Per anni, i ricercatori che esaminano i sedimenti del fondo marino avrebbero trovato frammenti di carbonio nero insieme a carbonio organico sparsi sul fondo dell'oceano, ma non potevano dire esattamente da dove provenisse. La sfida con lo studio del carbonio marino profondo è che è una miscela di materiale fresco consegnato dalla superficie e un componente invecchiato, la cui origine era stata precedentemente sconosciuta.

Ora, un nuovo studio dell'Università del Delaware recentemente pubblicato in Comunicazioni sulla natura mostra per la prima volta che il vecchio carbonio trovato sul fondo del mare può essere direttamente collegato a particelle di grafite submicroniche emanate da bocche idrotermali.

Identificazione delle fonti, le vie di trasporto e il destino di questo carbonio del fondale marino è la chiave per comprendere le dinamiche del ciclo del carbonio marino.

L'oceano funge da serbatoio per notevoli quantità di carbonio organico e anidride carbonica, che può portare all'acidificazione degli oceani o essere convertito per formare carbonio organico tramite la fotosintesi. Così, è importante capire come il carbonio si muove tra le diverse fasi dell'oceano e come potrebbe rimanere sequestrato nelle profondità dell'oceano per periodi di tempo estremamente lunghi. Questo lavoro mostra che il carbonio organico e l'anidride carbonica possono anche essere convertiti alle prese d'aria in un'altra forma di carbonio, grafite.

Lo studio è stato condotto da Emily Estes, un ex ricercatore post-dottorato presso UD che ora è uno scienziato del personale con l'International Ocean Discovery Program presso la Texas A&M University, e George Lutero, il professore di chimica marina Maxwell P. e Mildred H. Harrington e il professore Francis Alison nel College of Earth di UD, Oceano e ambiente (CEOE).

Per condurre il loro studio, i ricercatori hanno utilizzato campioni di nanoparticelle provenienti da cinque diversi siti di sfiati idrotermali raccolti durante una spedizione di ricerca nel campo di sfiato dell'East Pacific Rise nell'Oceano Pacifico nel 2017, finanziato dal programma di geologia e geofisica marina della National Science Foundation.

Estes ha condotto il campionamento a bordo della nave di fluidi e particolati dello sfiato idrotermale durante la spedizione, che era guidato da Lutero.

Quando sono tornati dalla crociera di ricerca e hanno voluto dare un'occhiata più da vicino a ciò che hanno raccolto, i campioni sono stati analizzati al microscopio a scansione e trasmissione da colleghi del National Center for Earth and Environmental Nanotechnology Infrastructure (NanoEarth) del Virginia Tech.

Una volta visti i risultati, Estes ha notato un gran numero di particelle di grafite submicroniche, simile a quello che si troverebbe in una matita di tutti i giorni, nei campioni.

Sebbene sia noto che la grafite può formarsi idrotermicamente nei sedimenti, questo studio ha mostrato che queste particelle submicroniche di grafite che fuoriescono dalle prese d'aria si verificano costantemente in una vasta gamma di ambienti di ventilazione, compresi i siti di sfiato focalizzati ad alta e bassa temperatura.

"Anche se il nostro studio è un'osservazione preliminare di queste particelle, suggerisce che sono probabilmente molto diffusi e potrebbero essere una fonte significativa di questo tipo di carbonio nelle profondità dell'oceano, " disse Este.

Grafite trascurata

Studi precedenti potrebbero aver trascurato l'importanza delle particelle di grafite a causa del modo in cui vengono misurati il ​​carbonio organico disciolto e il carbonio organico particolato.

Lavorando con Andrew Wozniak, assistente professore presso la School of Marine Science and Policy in CEOE, e Nicole Coffey, uno studente di livello magistrale in CEOE che ha partecipato anche alla crociera di ricerca come studente universitario nel 2017, Estes e Lutero furono in grado di dimostrare che le tecniche comuni utilizzate per misurare il carbonio organico disciolto o il carbonio organico particolato raccolgono anche la grafite.

Poiché la grafite è composta solo da carbonio, però, se qualcuno ha appena fatto una misurazione generica del carbonio-14, potrebbero trascurare che c'è grafite idrotermale nel loro campione.

"La grafite non è carbonio con l'idrogeno, ossigeno, azoto e altri elementi, " disse Lutero. "Quindi ecco una forma inorganica di carbonio, perché è carbonio puro, che viene anche misurato come carbonio organico, se è disciolto o particolato."

Trovare queste particelle di grafite submicroniche aiuta a rispondere a un mistero che ha confuso i ricercatori riguardo al carbonio organico disciolto in ambienti oceanici molto profondi.

"Se misuri l'età del carbonio-14 su di esso, risulta essere un po' più vecchio di quanto ci si aspetterebbe in realtà e quindi c'è stato un mistero su quale sia la fonte di questo vecchio carbonio organico, " ha detto Estes. "Abbiamo dimostrato che le prese d'aria emettono questo carbonio grafitico."

Un altro punto importante della carta è che, poiché queste particelle submicroniche di grafite non sono dense ed emettono dagli sfiati idrotermali in strutture piatte simili a fogli, hanno il potenziale per essere trascinati nelle correnti oceaniche e distribuiti lontano dai siti di sfiato. Questo sarà importante da tenere in considerazione per la ricerca futura riguardo al ciclo del carbonio marino.

"I prossimi passi cercheranno di quantificare effettivamente la quantità di carbonio che esce dalle prese d'aria e quindi confrontarla con ciò che misuriamo come carbonio organico disciolto nell'oceano e capire quale parte del flusso è, " disse Este.