A sinistra:immagine AFM utilizzando una punta CO-funzionalizzata di 5, 6, 8-trimetil-2, 3-diidro-1H-ciclopenta(b)naftalene, una molecola trovata nelle profondità dell'oceano. A destra:immagine AFM che utilizza una punta CO-funzionalizzata di una molecola trovata nel profondo Oceano Pacifico settentrionale.
Il carbonio organico disciolto (DOC) nell'oceano è uno dei più grandi bacini di carbonio ridotto sulla Terra. È circa 200 volte più grande della biosfera vivente e di dimensioni paragonabili al serbatoio di CO2 atmosferico. Per la sua complessità, è stato caratterizzato meno del 10% del carbonio organico disciolto. È importante capire cos'è questo pool di carbonio, quindi possiamo prevedere come questo pool di carbonio risponderà all'aumento delle temperature dovuto al cambiamento climatico.
Scienziati dell'IBM Zurich hanno collaborato con oceanografi chimici dell'Università di Zurigo, University of California Irvine e University of California Santa Cruz per visualizzare le molecole presenti nel carbonio organico disciolto oceanico. Questo metodo consente agli scienziati marini di esaminare la struttura delle singole molecole nei bacini oceanici profondi per ottenere una migliore comprensione del ciclo del carbonio oceanico. La nostra ricerca appare oggi nella rivista peer-reviewed Lettere di ricerca geofisica .
Questione misteriosa
Mentre il carbonio organico disciolto proviene principalmente dalla superficie dell'oceano dal moderno fitoplancton, paradossalmente, l'età media (come determinata dalla datazione al radiocarbonio) è di circa 2, 400 anni in più di quanto ci aspetteremmo! Ciò indica che una parte del carbonio sopravvive a più cicli di miscelazione degli oceani profondi. Ci sono diversi paradigmi dibattuti per spiegare questo enigma. Una delle principali teorie suggerisce che la lunga persistenza del carbonio negli oceani profondi sia spiegata dalla sua struttura chimica. Però, la struttura del carbonio organico disciolto non è mai stata immaginata, fino ad ora.
Rompere le barriere con collaborazioni sinergiche tra le discipline
Strumenti emergenti nella chimica analitica insieme all'oceanografia chimica stanno abbattendo le barriere per ottenere un apprezzamento più completo del carbonio organico disciolto in superficie e in profondità. La complessità dei composti nel carbonio organico disciolto è vasta. Questo pool di carbonio oceanico contiene molte migliaia di molecole diverse. All'IBM, utilizziamo un microscopio a forza atomica (AFM) per visualizzare singole molecole con risoluzione atomica per identificare la loro struttura molecolare, un metodo inventato dagli scienziati IBM nel 2009.
Nella nostra ricerca, abbiamo risolto campioni di carbonio oceanico disciolto raccolti dalla superficie e dal profondo (2, 500 m) delle acque del Pacifico settentrionale per chiarire il motivo della recalcitranza del carbonio organico disciolto negli oceani.
I nostri risultati indicano differenze significative tra le molecole in superficie e quelle in profondità. A confronto, le molecole delle acque profonde sono più planari e presentano meno gruppi alifatici rispetto alle molecole in superficie. Questi risultati supportano l'ipotesi che la vecchiaia del carbonio organico disciolto nell'oceano profondo sia correlato alla sua recalcitranza strutturale.
Perché dovremmo preoccuparci del carbonio organico disciolto?
Il carbonio organico disciolto è un enorme serbatoio di carbonio, circa uguale alla quantità di carbonio nella nostra atmosfera. Per comprendere il ciclo del carbonio e come cambierà negli oceani con temperature più calde, dobbiamo capire la recalcitranza dietro questa antica pozza di carbonio organico disciolto marino.
In un mondo in cui le acque oceaniche diventano giorno dopo giorno sempre più inquinate, e alla luce della Giornata mondiale dell'ambiente, questo metodo consentirà agli scienziati marini di indagare sulle singole strutture chimiche presenti nei bacini oceanici, per comprendere meglio il ciclo del carbonio e scoprire la "salute" dei nostri oceani.
