Pendant des années, les chercheurs examinant les sédiments du fond marin trouveraient des morceaux de carbone noir ainsi que du carbone organique éparpillés sur le fond océanique, mais ils ne pouvaient pas dire exactement d'où il provenait. Le défi de l'étude du carbone marin profond est qu'il s'agit d'un mélange de matière fraîche provenant de la surface et d'un composant vieilli, dont l'origine était jusqu'alors inconnue.

Maintenant, une nouvelle étude de l'Université du Delaware récemment publiée dans Communication Nature montre pour la première fois que le vieux carbone trouvé sur le fond marin peut être directement lié à des particules de graphite submicronique émanant des cheminées hydrothermales.

Identifier les sources, voies de transport et le devenir de ce carbone des fonds marins est essentiel pour comprendre la dynamique du cycle du carbone marin.

L'océan agit comme un réservoir pour des quantités substantielles de carbone organique et de dioxyde de carbone, qui peuvent conduire à l'acidification des océans ou être convertis en carbone organique via la photosynthèse. Ainsi, il est important de comprendre comment le carbone se déplace entre les différentes phases de l'océan et comment il peut être séquestré dans les profondeurs de l'océan pendant des périodes extrêmement longues. Ce travail montre que le carbone organique et le dioxyde de carbone peuvent également être convertis au niveau des évents en une autre forme de carbone, graphite.

L'étude a été dirigée par Emily Estes, un ancien chercheur post-doctoral à l'UD qui est maintenant membre du personnel scientifique du programme international de découverte des océans à la Texas A&M University, et Georges Luther, le professeur Maxwell P. et Mildred H. Harrington de chimie marine et le professeur Francis Alison au College of Earth de l'UD, Océan et environnement (PDG).

Pour mener leur étude, les chercheurs ont utilisé des échantillons de nanoparticules provenant de cinq sites de ventilation hydrothermale différents collectés lors d'une expédition de recherche dans le champ de ventilation East Pacific Rise dans l'océan Pacifique en 2017, financé par le programme de géologie et de géophysique marines de la National Science Foundation.

Estes a effectué un échantillonnage à bord des fluides hydrothermaux et des particules pendant l'expédition, qui était dirigé par Luther.

Lorsqu'ils sont revenus de la croisière de recherche et ont voulu examiner de plus près ce qu'ils avaient collecté, les échantillons ont été analysés au microscope à balayage et à transmission par des collègues du National Center for Earth and Environmental Nanotechnology Infrastructure (NanoEarth) de Virginia Tech.

Une fois qu'ils ont regardé les résultats, Estes a remarqué un grand nombre de particules de graphite submicroniques, semblable à ce que l'on trouverait dans un crayon à mine de tous les jours, dans les échantillons.

Bien que l'on sache que le graphite peut se former de manière hydrothermale dans les sédiments, cette étude a montré que ces particules de graphite submicroniques qui sortent des évents se produisent systématiquement dans une gamme d'environnements d'évents, comprenant à la fois des sites de ventilation ciblés à haute et basse température.

« Même si notre étude est une observation préliminaire de ces particules, cela suggère qu'ils sont probablement très répandus et pourraient être une source importante de ce type de carbone dans l'océan profond, " dit Estes.

Graphite négligé

Des études antérieures ont peut-être négligé l'importance des particules de graphite en raison de la manière dont le carbone organique dissous et le carbone organique particulaire sont mesurés.

En collaboration avec Andrew Wozniak, professeur assistant à la School of Marine Science and Policy de CEOE, et Nicole Coffey, un étudiant de niveau master en CEOE qui était également en croisière de recherche en tant que premier cycle en 2017, Estes et Luther ont pu montrer que les techniques courantes utilisées pour mesurer le carbone organique dissous ou le carbone organique particulaire captent également le graphite.

Parce que le graphite n'est composé que de carbone, cependant, si quelqu'un vient de faire une mesure générique du carbone 14, ils pourraient oublier qu'il y a du graphite hydrothermal dans leur échantillon.

"Le graphite n'est pas du carbone avec de l'hydrogène, oxygène, l'azote et d'autres éléments, " dit Luther. " Voici donc une forme inorganique de carbone, parce que c'est du carbone pur, qui est également mesuré en carbone organique, qu'il soit dissous ou particulaire."

La découverte de ces particules de graphite submicroniques aide à répondre à un mystère qui a confondu les chercheurs en ce qui concerne le carbone organique dissous dans des environnements océaniques très profonds.

"Si vous mesurez l'âge du carbone 14 dessus, il s'avère qu'il est un peu plus vieux que ce à quoi on pourrait s'attendre et il y a donc un mystère entourant la source de ce vieux carbone organique, " a déclaré Estes. "Nous avons montré que les évents émettent ce carbone graphitique."

Un autre point important de l'article est que, parce que ces particules submicroniques de graphite ne sont pas denses et émettent des bouches hydrothermales dans des structures en forme de feuille plate, ils ont le potentiel d'être entraînés dans les courants océaniques et distribués loin des sites de ventilation. Ceci sera important à prendre en considération pour les recherches futures en ce qui concerne le cycle du carbone marin.

"Les prochaines étapes consisteront à quantifier réellement la quantité de carbone sortant des évents, puis à la comparer à ce que nous mesurons en tant que carbone organique dissous dans l'océan et à déterminer de quelle partie du flux il s'agit, " dit Estes.