原子スケールで画像化された海洋炭素

海洋の溶存炭素（DOC）は、地球上で最大の還元炭素プールの1つです。生物圏の約200倍の大きさで、大気中のCO ₂ に匹敵するサイズです。 貯水池。その複雑さのために、溶存有機炭素の10パーセント未満が特徴づけられています。この炭素プールが何であるかを理解することは重要です。そうすれば、この炭素プールが気候変動による気温の上昇にどのように反応するかを予測できます。

IBM Researchの科学者–チューリッヒは、チューリッヒ大学、カリフォルニア大学アーバイン校、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の化学海洋学者とペアを組み、海洋の溶存有機炭素に存在する分子を画像化しました。この方法により、海洋科学者は深海盆地の個々の分子の構造を調べて、海洋の炭素循環をよりよく理解することができます。私たちの研究は、本日、査読付きジャーナル Geophysical ResearchLetters。に掲載されました。

不思議な事柄

溶存有機炭素は主に現代の植物プランクトンの海面に由来しますが、逆説的ですが、平均年齢（放射性炭素年代測定による）は私たちが予想するよりも約2,400歳年上です！これは、炭素の一部が複数の深海混合サイクルに耐えることを示しています。この謎を説明するために、いくつかの議論されたパラダイムがあります。ある主要な理論は、深海炭素の長期持続性はその化学構造によって説明されることを示唆しています。しかし、溶存有機炭素の構造はこれまで画像化されていませんでした。

左側：深海で見つかった分子である5,6,8-トリメチル-2,3-ジヒドロ-1H-シクロペンタ[b]ナフタレンのCO官能化チップを使用したAFM画像。右：北太平洋の深海で見つかった分子のCO官能化チップを使用したAFM画像。

化学海洋学とともに分析化学の新しいツールは、表面および深く溶解した有機炭素のより完全な理解を得るために障壁を打ち破っています。溶存有機炭素中の化合物の複雑さは非常に大きいです。この海洋炭素プールには、何千もの異なる分子が含まれています。 IBMでは、原子間力顕微鏡（AFM）を使用して、個々の分子を原子分解能で画像化し、分子構造を特定します。これは、2009年にIBMの科学者によって発明された方法です。

左から右に、レオ・グロス、IBM Research –チューリッヒ。 Alysha Inez Coppola、チューリッヒ大学;ファビアン・シュルツ、IBM Research –チューリッヒおよびShadi Fatayer、IBM Research –チューリッヒ

私たちの研究では、北太平洋の表層と深海（2,500 m）から収集された溶存海洋炭素のサンプルを分析し、海洋における溶存有機炭素の難分解性の背後にある理由を解明しました。

私たちの発見は、表面の分子と深部の分子の間に有意差があることを示しています。比較すると、深海の分子は表面の分子よりも平面的で脂肪族基が少ないのが特徴です。これらの結果は、深海に溶け込んだ有機炭素の老後がその構造的難しさに関係しているという仮説を支持しています。

なぜ溶存有機炭素を気にする必要があるのですか？

溶存有機炭素は、私たちの大気中の炭素の量にほぼ等しい、巨大な炭素の貯蔵庫です。炭素循環と、それがより暖かい温度の海洋でどのように変化するかを理解するには、この古代の海洋溶存有機炭素のプールの背後にある難しさを理解する必要があります。

海洋水が日々ますます汚染されている世界で、そして世界環境デーに照らして、この方法は海洋科学者が海盆に存在する個々の化学構造を調査し、炭素の循環をよりよく理解し、発見することを可能にします私たちの海の「健康」。

低分子量の海洋溶存有機炭素中の個々の芳香族化合物構造の直接可視化 、DOI：10.1029 / 2018GL077457