En upptäckt som hjälper till att förklara hur organiskt material producerat av liv för tusentals år sedan till slut avlägsnas från havet har publicerats i Vetenskapens framsteg av Steven Beaupré från Stony Brook University's School of Marine and Atmospheric Sciences (SoMAS) och ett nationellt team av forskare.

När vågor slår i havet, de injicerar små partiklar i luften (kallade aerosoler) som bär organiska molekyler mer än 5, 000 år gammal, finner studien.

Årtionden av mätningar har visat att nästan allt organiskt material som lösts i haven är förvånansvärt gammalt – upp till flera tusen år. Men forskarna förstår inte helt hur detta urgamla organiska material till slut förstörs. Beaupré och kollegor utförde experiment för att visa att en del av detta urgamla organiska material kan avlägsnas från havsvattnet när våggenererade luftbubblor spricker på havsytan och injicerar aerosoler i atmosfären. Genom att direkt mäta aerosolarnas åldring av radiokol (14C) de uppskattar att någonstans mellan 19 och 40 procent av aerosolens organiska material är minst 5, 000 år gammal.

Tidigare experiment av Beauprés kollegor David Kieber (SUNY ESF) och Bill Keene (University of Virginia) antydde att gamla organiska molekyler kan lämna havet som fripassagerare ombord på dessa små partiklar.

"Vår nya studie visar att en betydande del av det organiska materialet verkligen är ganska gammalt, och att bildandet av aerosoler genom att bryta vågor kan vara en betydande borttagningsväg för det gamla kolet som finns i havet, säger Beaupré, huvudförfattare och biträdande professor.

Denna pool av forntida organiskt material är enorm, innehåller ungefär lika många kolatomer i havet som det finns i all vegetation på land eller i hela koldioxiden (CO ₂ ) i atmosfären. Det skapas främst av fotosyntes och representerar därför en långtidslagringsreservoar för atmosfärisk CO ₂ , som är en potent växthusgas. Därför, det är viktigt att förstå vilka processer som slutligen bryter ner dessa uråldriga molekyler till något som kan användas igen av naturen.

Väl i atmosfären, dessa aerosoliserade molekyler kommer sannolikt att brytas ned av solljus till CO ₂ och andra molekyler som är mer välsmakande för marint liv. Följaktligen, betonar Beaupré, denna upptäckt har implikationer för både oceanisk och atmosfärisk biogeokemi, såväl som det globala kolkretsloppet och klimatet.

Beaupré säger också att resultaten var något överraskande eftersom man allmänt tror att endast de yngsta organiska molekylerna sannolikt kommer att injiceras i atmosfären genom att bryta vågor. Detta beror på att de gamla molekylerna borde ha degraderats till mindre reaktiva former under långvarig exponering för miljön.

"Trots effekterna av åldrande i tusentals år, våra resultat tyder på att även några av de äldsta molekylerna i havet kan tävla med de yngsta om att få tag i stigande bubblor och raket upp i himlen, " han säger.

Forskargruppen använde en speciell aerosolgenerator för att studera denna process under en månadslång kryssning till Nordatlanten. Enheten producerade aerosoler genom att nära efterlikna bubblornas plymer som skapas av brytande vågor, som beskrivs i en följeslagare också publicerad online och medförfattare av Beaupré i Journal of Geophysical Research-Atmospheres .

De mätte den kemiska sammansättningen och radiokolåldern hos havsvatten som flödade genom generatorn och av de aerosoler som den producerade. I kombination med mätningar av partikelstorlekar, de drog slutsatsen att det aerosoliserade organiska materialet kunde överleva i ungefär en vecka i atmosfären, dit den kunde föras in i landet av vindar, kemiskt nedbruten, och/eller deponeras i havet.

Medan framtida forskning kommer att ta upp den hastighet med vilken forntida organiskt material spys ut från havet genom att bryta vågor, forskargruppen kommer också att undersöka andra sätt på vilka marint organiskt material avlägsnas från havet.