Große Mengen Kohlenstoff sind in der Umwelt als natürlich vorkommende gelöste organische Stoffe gespeichert. Im Ozean ist dieser organische Kohlenstoff im Durchschnitt Tausende von Jahren alt, aber saisonale Schwankungen der Konzentration gelöster organischer Stoffe in der Meeresoberfläche bedeuten, dass einige gelöste organische Stoffe viel schneller produziert und abgebaut werden.
Der Grund, warum manche Anteile organischen Kohlenstoffs länger bestehen bleiben als andere, war lange Zeit unbekannt. Mithilfe neuer Analysetools des Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL) konnte ein Forscherteam verschiedener Institutionen unterschiedliche Bestandteile gelöster organischer Stoffe (DOM) mit unterschiedlichen molekularen Zusammensetzungen identifizieren, die ihre Beständigkeit belegen.
Die Studie erschien im Umweltwissenschaft und -technologie.
Die Meeresoberfläche nimmt etwa ein Drittel des Kohlendioxids auf, das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, und ein Großteil dieses Kohlenstoffs gelangt in Form von Partikeln und gelöstem organischem Kohlenstoff ins Innere des Ozeans. Wie dieser Prozess gesteuert wird, ist jedoch noch immer nicht vollständig verstanden.
Die Studie wirft Licht auf die Ursprünge und das endgültige Schicksal dieses organischen Kohlenstoffs, indem sie verschiedene Komponenten auflöst, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zirkulieren. Solche Informationen sind entscheidend, um genauere Vorhersagen über zukünftige Änderungen bei der Kohlenstoffbindung zu treffen.
DOM enthält eine komplexe Mischung kleiner Moleküle, die sich einem schnellen biologischen Abbau entziehen. Räumliche und zeitliche Schwankungen in der DOM-Menge spiegeln die Existenz von Fraktionen wider, die in unterschiedlichen Zeiträumen, von Sekunden bis zu Jahrtausenden, aus dem Ozean entfernt werden. Es ist jedoch noch unbekannt, ob die intrinsischen chemischen Eigenschaften dieser organischen Komponenten mit ihrer Persistenz zusammenhängen.
Das Forschungsteam untersuchte diese Frage, indem es die molekulare Zusammensetzung verschiedener DOM-Typen mit unterschiedlicher Lebensdauer aus einer Wassersäule im nordatlantischen Wirbel verglich.
Bei der Analyse kam eine ultrahochauflösende 21-Tesla-Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie in Verbindung mit einer Flüssigkeitschromatographie zum Einsatz. Zudem wurde die CoreMS-Software von EMSL genutzt, eine neuartige, bei EMSL entwickelte Datenpipeline, die Zuordnungen von Molekülformeln und Messwerte für die isomere Komplexität generiert.
Mithilfe dieser Analyse konnte das Team unterschiedliche Molekülkomponenten mit unterschiedlicher Labilität gruppieren. Die labileren Fraktionen konzentrierten sich in der Nähe der Meeresoberfläche und enthielten mehr aliphatische, hydrophobe und reduzierte Moleküle als die refraktäre Fraktion, die gleichmäßig in der gesamten Wassersäule auftrat.
Diese Erkenntnisse legen nahe, dass Prozesse, die selektiv Verbindungen durch Aggregation und Partikelsorption entfernen, erklären könnten, warum einige DOM-Typen schneller aus dem Ozean verschwinden als andere.
Weitere Informationen:
Rene M. Boiteau et al., Zusammenhang molekularer Eigenschaften mit der Persistenz von gelösten organischen Stoffen im Meer mittels Flüssigchromatographie und hochauflösender Massenspektrometrie, Umweltwissenschaft und -technologie (2024). DOI: 10.1021/acs.est.3c08245