Cientistas da Caltech e da USC descobriram uma maneira de acelerar a parte lenta da reação química que, em última instância, ajuda a Terra a se bloquear com segurança, ou sequestrar, dióxido de carbono no oceano. Basta adicionar uma enzima comum à mistura, os pesquisadores descobriram, pode fazer com que essa parte do processo de limitação de taxa seja 500 vezes mais rápida.

Um artigo sobre o trabalho foi publicado online na semana de 17 de julho, antes da publicação no Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Embora o novo artigo seja sobre um mecanismo químico básico, a implicação é que podemos imitar melhor o processo natural que armazena dióxido de carbono no oceano, "diz o autor principal Adam Subhas, um estudante de graduação da Caltech e bolsista de sustentabilidade da Resnick.

A pesquisa é uma colaboração entre os laboratórios de Jess Adkins da Caltech e Will Berelson da USC. A equipe usou a marcação isotópica e dois métodos para medir as razões de isótopos em soluções e sólidos para estudar a calcita - uma forma de carbonato de cálcio - dissolvendo-se na água do mar e medir a rapidez com que ocorre em nível molecular.

Tudo começou com uma forma muito simples, problema muito básico:medir quanto tempo leva para a calcita se dissolver na água do mar. "Embora seja um problema aparentemente simples, a cinética da reação é mal compreendida, "diz Berelson, professor de ciências da terra na USC Dornsife College of Letters, Artes e Ciências.

A calcita é um mineral feito de cálcio, carbono, e oxigênio, que é mais comumente conhecido como o precursor sedimentar do calcário e do mármore. No Oceano, calcita é um sedimento formado a partir de conchas de organismos, como plâncton, que morreram e afundaram no fundo do mar. O carbonato de cálcio também é o material que compõe os recifes de coral - o exoesqueleto do pólipo de coral.

À medida que os níveis de dióxido de carbono na atmosfera aumentaram para mais de 400 partes por milhão - uma referência simbólica para cientistas do clima, confirmando que os efeitos do gás de efeito estufa na atmosfera serão sentidos nas próximas gerações - os oceanos da superfície têm absorvido mais e mais desse dióxido de carbono . Isso faz parte de um processo natural de proteção - os oceanos atuam como um grande reservatório de dióxido de carbono. Atualmente, eles retêm cerca de 50 vezes mais gases do efeito estufa do que a atmosfera.

Contudo, há um segundo, Mais devagar, processo de tamponamento que remove o dióxido de carbono da atmosfera. O dióxido de carbono é um ácido da água do mar, assim como acontece com os refrigerantes carbonatados (que é parte da razão pela qual eles corroem o esmalte dos dentes). As águas oceânicas superficiais acidificadas acabarão por circular para as profundezas, onde podem reagir com as conchas mortas de carbonato de cálcio no fundo do mar e neutralizar o dióxido de carbono adicionado. Contudo, este processo levará dezenas de milhares de anos para ser concluído e, entretanto, as águas superficiais cada vez mais ácidas corroem os recifes de coral. Mas com que rapidez o coral se dissolverá?

"Decidimos enfrentar esse problema porque é meio constrangedor, o estado de conhecimento expresso na literatura, "diz Adkins, Smits Family Professor de Geoquímica e Ciências Ambientais Globais na Caltech. "Não podemos dizer com que rapidez o coral vai se dissolver."

Os métodos anteriores baseavam-se na medição da mudança no pH da água do mar à medida que o carbonato de cálcio se dissolvia, e inferir taxas de dissolução a partir disso. (À medida que o carbonato de cálcio se dissolve, aumenta o pH da água, tornando-o menos ácido.) Em vez disso, Subhas e Adkins optaram por usar marcação isotópica.

Os átomos de carbono existem em duas formas estáveis ​​na natureza. Cerca de 98,9 por cento é carbono-12, que tem seis prótons e seis nêutrons. Cerca de 1,1 por cento é carbono-13, com um nêutron extra.

Subhas e Adkins projetaram uma amostra de calcita feita inteiramente do raro carbono-13, e então dissolvido na água do mar. Ao medir a mudança na proporção de carbono-12 para carbono-13 na água do mar ao longo do tempo, eles foram capazes de quantificar a dissolução em um nível molecular. Seu método provou ser cerca de 200 vezes mais sensível do que técnicas comparáveis ​​para estudar o processo.

No papel, a reação é bastante direta:água mais dióxido de carbono mais carbonato de cálcio equivalem a íons de cálcio e bicarbonato dissolvidos na água. Na prática, é complexo. "De alguma forma, carbonato de cálcio decide se cortar espontaneamente ao meio. Mas qual é o verdadeiro caminho químico que essa reação toma? ”, Diz Adkins.

Estudar o processo com um espectrômetro de massa de íon secundário (que analisa a superfície de um sólido bombardeando-o com um feixe de íons) e um espectrômetro de anel de cavidade (que analisa a razão 13C / 12C em solução), Subhas descobriu que a parte lenta da reação é a conversão de dióxido de carbono e água em ácido carbônico.

"Esta reação foi esquecida, “Diz Subhas.“ O passo lento é fazer e quebrar as ligações carbono-oxigênio. Eles não gostam de quebrar; são formas estáveis. "

Armado com este conhecimento, a equipe adicionou a enzima anidrase carbônica - que ajuda a manter o equilíbrio do pH do sangue em humanos e outros animais - e conseguiu acelerar a reação em ordens de magnitude.

"Este é um daqueles raros momentos no arco da carreira de alguém onde você simplesmente vai, 'Acabei de descobrir algo que ninguém nunca soube, '", Diz Adkins.