige organische koolstof te meten, ook grafiet opnemen.

Omdat grafiet alleen uit koolstof bestaat, echter, als iemand net een algemene koolstof-14-meting heeft gedaan, ze kunnen over het hoofd zien dat er hydrothermisch grafiet in hun monster zit.

"Grafiet is geen koolstof met waterstof, zuurstof, stikstof en andere elementen, "zei Luther. "Dus hier is een anorganische vorm van koolstof, omdat het pure koolstof is, dat wordt ook gemeten als organische koolstof, of het nu is opgelost of deeltjes."

Het vinden van deze submicron grafietdeeltjes helpt bij het beantwoorden van een mysterie dat onderzoekers in verwarring heeft gebracht met betrekking tot opgeloste organische koolstof in echt diepe oceaanomgevingen.

"Als je de koolstof-14-leeftijd erop meet, het blijkt een beetje ouder te zijn dan je eigenlijk zou verwachten en dus is er een mysterie rond wat de bron van deze oude organische koolstof is, " zei Estes. "We hebben aangetoond dat ventilatieopeningen deze grafietkoolstof uitstoten."

Een ander belangrijk punt van het artikel is dat, omdat deze submicrondeeltjes van grafiet niet dicht zijn en uit de hydrothermale ventilatieopeningen in vlakke plaatachtige structuren komen, ze hebben het potentieel om meegesleept te worden in oceaanstromingen en ver weg van de ventilatieopeningen te verspreiden. Dit zal belangrijk zijn om in overweging te nemen voor toekomstig onderzoek met betrekking tot de mariene koolstofcyclus.

"De volgende stappen zullen zijn om daadwerkelijk te kwantificeren hoeveel koolstof er uit de ventilatieopeningen komt en dat vervolgens te vergelijken met wat we meten als opgeloste organische koolstof in de oceaan en erachter te komen welk deel van de flux het is, ' zei Estes.