A new study examined interactions between biomolecules and clay minerals in the soil and shed light on factors that influence trapping of plant-based carbon in the soil. It was found that charge on biomolecules and clay minerals, structure of biomolecules, natural metal constituents in the soil and pairing between biomolecules play key roles in sequestration of carbon in the soil. While presence of positively charged metal ions in the soils favoured carbon trapping, the electrostatic pairing between biomolecules inhibited adsorption of biomolecules to the clay minerals. The findings could be helpful in predicting soil chemistries most effective in trapping carbon in soil which in turn, could pave way for soil-based solutions for reducing carbon in atmosphere and for global warming and 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 is stored/sequestrated in rocks, sediments and soils. The dead organisms in rocks and sediments may become fossil fuels over millions of years. Burning of the fossil fuels to meet energy needs release large amount of carbon in the atmosphere which has tipped the atmospheric carbon balance and contributed to global warming and consequent 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) in klímaváltozás is gaining importance both as a potential source of carbon emission in response to global warming as well as a natural sink of atmospheric carbon.
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 carbon stocks can offset the current increase in carbon emission in the atmosphere and contribute to meet the klíma target). However, the interplay of factors influencing trapping of plant-based 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 carbon biomolecules bind to the clay minerals in the soil could help modify the soil chemistries suitably to favour carbon trapping, thus pave way for soil-based solutions for 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
***
