Nowe narzędzia analityczne identyfikują odrębne składniki rozpuszczonej materii organicznej w słupie wody oceanu

Duże ilości węgla są magazynowane w całym środowisku w postaci naturalnie występującej rozpuszczonej materii organicznej. Średni wiek tego węgla organicznego w oceanie wynosi tysiące lat, ale sezonowe wahania stężenia rozpuszczonej materii organicznej w powierzchni oceanu oznaczają, że część rozpuszczonej materii organicznej jest wytwarzana i rozkładana znacznie szybciej.

Powód, dla którego niektóre frakcje węgla organicznego utrzymują się dłużej niż inne, od dawna pozostaje nieznany. Korzystając z nowych narzędzi analitycznych opracowanych przez Laboratorium Nauk Molekularnych Środowiska (EMSL), wieloinstytucjonalny zespół badaczy zidentyfikował odrębne składniki rozpuszczonej materii organicznej (DOM) o różnym składzie molekularnym, który stanowi podstawę ich trwałości.

Ich badanie zostało opublikowane w Nauka i technologia o środowisku.

Powierzchnia oceanu pochłania mniej więcej jedną trzecią dwutlenku węgla wytwarzanego podczas spalania paliw kopalnych, a większość tego węgla przedostaje się do wnętrza oceanu w postaci cząstek i rozpuszczonego węgla organicznego. Jednakże mechanizmy kontroli tego procesu pozostają słabo poznane.

Badanie rzuca światło na pochodzenie i ostateczny los tego węgla organicznego poprzez rozdzielenie odrębnych składników, które zmieniają się z różną szybkością. Informacje takie mają kluczowe znaczenie dla dokonywania dokładniejszych przewidywań dotyczących przyszłych zmian w sekwestracji dwutlenku węgla.

DOM zawiera złożoną mieszaninę małych cząsteczek, które wymykają się szybkiej degradacji biologicznej. Przestrzenne i czasowe różnice w liczebności DOM odzwierciedlają istnienie frakcji usuwanych z oceanu w różnych skalach czasowych, od sekund do tysiącleci. Nie wiadomo jednak, czy wewnętrzne właściwości chemiczne tych składników organicznych mają związek z ich trwałością.

Zespół badawczy zbadał tę kwestię, porównując budowę molekularną różnych typów DOM o różnej długości życia w słupie wody w Wirze Północnoatlantyckim.

W analizie wykorzystano spektrometrię mas z rezonansem cyklotronowym z transformacją 21 Tesli Fouriera o ultrawysokiej rozdzielczości w połączeniu z chromatografią cieczową, a także oprogramowanie CoreMS firmy EMSL, nowatorski potok danych opracowany w EMSL, który generuje przypisania wzorów molekularnych i metryki złożoności izomerycznej.

Analiza ta umożliwiła zespołowi pogrupowanie odrębnych składników molekularnych o różnej labilności. Bardziej labilne frakcje były skoncentrowane w pobliżu powierzchni oceanu i zawierały więcej cząsteczek alifatycznych, hydrofobowych i zredukowanych niż frakcja ogniotrwała, która występowała równomiernie w słupie wody.

Odkrycia te sugerują, że procesy selektywnie usuwające związki poprzez agregację i sorpcję cząstek mogą wyjaśniać, dlaczego niektóre typy DOM znikają z oceanu szybciej niż inne.