Imagen de carbono oceánico en escala atómica

El carbono oceánico disuelto (DOC) en el océano es una de las mayores reservas de carbono reducido de la Tierra. Es aproximadamente 200 veces más grande que la biosfera viviente y comparable en tamaño al CO2 atmosférico ₂ reservorio. Debido a su complejidad, se ha caracterizado menos del 10 por ciento de carbono orgánico disuelto. Es importante comprender qué es esta reserva de carbono, para que podamos predecir cómo responderá esta reserva de carbono al aumento de las temperaturas debido al cambio climático.

Científicos de IBM Research - Zurich se asociaron con oceanógrafos químicos de la Universidad de Zurich, la Universidad de California en Irvine y la Universidad de California Santa Cruz para obtener imágenes de las moléculas presentes en el carbono orgánico disuelto en el océano. Este método permite a los científicos marinos observar la estructura de moléculas individuales en las cuencas oceánicas profundas para comprender mejor el ciclo del carbono oceánico. Nuestra investigación aparece hoy en la revista revisada por pares Geophysical Research Letters.

Materia misteriosa

Si bien el carbono orgánico disuelto se origina principalmente en la superficie del océano a partir del fitoplancton moderno, paradójicamente, la edad media (según lo determinado por la datación por radiocarbono) es aproximadamente 2.400 años mayor de lo que cabría esperar. Esto indica que una parte del carbono sobrevive a múltiples ciclos de mezcla del océano profundo. Hay varios paradigmas debatidos para explicar este enigma. Una teoría importante sugiere que la larga persistencia del carbono del océano profundo se explica por su estructura química. Sin embargo, la estructura del carbono orgánico disuelto nunca ha sido fotografiada, hasta ahora.

A la izquierda :Imagen AFM usando una punta funcionalizada con CO de 5,6,8-trimetil-2,3-dihidro-1H-ciclopenta [b] naftaleno, una molécula que se encuentra en las profundidades del océano. A la derecha:imagen de AFM usando una punta funcionalizada con CO de una molécula que se encuentra en las profundidades del Océano Pacífico Norte.

Las herramientas emergentes en química analítica, junto con la oceanografía química, están rompiendo las barreras para obtener una apreciación más completa del carbono orgánico disuelto en la superficie y en profundidad. La complejidad de los compuestos en el carbono orgánico disuelto es enorme. Esta reserva de carbono oceánico contiene muchos miles de moléculas diferentes. En IBM, utilizamos un microscopio de fuerza atómica (AFM) para obtener imágenes de moléculas individuales con resolución atómica para identificar su estructura molecular, un método inventado por científicos de IBM en 2009.

Desde la izquierda a la derecha, Leo Gross, IBM Research - Zurich; Alysha Inez Coppola, Universidad de Zurich; Fabian Schulz, IBM Research - Zúrich y Shadi Fatayer, IBM Research - Zúrich

En nuestra investigación, resolvimos muestras de carbono oceánico disuelto recolectadas de la superficie y las aguas profundas (2500 m) del Pacífico Norte para dilucidar la razón detrás de la recalcitrancia del carbono orgánico disuelto en los océanos.

Nuestros hallazgos indican diferencias significativas entre las moléculas de la superficie y las de las profundidades. En comparación, las moléculas de aguas profundas son más planas y presentan menos grupos alifáticos que las moléculas de la superficie. Estos resultados apoyan la hipótesis de que la vejez del carbono orgánico disuelto en los océanos profundos se relaciona con su resistencia estructural.

¿Por qué deberíamos preocuparnos por el carbono orgánico disuelto?

El carbono orgánico disuelto es una enorme reserva de carbono, aproximadamente igual a la cantidad de carbono en nuestra atmósfera. Para comprender el ciclo del carbono y cómo cambiará en los océanos con temperaturas más cálidas, debemos comprender la obstinación detrás de esta antigua reserva de carbono orgánico marino disuelto.

En un mundo donde las aguas del océano se contaminan cada vez más día a día, y a la luz del Día Mundial del Medio Ambiente, este método permitirá a los científicos marinos investigar las estructuras químicas individuales presentes en las cuencas oceánicas, para comprender mejor el ciclo del carbono y descubrir la "salud" de nuestros océanos.