Для понимания глобального углеродного цикла давно предполагалось, что «черный углерод» - устойчивые к гниению молекулы углерода, измененные под воздействием огня или горения, - возникает на суше и попадает в океан через реки и ручьи. Неожиданное открытие, опубликованное сегодня в Nature Communications, бросает вызов этому давнему предположению и раскрывает новую заманчивую загадку: если черный углерод в океане значительно отличается от черного углерода в реках, откуда он взялся?
«Сигнатура растворенного черного углерода в океане сильно отличается от сигнатуры растворенного черного углерода в реке, что поднимает множество фундаментальных вопросов», - сказала Саша Вагнер, доцент кафедры наук о земле и окружающей среде Политехнического института Ренсселера и ведущий автор. исследования. «Есть ли другие источники растворенного черного углерода? Он разлагается в реках, изолируется в отложениях или изменяется до неузнаваемости, прежде чем достигает открытого океана?
Ставя под сомнение происхождение черного углерода в океане, исследование, опубликованное в Nature Communications, на самом деле усложняет загадку, которую исследовал Вагнер. Радиоуглеродное датирование показывает, что возраст растворенного черного углерода в глубинах океана достигает 20 000 лет, в то время как расчеты показывают, что реки могут заменить все количество растворенного в океане черного углерода примерно через 500 лет. Если так много растворенного черного углерода движется вниз по течению в океан, по-видимому, в течение тысячелетий, почему исследователи не находят его больше?
Исследуя такие вопросы, Вагнер разработал новую методику анализа черного углерода. Источники черного углерода традиционно отслеживались с использованием соотношения между молекулярными прокси. Но, учитывая, что соотношение легко меняется под воздействием солнечного света, метод ненадежен при использовании в водной среде. Новый подход Вагнера включает изотопы углерода - варианты углерода, которые содержат разное количество нейтронов - для выявления различных источников растворенного черного углерода. Выполняя анализ стабильных изотопов углерода на отдельных прокси-молекулах, становится возможным отслеживать наземные источники черного углерода по мере его перемещения из почвы в океан..
В своем недавно опубликованном исследовании Вагнер использовала эту технику, чтобы задать общий вопрос, сравнивая образцы, взятые из Атлантического и Тихого океанов, с крупными реками, включая Амазонку, Миссисипи, Конго и две арктические реки.
Результаты показывают, что растворенный в океане черный углерод содержит значительно более высокую долю углерода-13 (изотоп углерода-12, который имеет один дополнительный нейтрон), чем растворенный черный углерод, обнаруженный в мировых реках.
«Значения действительно разные, и хотя мы все еще находимся в самом начале использования этого метода, этот результат говорит нам о том, что черный углерод в океане не поступает из рек», - сказал Вагнер. «Речной растворенный черный углерод не достигает океанов, и это поднимает множество интересных альтернатив, которые мы должны исследовать».
«Использование соотношения изотопов для различения происхождения черного углерода из озер и ручьев от того, что находится в море, разрушило некоторые давние убеждения в научном сообществе». - сказал Курт Бренеман, декан Научной школы Ренсселера. «Новаторский подход Саши Вагнер к этому насущному вопросу - отличный пример того, как преподаватели Rensselaer продолжают расширять границы науки, задавая трудные вопросы и бросая вызов существующему положению».