Memvisualisasikan Karbon Terlarut Lautan pada Skala Atom
Karbon Terlarut Lautan (DOC) adalah reservoar karbon tereduksi terbesar planet, sekitar 200 kali massa biosfera hidup dan dapat dibandingkan dengan cadangan CO2 atmosfer. Namun, hanya sekitar 10 % DOC yang telah divalidasi secara kimiawi, sehingga terdapat celah pengetahuan kritis untuk memprediksi bagaimana cadangan besar ini akan merespons suhu yang naik dan stres perubahan iklim lainnya.
Dalam kolaborasi antara IBM Research – Zurich dan ahli kimia laut terkemuka dari Universitas Zurich, UC Irvine, dan UC Santa Cruz, peneliti telah untuk pertama kalinya mencitrakan molekul individual yang menyusun DOC. Hasilnya, kini dipublikasikan di jurnal terpercaya Geophysical Research Letters, membuka jendela baru ke dalam siklus karbon lautan.
Misteri Karbon Lautan Kuno Terungkap
Meskipun DOC sebagian besar berasal dari fitoplankton permukaan, penanggalan radiocarbon menunjukkan bahwa usia rata-rata-nya sekitar 2.400 tahun lebih tua dari yang diharapkan, yang mengimplikasikan bahwa sebagian dari karbon ini bertahan melalui beberapa siklus pencampuran air dalam. Hipotesis utama mengatakan bahwa keawetan ini disebabkan oleh struktur kimia DOC, hipotesis yang tidak dapat diuji sampai sekarang.
Di kiri: Citra AFM dari 5,6,8-trimetil-2,3-dihidro-1H-cyclopenta[b]naftalena, molekul lautan dalam. Di kanan: Citra AFM dari molekul dari Pasifik Utara dalam.
Kolaborasi Lintas Disiplin Membuka Perbatasan Baru
Menggabungkan kimia analitik canggih dengan sains laut, tim menggunakan mikroskopi gaya atom (AFM) untuk menangkap molekul DOC individual pada resolusi atomik—teknik yang di pioneer oleh ilmuwan IBM pada tahun 2009. Citra AFM mengungkap detail struktural yang menentukan bagaimana DOC berperilaku di lautan.
Dari kiri ke kanan: Leo Gross (IBM Research – Zurich); Alysha Inez Coppola (Universitas Zurich); Fabian Schulz (IBM Research – Zurich); Shadi Fatayer (IBM Research – Zurich).
Sampel dari permukaan dan kedalaman 2.500 m di Pasifik Utara diperiksa. Analisis menunjukkan bahwa molekul air dalam lebih rata dan memiliki lebih sedikit grup alifatik dibandingkan molekul permukaan, yang mendukung ide bahwa ketahanan struktural mendasari usia kuno DOC dalam.
Mengapa DOC Penting
DOC mewakili cadangan karbon yang dapat dibandingkan dengan atmosfer. Memahami ketahanan strukturalnya esensial untuk memprediksi bagaimana siklus karbon lautan akan berubah di dunia yang semakin panas, terutama karena polusi terus membebani ekosistem laut. Kemampuan untuk memvisualisasikan molekul individual menawarkan alat yang kuat untuk menilai kesehatan lautan dan memandu kebijakan iklim.
Visualisasi langsung struktur senyawa aromatik individual dalam karbon terlarut laut molekuler berat rendah, DOI: 10.1029/2018GL077457
