Carbono oceânico gerado na escala atômica

O Carbono do Oceano Dissolvido (DOC) no oceano é um dos maiores reservatórios de carbono reduzido na Terra. É cerca de 200 vezes maior do que a biosfera viva e comparável em tamanho ao CO atmosférico ₂ reservatório. Devido à sua complexidade, menos de 10 por cento do carbono orgânico dissolvido foi caracterizado. É importante entender o que é esse reservatório de carbono, para que possamos prever como esse reservatório de carbono responderá ao aumento da temperatura devido às mudanças climáticas.

Cientistas da IBM Research - Zurique se juntaram a oceanógrafos químicos da Universidade de Zurique, da Universidade da Califórnia em Irvine e da Universidade da Califórnia em Santa Cruz para criar imagens das moléculas presentes no carbono orgânico dissolvido do oceano. Este método permite que os cientistas marinhos observem a estrutura de moléculas individuais em bacias oceânicas profundas para obter uma melhor compreensão do ciclo do carbono nos oceanos. Nossa pesquisa aparece hoje na revista revisada por pares Geophysical Research Letters.

Assunto misterioso

Embora o carbono orgânico dissolvido se origine principalmente da superfície do oceano do fitoplâncton moderno, paradoxalmente, a idade média (conforme determinado pela datação por radiocarbono) é cerca de 2.400 anos mais velha do que poderíamos esperar! Isso indica que uma parte do carbono sobrevive a vários ciclos de mistura no oceano profundo. Existem vários paradigmas debatidos para explicar este enigma. Uma das principais teorias sugere que a longa persistência do carbono do oceano profundo é explicada por sua estrutura química. No entanto, a estrutura do carbono orgânico dissolvido nunca foi fotografada, até agora.

À esquerda :Imagem AFM usando uma ponta funcionalizada com CO de 5,6,8-trimetil-2,3-di-hidro-1H-ciclopenta [b] naftaleno, uma molécula encontrada nas profundezas do oceano. À direita:imagem AFM usando uma ponta funcionalizada com CO de uma molécula encontrada nas profundezas do Oceano Pacífico Norte.
Quebrando barreiras com colaborações sinérgicas entre disciplinas

Ferramentas emergentes em química analítica, juntamente com oceanografia química, estão quebrando as barreiras para obter uma apreciação mais completa da superfície e do carbono orgânico profundamente dissolvido. A complexidade dos compostos no carbono orgânico dissolvido é vasta. Este reservatório de carbono oceânico contém muitos milhares de moléculas diferentes. Na IBM, usamos um microscópio de força atômica (AFM) para criar imagens de moléculas individuais com resolução atômica para identificar sua estrutura molecular - um método inventado por cientistas da IBM em 2009.

Da esquerda à direita, Leo Gross, IBM Research - Zurique; Alysha Inez Coppola, Universidade de Zurique; Fabian Schulz, IBM Research - Zurique e Shadi Fatayer, IBM Research - Zurique

Em nossa pesquisa, resolvemos amostras de carbono oceânico dissolvido coletadas da superfície e das águas profundas (2.500 m) do Pacífico Norte para elucidar a razão por trás da recalcitrância do carbono orgânico dissolvido nos oceanos.

Nossos resultados indicam diferenças significativas entre as moléculas na superfície e aquelas nas profundezas. Em comparação, as moléculas de águas profundas são mais planas e apresentam menos grupos alifáticos do que as moléculas da superfície. Esses resultados apóiam a hipótese de que a idade avançada do carbono orgânico dissolvido no oceano profundo está relacionada à sua recalcitrância estrutural.

Por que devemos nos preocupar com o carbono orgânico dissolvido?

O carbono orgânico dissolvido é um grande reservatório de carbono, quase igual à quantidade de carbono em nossa atmosfera. Para entender o ciclo do carbono e como ele mudará nos oceanos com temperaturas mais altas, precisamos entender a recalcitrância por trás desse antigo reservatório de carbono orgânico marinho dissolvido.

Em um mundo onde as águas do oceano estão se tornando cada vez mais poluídas a cada dia, e à luz do Dia Mundial do Meio Ambiente, este método permitirá que os cientistas marinhos investiguem as estruturas químicas individuais presentes nas bacias oceânicas, para entender melhor o ciclo do carbono e descobrir a “saúde” dos nossos oceanos.