Visualización del carbono disuelto oceánico a escala atómica

El Carbono Orgánico Disuelto (DOC) oceánico es el mayor reservorio de carbono reducido del planeta, aproximadamente 200 veces la masa de la biosfera viva y comparable al depósito de CO₂ atmosférico. Sin embargo, solo alrededor del 10 % del DOC ha sido caracterizado químicamente, dejando una brecha crítica de conocimiento para predecir cómo responderá este vasto almacén al aumento de temperaturas y otros estreses del cambio climático.

En una colaboración entre IBM Research – Zúrich y destacados oceanógrafos químicos de la Universidad de Zúrich, UC Irvine y UC Santa Cruz, investigadores han logrado, por primera vez, obtener imágenes de las moléculas individuales que componen el DOC. Los resultados, publicados en la revista revisada por pares Geophysical Research Letters, abren una nueva ventana al ciclo del carbono oceánico.

Desentrañando el misterio del carbono oceánico antiguo

Aunque el DOC proviene en gran medida del fitoplancton de superficie, la datación por radiocarbono muestra que su edad media es unos 2.400 años mayor de lo esperado, lo que implica que una fracción de este carbono sobrevive a múltiples ciclos de mezcla de aguas profundas. Una hipótesis principal atribuye esta longevidad a la estructura química del DOC, hipótesis que no pudo probarse hasta ahora.

Colaboración interdisciplinaria rompe nuevos terrenos

Combinando química analítica avanzada con ciencia marina, el equipo empleó microscopía de fuerza atómica (AFM) para capturar moléculas individuales de DOC a resolución atómica —una técnica pionera de científicos de IBM en 2009. Las imágenes AFM revelan los detalles estructurales precisos que determinan cómo se comporta el DOC en el océano.

Se examinaron muestras tanto de superficie como de 2.500 m de profundidad en el Pacífico Norte. El análisis muestra que las moléculas de aguas profundas son más planas y contienen menos grupos alifáticos que las de superficie, apoyando la idea de que la recalcitrancia estructural sustenta la edad antigua del DOC profundo.

Por qué importa el DOC

El DOC representa un almacén de carbono comparable a la atmósfera. Comprender su resiliencia estructural es esencial para predecir cómo cambiará el ciclo del carbono oceánico en un mundo que se calienta, especialmente mientras la contaminación sigue agobiando los ecosistemas marinos. La capacidad de visualizar moléculas individuales ofrece una herramienta poderosa para evaluar la salud oceánica y guiar la política climática.

Direct visualization of individual aromatic compound structures in low molecular weight marine dissolved organic carbon, DOI: 10.1029/2018GL077457