Lermineraler suspenderade i havsvatten binder sedimentärt organiskt kol till sina mineralytor. Men mängden kol som är bundet och källan till det kolet beror väldigt mycket på lermineralet i fråga. En forskargrupp från ETH Zürich och Tongji University har visat detta genom att studera sediment i Sydkinesiska havet.

Floder släpper ut en konstant tillförsel av sediment i världshaven. Detta sediment består till stor del av olika lermineraler – produkter från stenvittring – och organiska föreningar av vegetabiliskt ursprung som har sönderfallit i jordar. Dessa två komponenter hamnar i floder till följd av erosion.

På väg till haven, organiskt material i sediment binder med lermineral för att bilda ler-humuskomplex. När de väl når havet, dessa komplex sjunker till havsbotten, där de är begravda av andra sediment. Detta fångar upp kolet som finns i dessa komplex, ta bort det över geologiska tidsskalor från atmosfären och från de kolpölar som står i snabbt utbyte med jordens yta.

Det är därför lermineraler, även känd som fyllosilikater, är oerhört viktiga för den globala kolcykeln:cirka 90 procent av det organiska kol som binds i havsbotten runt kontinenterna är relaterat till reaktioner mellan organiskt material och olika mineraler. En mängd olika fyllosilikater är ansvariga för en särskilt stor andel eftersom deras ringa storlek och deras geometri innebär att de har en särskilt hög specifik yta och kan binda stora mängder kol.

Allt beror på sorten

Dock, inte alla lermineraler bildar stabila komplex med organiska ämnen. I en ny artikel i tidskriften Vetenskap , ett team av forskare från ETH Zürich och Tongji University i Shanghai visar att olika sorters lermineraler interagerar med organiskt material i varierande grad, i en process som bestämmer kretsloppet av organiskt kol. Detta påverkar också i vilken utsträckning varje lermineral fungerar som ett medel för kolbindning, eftersom bindningen av kol med ett visst fyllosilikat beror på dess mineralogiska struktur och egenskaper. Ju större den specifika ytan och desto starkare dess reaktivitet, ju större mängd organiskt material som kan binda till det och desto större volym kol som binds i sedimentet.

Forskarna studerade dessa processer i Sydkinesiska havet, där lermineralet smektit från Luzon (Filippinernas huvudön), kaolinit från det kinesiska fastlandet, och glimmer och klorit från bergen i Taiwan möts alla. Thomas Blattmann, en före detta doktorand vid ETH och studiens huvudförfattare, säger att detta hav erbjuder de bästa förutsättningarna i världen för att studera växelverkan mellan fyllosilikater och organiskt material. Andra hav har en "kaotisk blandning" av fyllosilikater där de processer som forskarna är intresserade av överlappar varandra. "Det gör det svårare att bestämma effekterna av enskilda typer av lermineraler. Däremot i Sydkinesiska havet är det tydligt från vilken landmassa varje lermineral kommer från - och det är unikt."

Lermineraler fångar kol

Smectit bildas när vulkanisk berggrund är kemiskt vittrad; i sötvatten, det binder med organiskt material från fertila, humusrika jordar. När dessa komplex når saltvatten, dock, smektiterna byter ut sina organiska laddningar. De tar upp kolföreningar lösta i havsvattnet och släpper ut det organiska materialet som härstammar från land till havet. Vad som händer med detta organiska material härnäst är oklart. Blattmann anser att det är troligt att organiska ämnen från Luzon antingen oxiderar, konsumeras av mikroorganismer, eller förbli fritt upplöst i tusentals år i havsvatten. Fyllosilikater från bergen i Taiwan beter sig annorlunda. De binder mycket hårt med kontinentalt kol från Taiwan, transporterar det organiska materialet snabbt och effektivt ut i havet.

"Hur kol som härrör från landmassor överförs till världshaven och lagras där beror ytterst på typen av lermineral. Dessa mineraler påverkar den storskaliga överföringen av organiskt kol från kontinenter till deras sänka på havsbotten, " förklarar Blattmann.

Nya rön väcker nya frågor

"Fylosilikater spelar en viktigare roll i den globala kolcykeln än vi tidigare antagit, säger Tim Eglinton, professor vid geologiska institutet vid ETH Zürich. Ju större deras specifika yta, ju större mängd organiskt material kan de ta upp och, följaktligen, ju högre volym kol kan de binda på havsbotten. "Dock, det här är inget vi kan kvantifiera, eftersom vi bara har börjat förstå det specifika beteendet hos dessa olika lermineraler. Det kommer att krävas en hel del ytterligare forskning för att vi ska komma fram till några slutsatser om de stora vidderna av världshaven."