De grandes quantités de carbone sont stockées dans l’environnement sous forme de matière organique dissoute naturelle. Dans l’océan, ce carbone organique a un âge moyen de plusieurs milliers d’années, mais les fluctuations saisonnières des concentrations de matière organique dissoute à la surface de l’océan impliquent qu’une partie de la matière organique dissoute est produite et dégradée beaucoup plus rapidement.
La raison pour laquelle certaines fractions de carbone organique persistent plus longtemps que d’autres est restée longtemps inconnue. À l’aide de nouveaux outils d’analyse développés par le Laboratoire des sciences moléculaires de l’environnement (EMSL), une équipe de chercheurs multi-institutionnels a identifié des composants distincts de la matière organique dissoute (MOD) ayant des compositions moléculaires différentes qui sous-tendent leur persistance.
Leur étude est publiée dans Sciences et technologies de l’environnement.
La surface des océans absorbe environ un tiers du dioxyde de carbone produit par la combustion des combustibles fossiles, et une grande partie de ce carbone est transférée à l’intérieur des océans sous forme de particules et de carbone organique dissous. Cependant, les mécanismes qui régissent ce processus restent mal compris.
L’étude met en lumière les origines et le devenir ultime de ce carbone organique en identifiant des composants distincts qui évoluent à des rythmes différents. Ces informations sont cruciales pour faire des prévisions plus précises sur les changements futurs dans la séquestration du carbone.
La DOM contient un mélange complexe de petites molécules qui échappent à une dégradation biologique rapide. Les variations spatiales et temporelles de l’abondance de la DOM reflètent l’existence de fractions qui sont éliminées de l’océan sur différentes échelles de temps, allant de quelques secondes à des millénaires. Cependant, on ignore encore si les propriétés chimiques intrinsèques de ces composants organiques sont liées à leur persistance.
L’équipe de recherche a étudié cette question en comparant la composition moléculaire de différents types de DOM avec différentes durées de vie d’une colonne d’eau dans le gyre de l’Atlantique Nord.
L’analyse a utilisé la spectrométrie de masse à résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier de 21 Tesla à ultra-haute résolution couplée à la chromatographie liquide, ainsi que, en exploitant le logiciel CoreMS d’EMSL, un nouveau pipeline de données développé à l’EMSL qui génère des attributions de formules moléculaires et des mesures de complexité isomérique.
Cette analyse a permis à l’équipe de regrouper des composants moléculaires distincts présentant des labilités différentes. Les fractions les plus labiles étaient concentrées près de la surface de l’océan et contenaient davantage de molécules aliphatiques, hydrophobes et réduites que la fraction réfractaire, qui se trouvait uniformément dans toute la colonne d’eau.
Ces résultats suggèrent que les processus qui éliminent sélectivement les composés par agrégation et sorption de particules pourraient expliquer pourquoi certains types de DOM disparaissent de l’océan plus rapidement que d’autres.
Plus d’informations :
Rene M. Boiteau et al., Relation des propriétés moléculaires à la persistance de la matière organique dissoute marine avec la chromatographie liquide et la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution, Sciences et technologies de l’environnement (2024). DOI: 10.1021/acs.est.3c08245