Alvin, o veículo de pesquisa submarino, tem um braço robótico que implanta um dispositivo de amostragem de fluido hidráulico com um ”snorkel” que adere ao fluido de fumaça preto. A operação ajuda os pesquisadores a procurar carbono e grafite antigos. Crédito:University of Delaware
Por anos, pesquisadores olhando para sedimentos do fundo do mar iriam encontrar pedaços de carbono negro junto com carbono orgânico espalhado pelo fundo do oceano, mas eles não podiam dizer exatamente onde se originou. O desafio de estudar o carbono marinho profundo é que ele é uma mistura de material fresco fornecido da superfície e um componente envelhecido, cuja origem era previamente desconhecida.
Agora, um novo estudo da Universidade de Delaware publicado recentemente em Nature Communications mostra pela primeira vez que o carbono antigo encontrado no fundo do mar pode ser diretamente ligado a partículas submicrônicas de grafite que emanam de fontes hidrotermais.
Identificando as fontes, as vias de transporte e o destino desse carbono do fundo do mar são fundamentais para a compreensão da dinâmica do ciclo do carbono marinho.
O oceano atua como um reservatório para quantidades substanciais de carbono orgânico e dióxido de carbono, que pode levar à acidificação do oceano ou ser convertido para formar carbono orgânico por meio da fotossíntese. Assim, é importante entender como o carbono se move entre as diferentes fases do oceano e como pode ser sequestrado nas profundezas do oceano por períodos de tempo extremamente longos. Este trabalho mostra que o carbono orgânico e o dióxido de carbono também podem ser convertidos em aberturas para outra forma de carbono, grafite.
O estudo foi liderado por Emily Estes, um ex-pesquisador de pós-doutorado na UD que agora é cientista da equipe do Programa de Descoberta do Oceano Internacional na Texas A&M University, e George Luther, o professor Maxwell P. e Mildred H. Harrington de química marinha e o professor Francis Alison no College of Earth da UD, Oceano e Meio Ambiente (CEOE).
Para conduzir seu estudo, os pesquisadores usaram amostras de nanopartículas de cinco diferentes locais de ventilação hidrotérmica coletados durante uma expedição de pesquisa ao campo de ventilação East Pacific Rise no Oceano Pacífico em 2017, financiado pelo programa de geologia marinha e geofísica da National Science Foundation.
Estes realizaram amostragem a bordo de fluidos de ventilação hidrotérmica e partículas durante a expedição, que foi liderado por Lutero.
Quando eles voltaram do cruzeiro de pesquisa e quiseram dar uma olhada mais profunda no que eles coletaram, as amostras foram analisadas em microscópios de varredura e transmissão por colegas do Centro Nacional de Infraestrutura de Nanotecnologia Ambiental e Terrestre (NanoEarth) da Virginia Tech.
Depois de olharem os resultados, Estes notou um grande número de partículas de grafite submicrônicas, semelhante ao que seria encontrado em um lápis comum, nas amostras.
Embora seja conhecido que o grafite pode se formar hidrotermicamente em sedimentos, este estudo mostrou que essas partículas submícron de grafite que saem das aberturas ocorrem de forma consistente em uma variedade de ambientes de aberturas, incluindo locais de ventilação focados em alta temperatura e baixa temperatura.
"Mesmo que nosso estudo seja uma observação preliminar dessas partículas, sugere que eles são provavelmente muito difundidos e podem ser uma fonte significativa deste tipo de carbono para o oceano profundo, "disse Estes.
Grafite esquecido
Emily Estes (à direita) e Beverly Chiu (ao centro) discutem dados com UD Prof. George Luther, reunidos ao redor do espectrofotômetro, que é usado para fazer medições rápidas da concentração de ferro em amostras de fluidos hidrotérmicos. Crédito:University of Delaware
Estudos anteriores podem ter negligenciado a importância das partículas de grafite devido à forma como o carbono orgânico dissolvido e o carbono orgânico particulado são medidos.
Trabalhando com Andrew Wozniak, professor assistente na Escola de Ciências e Políticas Marinhas na CEOE, e Nicole Coffey, um aluno de nível de mestrado em CEOE que também estava no cruzeiro de pesquisa como estudante de graduação em 2017, Estes e Luther foram capazes de mostrar que as técnicas comuns usadas para medir carbono orgânico dissolvido ou carbono orgânico particulado também captam grafite.
Como o grafite é feito apenas de carbono, Contudo, se alguém fizesse uma medição genérica de carbono-14, eles podem ignorar que há grafite hidrotérmica em sua amostra.
"Grafite não é carbono com hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros elementos, "disse Luther." Então aqui está uma forma inorgânica de carbono, porque é carbono puro, que também está sendo medido como carbono orgânico, seja dissolvido ou particulado. "
Encontrar essas partículas de grafite submicrônicas ajuda a responder a um mistério que confundiu os pesquisadores com relação ao carbono orgânico dissolvido em ambientes oceânicos realmente profundos.
"Se você medir a idade do carbono-14 nele, parece ser um pouco mais velho do que você realmente esperava e, portanto, há um mistério em torno de qual é a fonte desse antigo carbono orgânico, "disse Estes." Nós mostramos que as aberturas emitem esse carbono grafítico.
Outro ponto importante do artigo é que, como essas partículas submicrônicas de grafite não são densas e emitem das fontes hidrotermais em estruturas semelhantes a folhas planas, eles têm o potencial de serem arrastados pelas correntes oceânicas e distribuídos longe dos locais de ventilação. Isso será importante levar em consideração para pesquisas futuras no que diz respeito ao ciclo do carbono marinho.
"As próximas etapas serão tentar quantificar quanto carbono está saindo das aberturas e, em seguida, comparar com o que medimos como carbono orgânico dissolvido no oceano e descobrir de que parte do fluxo ele é, "disse Estes.