Visualizando Carbono Dissolvido Oceânico na Escala Atômica

Carbono Orgânico Dissolvido (DOC) é o maior reservatório de carbono reduzido do planeta, aproximadamente 200 vezes a massa da biosfera viva e comparável ao pool de CO₂ atmosférico. No entanto, apenas cerca de 10% do DOC foi quimicamente caracterizado, deixando uma lacuna crítica de conhecimento para prever como este vasto armazenamento responderá a temperaturas crescentes e outros estresses de mudança climática.

Em uma colaboração entre IBM Research – Zurique e principais oceanógrafos químicos da Universidade de Zurique, UC Irvine e UC Santa Cruz, pesquisadores imagearam, pela primeira vez, as moléculas individuais que compõem o DOC. Os resultados, agora publicados no periódico revisado por pares Geophysical Research Letters, abrem uma nova janela para o ciclo do carbono oceânico.

Desvendando o Mistério do Antigo Carbono Oceânico

Embora o DOC seja amplamente derivado de fitoplâncton de superfície, datação por radiocarbono mostra que sua idade média é cerca de 2.400 anos mais velha que o esperado, implicando que uma fração deste carbono sobrevive a múltiplos ciclos de mistura de águas profundas. Uma hipótese líder atribui esta longevidade à estrutura química do DOC, hipótese que não pôde ser testada até agora.

À esquerda: imagem AFM de 5,6,8-trimetil-2,3-diidro-1H-ciclopenta[b]naftaleno, molécula do oceano profundo. À direita: imagem AFM de uma molécula do Pacífico Norte profundo.

Colaboração Interdisciplinar Abre Novo Caminho

Combinando química analítica avançada com ciência marinha, a equipe empregou microscopia de força atômica (AFM) para capturar moléculas individuais de DOC em resolução atômica — técnica pioneira de cientistas da IBM em 2009. As imagens de AFM revelam os detalhes estruturais precisos que determinam como o DOC se comporta no oceano.

Da esquerda para direita: Leo Gross (IBM Research – Zurique); Alysha Inez Coppola (Universidade de Zurique); Fabian Schulz (IBM Research – Zurique); Shadi Fatayer (IBM Research – Zurique).

Amostras tanto da superfície quanto de 2.500 m de profundidade no Pacífico Norte foram examinadas. A análise mostra que moléculas de águas profundas são mais planas e contêm menos grupos alifáticos que moléculas de superfície, apoiando a ideia que recalcitrância estrutural fundamenta a idade antiga do DOC profundo.

Por Que o DOC Importa

O DOC representa um armazenamento de carbono comparável à atmosfera. Entender sua resiliência estrutural é essencial para prever como o ciclo do carbono oceânico mudará em um mundo aquecido, especialmente enquanto a poluição continua a sobrecarregar ecossistemas marinhos. A capacidade de visualizar moléculas individuais oferece ferramenta poderosa para avaliar saúde oceânica e orientar política climática.

Direct visualization of individual aromatic compound structures in low molecular weight marine dissolved organic carbon, DOI: 10.1029/2018GL077457