Во-первых, исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине, а также из швейцарского Цюрихского университета, IBM Research-Zurich и UC Santa Cruz получили прямые изображения молекул растворенного органического углерода в океане, что позволило лучше анализ и характеристика соединений, которые играют важную роль в изменении климата Земли.
Используя технику атомно-силовой микроскопии, разработанную IBM, команда смогла визуализировать отдельные атомы и связи, что дало ключ к пониманию их устойчивости в морской среде. Результаты были опубликованы сегодня в журнале Американского геофизического союза Geophysical Research Letters.
«Чтобы понять процессы, происходящие в масштабах океанических бассейнов, иногда необходимо рассматривать объекты, которые на несколько порядков меньше», - говорит соавтор исследования Эллен Драффель, профессор и заведующая кафедрой наук о системе Земли Фреда Кавли в UCI. «Увидев своими глазами двойные связи и кольца растворенных молекул органического углерода, мы сможем лучше объяснить, как они остаются в океане на протяжении десятков тысяч лет».
Изображенные молекулы были собраны исследователями Калифорнийского университета в Санта-Круз в водах северной части центральной части Тихого океана.
Морской резервуар растворенного органического углерода, сравнимый по размеру с атмосферным резервуаром CO2, примерно в 200 раз превышает количество углерода, содержащегося во всех растениях и животных на планета. Из-за своей сложности, разнообразного происхождения и различной реакции на условия окружающей среды было охарактеризовано только около 10 процентов DOC..
Мы все еще пытаемся выяснить, как на подавляющее большинство этого вещества будет влиять продолжающееся добавление новых CO2 в результате сжигания ископаемого топлива и увеличения температуры из-за глобального изменения климата», - сказал соавтор Бретт Уокер, помощник исследователя UCI в области науки о системе Земли.
Большая часть DOC у поверхности океана образуется из остатков недавно жившего фитопланктона. Однако радиоуглеродное датирование DOC в глубоком океане показывает, что он намного старше, чем предполагалось, - на целых 4 500 лет - что указывает на то, что часть этого DOC переживает несколько циклов смешивания океана.
Исследователи предположили, что химическая структура DOC отвечает за его стойкость в окружающей среде, и с помощью метода атомно-силовой микроскопии ученые теперь могут видеть в реальном космосе изображения связанных атомов в этих соединениях. Команда обнаружила, что молекулы из глубин океана часто проявляют ароматичность, то есть они представляют собой плоские кольца атомов, которые очень стабильны и не распадаются на части..
«Эти визуализации в масштабе атома помогают продемонстрировать, что старость небольших молекул DOC в глубоком океане связана с их химической структурой, которую бактерии, похоже, не используют», - сказал Уокер. «Это важное открытие, которое поможет исследователям лучше понять круговорот углерода в океанах и общее состояние морской среды нашей планеты».
Работа финансировалась Цюрихским университетом, IBM Research-Zurich, Национальным научным фондом и Американским химическим обществом.