Karbon Laut Dicitrakan pada Skala Atom

Karbon Laut Terlarut (DOC) di lautan adalah salah satu sumber pengurangan karbon terbesar di Bumi. Ini sekitar 200 kali lebih besar dari biosfer yang hidup dan ukurannya sebanding dengan CO di atmosfer₂ waduk. Karena kerumitannya, kurang dari 10 persen karbon organik terlarut telah dikarakterisasi. Penting untuk memahami apa yang dimaksud dengan kumpulan karbon ini, sehingga kami dapat memprediksi bagaimana kumpulan karbon ini akan merespons peningkatan suhu akibat perubahan iklim.

Ilmuwan dari IBM Research – Zurich berpasangan dengan ahli kelautan kimia dari University of Zurich, University of California Irvine dan University of California Santa Cruz untuk menggambarkan molekul yang ada dalam karbon organik terlarut laut. Metode ini memungkinkan ilmuwan kelautan untuk melihat struktur molekul individu di cekungan laut dalam untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang siklus karbon laut. Penelitian kami muncul hari ini di jurnal peer-review Geophysical Research Letters.

Masalah misterius

Sementara karbon organik terlarut terutama berasal dari permukaan laut dari fitoplankton modern, secara paradoks, usia rata-rata (seperti yang ditentukan oleh penanggalan radiokarbon) adalah sekitar 2.400 tahun lebih tua dari yang kita harapkan! Hal ini menunjukkan bahwa sebagian dari karbon bertahan beberapa siklus pencampuran laut dalam. Ada beberapa paradigma yang diperdebatkan untuk menjelaskan teka-teki ini. Satu teori utama menyatakan bahwa karbon laut dalam yang bertahan lama dijelaskan oleh struktur kimianya. Namun, struktur karbon organik terlarut belum pernah dicitrakan, sampai sekarang.

Di kiri :Gambar AFM menggunakan ujung 5,6,8-trimetil-2,3-dihidro-1H-siklopenta[b]naftalena yang difungsikan CO, sebuah molekul yang ditemukan di laut dalam. Di kanan:Gambar AFM menggunakan ujung molekul yang difungsikan dengan CO yang ditemukan di Samudra Pasifik Utara bagian dalam.

Alat-alat yang muncul dalam kimia analitik bersama dengan oseanografi kimia mendobrak hambatan untuk mendapatkan apresiasi yang lebih lengkap dari permukaan dan karbon organik terlarut dalam. Kompleksitas senyawa dalam karbon organik terlarut sangat luas. Kolam karbon samudera ini mengandung ribuan molekul yang berbeda. Di IBM, kami menggunakan mikroskop kekuatan atom (ATOM) untuk mencitrakan molekul individu dengan resolusi atom untuk mengidentifikasi struktur molekulnya – sebuah metode yang ditemukan oleh para ilmuwan IBM pada tahun 2009.

Dari kiri ke kanan, Leo Gross, IBM Research – Zurich; Alysha Inez Coppola, Universitas Zurich; Fabian Schulz, IBM Research – Zurich dan Shadi Fatayer, IBM Research – Zurich

Dalam penelitian kami, kami menyelesaikan sampel karbon laut terlarut yang dikumpulkan dari permukaan dan perairan dalam (2.500 m) di Pasifik Utara untuk menjelaskan alasan di balik ketangguhan karbon organik terlarut di lautan.

Temuan kami menunjukkan perbedaan yang signifikan antara molekul di permukaan dan di dalam. Sebagai perbandingan, molekul dari perairan dalam lebih planar dan memiliki gugus alifatik yang lebih sedikit daripada molekul di permukaan. Hasil ini mendukung hipotesis bahwa usia tua karbon organik terlarut laut dalam berkaitan dengan ketangguhan strukturalnya.

Mengapa kita harus peduli dengan karbon organik terlarut?

Karbon organik terlarut adalah cadangan karbon yang sangat besar, kira-kira sama dengan jumlah karbon di atmosfer kita. Untuk memahami siklus karbon dan bagaimana perubahannya di lautan dengan suhu yang lebih hangat, kita perlu memahami ketangguhan di balik kumpulan karbon organik terlarut laut purba ini.

Di dunia di mana air laut menjadi semakin tercemar dari hari ke hari, dan sehubungan dengan Hari Lingkungan Hidup Sedunia, metode ini akan memungkinkan para ilmuwan kelautan untuk menyelidiki struktur kimia individu yang ada di cekungan laut, untuk lebih memahami siklus karbon dan mengungkap “kesehatan” lautan kita.