Neue Analysetools identifizieren verschiedene Bestandteile gelöster organischer Substanz in der Wassersäule des Ozeans

Große Mengen Kohlenstoff werden in der Umwelt als natürliche gelöste organische Substanz gespeichert. Im Ozean hat dieser organische Kohlenstoff ein durchschnittliches Alter von mehreren tausend Jahren, aber saisonale Schwankungen in der Konzentration gelöster organischer Stoffe an der Meeresoberfläche bedeuten, dass ein Teil der gelösten organischen Stoffe viel schneller produziert und abgebaut wird.

Der Grund, warum bestimmte Anteile organischen Kohlenstoffs länger bestehen bleiben als andere, war lange unbekannt. Mithilfe neuer Analysetools, die vom Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL) entwickelt wurden, identifizierte ein Team multiinstitutioneller Forscher verschiedene Komponenten gelöster organischer Materie (DOM) mit unterschiedlichen molekularen Zusammensetzungen, die ihrer Beständigkeit zugrunde liegen.

Ihre Studie ist veröffentlicht in Umweltwissenschaft und -technologie.

Die Meeresoberfläche absorbiert etwa ein Drittel des Kohlendioxids, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, und ein Großteil dieses Kohlenstoffs wird in Form von Partikeln und gelöstem organischem Kohlenstoff in das Innere der Ozeane übertragen. Allerdings sind die Mechanismen, die diesen Prozess steuern, noch immer kaum verstanden.

Die Studie beleuchtet die Ursprünge und das endgültige Schicksal dieses organischen Kohlenstoffs, indem sie verschiedene Komponenten identifiziert, die sich unterschiedlich schnell entwickeln. Diese Informationen sind entscheidend, um genauere Vorhersagen über zukünftige Veränderungen der Kohlenstoffbindung zu treffen.

DOM enthält eine komplexe Mischung kleiner Moleküle, die einem schnellen biologischen Abbau entgehen. Räumliche und zeitliche Schwankungen in der DOM-Häufigkeit spiegeln die Existenz von Fraktionen wider, die in unterschiedlichen Zeitskalen, die von Sekunden bis zu Jahrtausenden reichen, aus dem Ozean entfernt werden. Es ist jedoch immer noch unklar, ob die intrinsischen chemischen Eigenschaften dieser organischen Komponenten mit ihrer Persistenz zusammenhängen.

Das Forschungsteam ging dieser Frage nach, indem es die molekulare Zusammensetzung verschiedener DOM-Typen mit unterschiedlichen Wassersäulenlebensdauern im Nordatlantischen Wirbel verglich.

Die Analyse verwendete ultrahochauflösende 21-Tesla-Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie in Verbindung mit Flüssigkeitschromatographie sowie die Nutzung der CoreMS-Software von EMSL, einer neuen Datenpipeline, die am EMSL entwickelt wurde und Molekülformelzuordnungen und isomere Komplexitätsmaße generiert.

Diese Analyse ermöglichte es dem Team, verschiedene molekulare Komponenten mit unterschiedlichen Labilitäten zusammenzufassen. 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 vorkam.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass Prozesse, die Verbindungen durch Partikelaggregation und Sorption selektiv entfernen, erklären könnten, warum einige Arten von DOM schneller aus dem Ozean verschwinden als andere.