원자 규모로 촬영한 해양 탄소

바다의 용존 해양 탄소(DOC)는 지구상에서 가장 큰 환원 탄소 풀 중 하나입니다. 생물권보다 약 200배 더 크며 대기 중 CO₂와 크기가 비슷합니다. 저수지. 그 복잡성으로 인해 용존 유기 탄소의 10% 미만이 특성화되었습니다. 이 탄소 풀이 무엇인지 이해하는 것이 중요하므로 이 탄소 풀이 기후 변화로 인한 온도 상승에 어떻게 반응할지 예측할 수 있습니다.

IBM Research – 취리히의 과학자들은 취리히 대학교, 캘리포니아 어바인 대학교 및 캘리포니아 산타 크루즈 대학교의 화학 해양학자와 협력하여 해양 용존 유기 탄소에 존재하는 분자를 이미지화했습니다. 이 방법을 통해 해양 과학자들은 해양 탄소 순환에 대한 더 나은 이해를 얻기 위해 심해 분지의 개별 분자 구조를 볼 수 있습니다. 우리의 연구는 오늘 동료 심사를 거친 저널 Geophysical Research Letters에 실렸습니다.

수수께끼

용존 유기 탄소는 주로 현대의 식물성 플랑크톤의 해양 표면에서 유래하지만 역설적으로 평균 연령(방사성 탄소 연대 측정에 의해 결정됨)은 우리가 예상하는 것보다 약 2,400년 더 오래되었습니다! 이것은 탄소의 일부가 여러 심해 혼합 주기에서 살아남는다는 것을 나타냅니다. 이 수수께끼를 설명하기 위해 몇 가지 논쟁된 패러다임이 있습니다. 한 가지 주요 이론은 심해 탄소의 오랜 지속성을 화학 구조로 설명한다고 제안합니다. 그러나 용해된 유기 탄소의 구조는 지금까지 이미지화한 적이 없습니다.

왼쪽 :심해에서 발견되는 분자인 5,6,8-trimethyl-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[b]naphthalene의 CO 기능화 팁을 사용한 AFM 이미지. 오른쪽:깊은 북태평양에서 발견된 분자의 CO 기능화된 팁을 사용한 AFM 이미지.

화학 해양학과 함께 분석 화학의 새로운 도구는 표면과 깊은 용존 유기 탄소에 대한 완전한 이해를 얻기 위해 장벽을 허물고 있습니다. 용존 유기 탄소에 포함된 화합물의 복잡성은 방대합니다. 이 해양 탄소 풀에는 수천 개의 서로 다른 분자가 포함되어 있습니다. IBM에서는 원자간력현미경(AFM)을 사용하여 분자 구조를 식별하기 위해 원자 분해능으로 개별 분자를 이미지화합니다. 이 방법은 2009년 IBM 과학자들이 발명한 방법입니다.

왼쪽부터 오른쪽으로, Leo Gross, IBM Research – 취리히; Alysha Inez Coppola, 취리히 대학교; Fabian Schulz, IBM 연구 – 취리히 및 Shadi Fatayer, IBM 연구 – 취리히

우리의 연구에서 우리는 해양에서 용존 유기 탄소의 내성에 대한 이유를 설명하기 위해 북태평양의 표층과 깊은(2,500m) 바다에서 수집된 용존 해양 탄소 샘플을 분석했습니다.

우리의 발견은 표면의 분자와 깊은 곳의 분자 사이에 상당한 차이가 있음을 나타냅니다. 이에 비해 심해의 분자는 표면의 분자보다 더 평면적이고 지방족 그룹이 적습니다. 이러한 결과는 심해 용존 유기 탄소의 노후화가 구조적 내성과 관련이 있다는 가설을 뒷받침합니다.

용존 유기 탄소에 관심을 가져야 하는 이유는 무엇인가요?

용존 유기 탄소는 탄소의 거대한 저장소이며, 우리 대기의 탄소 양과 거의 같습니다. 탄소 순환과 온도가 더 높은 바다에서 어떻게 변할지 이해하려면 이 고대의 해양 용존 유기 탄소 웅덩이 뒤에 있는 내성을 이해해야 합니다.

해수가 나날이 오염되고 있는 세상에서 세계 환경의 날을 맞아 해양 과학자들은 이 방법을 통해 해양 분지에 존재하는 개별 화학 구조를 조사하여 탄소 순환을 더 잘 이해하고 우리 바다의 "건강".

저분자량 해양 용존 유기 탄소에서 개별 방향족 화합물 구조의 직접 시각화 , DOI:10.1029/2018GL077457