В течение многих лет исследователи, изучающие отложения морского дна, находили кусочки черного углерода вместе с органическим углеродом, разбросанным по дну океана, но они не могли точно сказать, откуда он взялся. Проблема изучения глубоководного углерода заключается в том, что он представляет собой смесь свежего материала, доставленного с поверхности, и состарившегося компонента, происхождение которого ранее было неизвестно.
Теперь новое исследование Университета Делавэра, недавно опубликованное в Nature Communications, впервые показывает, что старый углерод, обнаруженный на морском дне, может быть напрямую связан с субмикронными частицами графита, исходящими из гидротермальных источников.
Идентификация источников, путей переноса и судьбы этого углерода на морском дне является ключом к пониманию динамики морского углеродного цикла.
Океан выступает в качестве резервуара для значительных количеств как органического углерода, так и двуокиси углерода, которые могут привести к закислению океана или преобразовываться в органический углерод посредством фотосинтеза. Таким образом, важно понять, как углерод перемещается между различными фазами в океане и как он может изолироваться в глубоком океане на чрезвычайно длительные периоды времени. Эта работа показывает, что органический углерод и углекислый газ также могут быть преобразованы в жерлах в другую форму углерода, графит.
Исследование возглавляли Эмили Эстес, бывший научный сотрудник UD, а ныне штатный научный сотрудник Международной программы исследования океана в Техасском университете A&M, а также Джордж Лютер, Максвелл П. и Милдред Х. Профессор морской химии Харрингтона и профессор Фрэнсиса Элисона в Колледже Земли, океана и окружающей среды Университета штата Калифорния (CEOE).
Для проведения своего исследования исследователи использовали образцы наночастиц из пяти различных гидротермальных жерл, собранные во время исследовательской экспедиции на жерловое поле Восточно-Тихоокеанского поднятия в Тихом океане в 2017 году, финансируемой Национальным научным фондом морской геологии и геофизическая программа.
Эстес провела отбор проб гидротермальных флюидов и твердых частиц на борту корабля во время экспедиции, которой руководил Лютер.
Когда они вернулись из исследовательского круиза и захотели более подробно изучить то, что они собрали, образцы были проанализированы под сканирующим и просвечивающим микроскопами коллегами из Национального центра инфраструктуры нанотехнологий Земли и окружающей среды (NanoEarth) в Технологический институт Вирджинии.
Посмотрев на результаты, Эстес заметила в образцах большое количество субмикронных частиц графита, похожих на те, что можно найти в обычном графитовом карандаше.
Хотя известно, что графит может образовываться гидротермально в отложениях, это исследование показало, что эти субмикронные частицы графита, которые выходят из жерл, постоянно встречаются в различных средах жерл, включая как сфокусированные высокотемпературные, так и низкотемпературные среды. вентиляционные площадки.
«Несмотря на то, что наше исследование является предварительным наблюдением за этими частицами, оно предполагает, что они, вероятно, очень широко распространены и могут быть значительным источником этого типа углерода в глубоком океане», - сказал Эстес..
Проглядный графит
Предыдущие исследования, возможно, упустили из виду значение частиц графита из-за способа измерения растворенного органического углерода и твердых частиц органического углерода.
Работая с Эндрю Возняком, доцентом Школы морской науки и политики в CEOE, и Николь Коффи, студенткой магистратуры в CEOE, которая также была в исследовательском круизе в качестве студента в 2017 году, Эстес и Лютер были в состоянии показать, что обычные методы, используемые для измерения растворенного органического углерода или органического углерода в виде частиц, также улавливают графит.
Поскольку графит состоит только из углерода, однако, если кто-то просто проведет общее измерение углерода-14, он может не заметить, что в его образце присутствует гидротермальный графит.
«Графит - это не углерод с водородом, кислородом, азотом и другими элементами», - сказал Лютер. «Итак, вот неорганическая форма углерода, потому что это чистый углерод, который также измеряется как органический углерод, будь то растворенный или твердый».
Обнаружение этих субмикронных частиц графита помогает ответить на загадку, которая поставила исследователей в тупик в отношении растворенного органического углерода в действительно глубоководных средах океана.
«Если вы измерите возраст углерода-14, он окажется немного старше, чем вы на самом деле ожидаете, и поэтому существует загадка, связанная с источником этого старого органического углерода», - сказал он. Эстес. «Мы показали, что жерла выделяют графитовый углерод».
Другой важный момент статьи заключается в том, что, поскольку эти субмикронные частицы графита не являются плотными и выбрасываются из гидротермальных жерл в виде плоских листов, они могут уноситься океанскими течениями и распространяться далеко от поверхности. вентиляционные площадки. Это будет важно принять во внимание для будущих исследований морского углеродного цикла.
Следующими шагами будет попытка количественно определить, сколько углерода выходит из жерл, а затем сравнить это с тем, что мы измеряем как растворенный органический углерод в океане, и выяснить, какую часть потока он составляет, - сказал Эстес.