Opgeloste organische koolstof (DOC) in de oceaan is een van de grootste pools van gereduceerde koolstof op aarde. Het is ongeveer 200 keer groter dan de levende biosfeer en vergelijkbaar in grootte met het atmosferische CO2-reservoir. Door de complexiteit ervan, minder dan 10 procent opgeloste organische koolstof is gekarakteriseerd. Het is belangrijk om te begrijpen wat deze koolstofpool is, zodat we kunnen voorspellen hoe deze koolstofpool zal reageren op stijgende temperaturen door klimaatverandering.

Wetenschappers van IBM Zürich werkten samen met chemische oceanografen van de Universiteit van Zürich, University of California Irvine en University of California Santa Cruz om de moleculen in oceanische opgeloste organische koolstof in beeld te brengen. Met deze methode kunnen zeewetenschappers kijken naar de structuur van individuele moleculen in diepe oceaanbekkens om een ​​beter begrip te krijgen van de koolstofcyclus van de oceaan. Ons onderzoek verschijnt vandaag in het peer-reviewed tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven .

Mysterieuze zaak

Terwijl opgeloste organische koolstof voornamelijk afkomstig is van het oppervlak van de oceaan uit modern fytoplankton, paradoxaal genoeg, de gemiddelde leeftijd (zoals bepaald door koolstofdatering) is ongeveer 2, 400 jaar ouder dan we zouden verwachten! Dit geeft aan dat een deel van de koolstof meerdere mengcycli in de diepe oceaan overleeft. Er zijn verschillende paradigma's om dit raadsel te verklaren. Een belangrijke theorie suggereert dat de lange persistentie van koolstof in de diepe oceaan wordt verklaard door zijn chemische structuur. Echter, de structuur van opgeloste organische koolstof is nooit in beeld gebracht, tot nu.

De barrières doorbreken met synergetische samenwerkingen tussen disciplines
Opkomende instrumenten in analytische chemie, samen met chemische oceanografie, doorbreken de barrières om een ​​vollediger inzicht te krijgen in oppervlakte- en diep opgeloste organische koolstof. De complexiteit van verbindingen in opgeloste organische koolstof is enorm. Deze oceanische koolstofpool bevat vele duizenden verschillende moleculen. Bij IBM, we gebruiken een atomic force microscope (AFM) om individuele moleculen met atomaire resolutie in beeld te brengen om hun moleculaire structuur te identificeren - een methode die in 2009 door IBM-wetenschappers is uitgevonden.

In ons onderzoek, we hebben monsters opgelost van opgeloste oceaankoolstof verzameld van het oppervlak en de diepte (2, 500 m) wateren van de noordelijke Stille Oceaan om de reden achter de weerspannigheid van opgeloste organische koolstof in de oceanen op te helderen.

Onze bevindingen wijzen op significante verschillen tussen de moleculen aan de oppervlakte en die in de diepte. Ter vergelijking, moleculen uit diepe wateren zijn vlakker en bevatten minder alifatische groepen dan moleculen op het oppervlak. Deze resultaten ondersteunen de hypothese dat de ouderdom van opgeloste organische koolstof in de diepzee verband houdt met zijn structurele weerspannigheid.

Waarom zouden we ons druk maken om opgeloste organische koolstof?

Opgeloste organische koolstof is een enorm reservoir van koolstof, ongeveer gelijk aan de hoeveelheid koolstof in onze atmosfeer. Om de koolstofcyclus te begrijpen en hoe deze zal veranderen in oceanen met warmere temperaturen, we moeten de weerspannigheid begrijpen achter deze oude poel van opgeloste organische koolstof in de zee.

In een wereld waar het oceaanwater met de dag meer en meer vervuild raakt, en in het licht van Wereldmilieudag, met deze methode kunnen mariene wetenschappers individuele chemische structuren in de oceaanbekkens onderzoeken, om de kringloop van koolstof beter te begrijpen en de "gezondheid" van onze oceanen bloot te leggen.