Новое исследование Университета Делавэра, недавно опубликованное в Nature Communications, впервые показывает, что старый углерод, обнаруженный на морском дне, может быть напрямую связан с субмикронными частицами графита, исходящими из гидротермальных жерл.
Определение источников, путей переноса и судьбы этого углерода на морском дне является ключом к пониманию динамики морского углеродного цикла.
Океан действует как резервуар для значительного количества как органического углерода, так и углекислого газа, что может привести к закислению океана или преобразоваться в органический углерод посредством фотосинтеза.
Таким образом, важно понимать, как углерод перемещается между различными фазами в океане и как он может удерживаться в глубинах океана в течение чрезвычайно длительных периодов времени. Эта работа показывает, что органический углерод и углекислый газ также могут быть преобразованы в вентиляционных отверстиях в другую форму углерода, графит.
Исследование проводилось Эмили Эстес, бывшим научным сотрудником Университета штата Вашингтон, которая в настоящее время работает научным сотрудником Международной программы по открытию океана в Техасском университете A&M, и Джорджем Лютером, исследователем Максвелла П. и Милдред Х. Харрингтонский профессор морской химии и профессор Фрэнсиса Элисона в Колледже Земли, океана и окружающей среды Университета штата Вашингтон (CEOE).
Для проведения исследования исследователи использовали образцы наночастиц из пяти различных участков гидротермальных источников, собранные во время исследовательской экспедиции на жерловое поле Восточно-Тихоокеанского подъема в Тихом океане в 2017 году, финансируемой программой морской геологии и геофизики Национального научного фонда.
Эстес проводил отбор проб флюидов и твердых частиц из гидротермальных источников во время экспедиции, которую возглавлял Лютер.
Когда они вернулись из исследовательского круиза и захотели глубже взглянуть на то, что они собрали, образцы были проанализированы под сканирующими и просвечивающими микроскопами коллегами из Национального центра инфраструктуры нанотехнологий Земли и окружающей среды (NanoEarth) в Технологическом институте Вирджинии.
Посмотрев на результаты, Эстес заметил в образцах большое количество субмикронных частиц графита, похожих на то, что можно найти в обычном графитном карандаше.
Хотя известно, что графит может гидротермально образовываться в отложениях, это исследование показало, что эти субмикронные частицы графита, которые выходят из вентиляционных отверстий, постоянно встречаются в различных климатических средах, включая как целенаправленные высокотемпературные, так и низкотемпературные вентиляционные участки.
«Несмотря на то, что наше исследование является предварительным наблюдением за этими частицами, оно предполагает, что они, вероятно, очень широко распространены и могут быть значительным источником этого типа углерода в глубинах океана», – сказал Эстес.
Неизвестный графит
Предыдущие исследования могли упустить из виду важность частиц графита из-за способа измерения растворенного органического углерода и органического углерода в виде частиц.
Работая с Эндрю Возняком, доцентом Школы морских наук и политики в CEOE, и Николь Коффи, студенткой магистратуры в CEOE, которая также участвовала в исследовательском круизе в качестве бакалавра в 2017 году, Эстес и Лютер смогли показать, что общее методы, используемые для измерения растворенного органического углерода или органического углерода в виде частиц, также позволяют улавливать графит.
Поскольку графит состоит только из углерода, однако, если бы кто-то только что провел общее измерение углерода-14, он мог бы упустить из виду, что в их образце есть гидротермальный графит.
«Графит не является углеродом с водородом, кислородом, азотом и другими элементами», – сказал Лютер. "Итак, вот неорганическая форма углерода, потому что это чистый углерод, который также измеряется как органический углерод, независимо от того, растворен он или частицы."
Обнаружение этих субмикронных частиц графита помогает разгадать загадку, сбившую с толку исследователей, относительно растворенного органического углерода в действительно глубоких океанских средах.
«Если измерить возраст углерода-14 на нем, окажется, что он немного старше, чем вы на самом деле ожидали, и поэтому существует загадка, связанная с источником этого старого органического углерода», – сказал Эстес. "Мы показали, что вентиляционные отверстия выделяют этот графитовый углерод."
Другим важным моментом статьи является то, что, поскольку эти субмикронные частицы графита не являются плотными и выделяются из гидротермальных жерл в плоских пластинчатых структурах, они могут увлекаться океанскими течениями и распространяться далеко от жерл. Это будет важно принять во внимание в будущих исследованиях морского углеродного цикла.
«Следующими шагами будет попытка на самом деле количественно определить, сколько углерода выходит из вентиляционных отверстий, а затем сравнить это с тем, что мы измеряем как растворенный органический углерод в океане, и выяснить, какова часть потока», – сказал Эстес.