원자 규모에서 해양 용존 탄소 가시화

용존유기탄소(DOC)는 지구 최대 환원 탄소 저장소로, 생물권 질량의 약 200배이자 대기 CO₂ 풀과 맞먹습니다. 그런데 DOC의 약 10%만 화학적으로 특성화되어 있어, 이 거대 저장소가 온도 상승 등 기후변화 스트레스에 어떻게 반응할지 예측하는 데 중요한 지식 공백이 존재합니다.

IBM 리서치 취리히와 취리히대, UC 어바인, UC 산타크루즈의 해양화학자들이 협력해, 사상 최초로 DOC를 구성하는 개별 분자들을 이미징했습니다. 결과는 Geophysical Research Letters에 게재되어 해양 탄소 순환에 새 창을 열었습니다.

고대 해양 탄소의 수수께끼 풀기

DOC는 주로 표층 식물플랑크톤에서 유래하지만, 방사성탄소 연대측정 결과 평균 연령이 예상보다 약 2,400년 더 오래되었음이 드러났습니다. 이는 이 탄소 일부가 심층수 혼합 주기를 여러 번 견뎌냈음을 시사합니다. 주요 가설은 DOC의 화학적 구조가 이런 장수를 설명한다는 것이나, 지금까지 검증할 수 없었습니다.

학제간 협력으로 새 지평 열다

첨단 분석화학과 해양과학을 결합해, IBM 과학자들이 2009년 개척한 원자힘현미경(AFM)으로 개별 DOC 분자를 원자 해상도로 포착했습니다. AFM 이미지는 DOC의 해양 내 거동을 결정하는 정확한 구조적 세부사항을 드러냅니다.

표층과 북태평양 2,500m 심층 시료를 분석했습니다. 심층 분자들이 표층 분자보다 더 평평하고 지방족 기가 적음을 보여주며, 구조적 난분해성이 심층 DOC의 고령을 뒷받침한다는 생각을 지지합니다.

DOC가 중요한 이유

DOC는 대기권과 맞먹는 탄소 저장소입니다. 그 구조적 회복력을 이해하는 것은 온난화 세계에서 해양 탄소 순환이 어떻게 변할지 예측하는 데 필수적입니다. 특히 오염이 해양 생태계를 계속 압박하는 상황에서 개별 분자 가시화 능력은 해양 건강 평가와 기후 정책 수립에 강력한 도구가 됩니다.

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