Egy új tanulmány a biomolekulák és a talajban lévő agyagásványok közötti kölcsönhatásokat vizsgálta, és rávilágított azokra a tényezőkre, amelyek befolyásolják a növényi eredetű szén talajban való megkötését. Megállapítást nyert, hogy a biomolekulák és agyagásványok töltése, a biomolekulák szerkezete, a talaj természetes fémösszetevői és a biomolekulák közötti párosítás kulcsszerepet játszik a talaj szénmegkötésében. Míg a pozitív töltésű fémionok jelenléte a talajban elősegítette a szén megkötését, addig a biomolekulák elektrosztatikus párosítása gátolta a biomolekulák agyagásványokhoz való adszorpcióját. Az eredmények hasznosak lehetnek annak előrejelzésében, hogy milyen talajkémiák a leghatékonyabbak a szén talajban való megkötésében, ami viszont utat nyithat olyan talajalapú megoldások felé, amelyek csökkentik a szén-dioxidot a légkörben, valamint a globális felmelegedést és a globális felmelegedést. klímaváltozás.
A szénciklus magában foglalja a szén mozgását az atmoszférából a Földön lévő növényekbe és állatokba, majd vissza a légkörbe. Az óceán, a légkör és az élő szervezetek fő tározók vagy nyelők, amelyeken keresztül a szén körforgása történik. Sok szén kőzetekben, üledékekben és talajban tárolódik/lekötődik. A kőzetekben és üledékekben lévő elhalt szervezetek évmilliók alatt fosszilis tüzelőanyaggá válhatnak. A fosszilis tüzelőanyagok energiaszükségletének kielégítésére való elégetésével nagy mennyiségű szén szabadul fel a légkörben, ami megbillentette a légkör szén-egyensúlyát, és hozzájárult a globális felmelegedéshez és ennek következtében. klímaváltozás.
Törekednek arra, hogy a globális felmelegedést 1.5-re 2050 °C-ra korlátozzák az iparosodás előtti szinthez képest. Ahhoz, hogy a globális felmelegedést 1.5 °C-ra korlátozzák, az üvegházhatású gázok kibocsátásának 2025 előtt kell tetőznie, 2030-ra pedig felére kell csökkennie. feltárta, hogy a világ nem halad azon a pályán, hogy a hőmérséklet-emelkedést 1.5°C-ra korlátozza e század végére. Az átállás nem elég gyors ahhoz, hogy 43-ra 2030%-kal csökkenjen az üvegházhatású gázok kibocsátása, ami korlátozhatja a globális felmelegedést a jelenlegi ambíciókon belül.
Ebben az összefüggésben a talaj szerepe szerves szén (SOC) be klímaváltozás egyre fontosabbá válik, mint a globális felmelegedés hatására kibocsátott potenciális forrás, valamint a légköri szén természetes nyelője.
A történelmi örökölt szénterhelés (azaz körülbelül 1,000 milliárd tonna szén-dioxid-kibocsátás az ipari forradalom kezdete óta 1750 óta) ellenére a globális hőmérséklet bármilyen emelkedése több szén szabadulhat fel a talajból a légkörben, ezért meg kell őrizni a meglévőt. talaj szénkészletei.
A talaj, mint a mosogató organikus szén
A talaj még mindig a Föld második legnagyobb víznyelője (az óceán után). organikus szén. Körülbelül 2,500 milliárd tonna szenet tárol, ami körülbelül tízszerese a légkörben tárolt mennyiségnek, ugyanakkor hatalmas kiaknázatlan potenciállal rendelkezik a légköri szén megkötésére. A szántóföldek 0.90 és 1.85 petagramm közötti csapdába eshetnek (1 Pg = 1015 gramm) szén (Pg C) évente, ami körülbelül 26–53%-a a „célkitűzésnek”.4 per 1000 Initiative” (azaz az álló globális talaj 0.4%-os éves növekedési üteme organikus a szénkészletek ellensúlyozhatják a légkör szén-dioxid-kibocsátásának jelenlegi növekedését, és hozzájárulhatnak a klíma cél). Azonban a növényi alapú csapdázást befolyásoló tényezők kölcsönhatása organikus a talajban lévő anyag nem nagyon ismert.
Mi befolyásolja a szén megkötését a talajban
Egy új tanulmány rávilágít arra, hogy mi határozza meg, hogy a növényi alapú organikus az anyag csapdába kerül, amikor belép a talajba, vagy mikrobákkal táplálkozik, és szén-dioxid formájában visszajuttatja a szenet a légkörbe2. A biomolekulák és agyagásványok közötti kölcsönhatások vizsgálatát követően a kutatók azt találták, hogy a biomolekulák és agyagásványok töltése, a biomolekulák szerkezete, a talaj természetes fémösszetevői és a biomolekulák közötti párosítás kulcsszerepet játszik a talajban lévő szén megkötésében.
Az agyagásványok és az egyes biomolekulák közötti kölcsönhatások vizsgálata során kiderült, hogy a kötődés előre látható volt. Mivel az agyagásványok negatív töltésűek, a pozitív töltésű komponenseket (lizin, hisztidin és treonin) tartalmazó biomolekulák erős kötődést tapasztaltak. A kötődést az is befolyásolja, hogy egy biomolekula elég rugalmas-e ahhoz, hogy pozitív töltésű komponenseit a negatív töltésű agyagásványokhoz igazítsa.
Az elektrosztatikus töltésen és a biomolekulák szerkezeti sajátosságain kívül a talaj természetes fém-összetevői fontos szerepet játszanak a hídképződéssel történő megkötésben. Például a pozitív töltésű magnézium és a kalcium hidat képez a negatív töltésű biomolekulák és az agyagásványok között, hogy kötést hozzon létre, ami arra utal, hogy a talajban lévő természetes fémkomponensek elősegíthetik a szén megkötését a talajban.
Másrészt maguk a biomolekulák közötti elektrosztatikus vonzás negatívan befolyásolta a kötődést. Valójában a biomolekulák közötti vonzás energiája magasabb, mint egy biomolekula agyagásványhoz való vonzódásának energiája. Ez a biomolekulák agyaghoz való csökkent adszorpcióját jelentette. Így, míg a pozitív töltésű fémionok jelenléte a talajban elősegítette a szén megkötését, addig a biomolekulák elektrosztatikus párosítása gátolta a biomolekulák agyagásványokhoz való adszorpcióját.
Ezek az új megállapítások arról, hogyan organikus A szén-biomolekulák a talaj agyagásványaihoz kötődve elősegíthetik a talaj kémiai összetételének megfelelő módosítását, hogy elősegítsék a szén megkötését, így utat nyithatnak a talaj alapú megoldások számára. klímaváltozás.
***
Referenciák:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. A megnövekedett szerves szén globális megkötési potenciálja a szántóföldi talajokban. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. A 4p1000 kezdeményezés: Lehetőségek, korlátok és kihívások a talaj szerves szénmegkötésének, mint fenntartható fejlődési stratégiának a megvalósításához. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS és Aristilde L., 2024. Elektrosztatikus csatolás és vízhíd a biomolekulák adszorpciós hierarchiájában a víz-agyag határfelületeken. PNAS. 8. február 2024.121. 7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
